地理空间视角下耕地资源新认知体系构建

耕地是在自然资源要素和人为活动的共同作用下，以食物生产为核心，兼具生活、生态、文化等多重功能的复杂综合体，其成为资源的本质是“空间的可利用性”。地理学特有的“要素、空间与时间相互融合的视角”为理解耕地资源空间格局、时空变化及影响、驱动因素等问题提供了重要支撑。发展地理空间视角下耕地资源综合认知理论与方法，是探索耕地保护与利用协同路径的关键环节。该文根据已有耕地资源质量、价值研究探讨耕地资源内涵，包括：解析耕地资源自然层、生计层、制度层、意识层的“要素-功能-价值”级联关系；梳理耕地资源多尺度、整体性、区域性与动态性特征。在此基础上，该文提出耕地资源认知理论框架，提出从耕地资源利用-本底-效益三方面综合认知耕地资源格局；发展耦合利用-本底-效益的耕地资源过程模型；解析文化传统、社会经济发展对农作物产量未来需求的影响机制。探讨了土地适宜性、资源环境承载力、耕地质量与价值、耕地集约利用、地理权衡、地理耦合、复杂地理系统等领域理论研究对认知耕地资源的支持。最后，从星空地-体化耕地资源感知、高性能时空数据处理、时空格局与过程分析、多情景空间模拟与优化四方面探讨耕地资源认知关键技术体系及面临难题。     

基于面向服务架构和WebGIS的小麦生产管理支持系统

作物模型与GIS集成中存在着功能重复开发、模型共享困难以及地理信息处理功能的在线能力有限等问题。该文以面向服务架构(service-oriented architecture,SOA)为基础,设计了作物模型区域应用Web服务组合框架。以ArcGIS Service和Model Builder为开发平台,给出了模型计算、动态专题图和空间插值Web服务的开发流程、接口设计和实现方法。结合富客户端技术研制了基于SOA和WebGIS的小麦生产管理支持系统原型(wheat production management support system based on SOA and WebGIS,WPMSS-GISOA),实现了地图数据的上传发布、气象和土壤数据查询、栽培方案设计、空间插值分析等功能。功能测试表明作物模型区域应用的Web服务组合框架可行,为模型与地理信息系统的在线无缝集成提供了可参考方案。     

基于混合地理加权回归与克里格的区域降水量空间插值方法

基于四川省区域范围内144个气象站点的实测降水数据,在综合考虑空间位置、地形等影响因素的基础上,采用改进的回归克里格模型,即混合地理加权回归克里格模型（MGWRK）对四川省年降水量的空间分布进行空间插值,并与普通克里格（OK）、全局回归克里格（GRK）和地理加权回归克里格（GWRK）等模型的插值效果进行对比分析。结果表明：（1）应用逐步回归法筛选确定的用于回归分析的影响因子组合为经度、纬度和坡度,可有效消除解释变量间的多重共线性,为后续的空间插值奠定基础;（2）同一回归变量在地理加权回归（GWR）与全局回归（GR）两种回归模型中的AICc（修正的赤池信息量准则,Corrected Akaike Information Criterion）值之差（ΔAICc）可用于定量判定各回归变量的空间非平稳性类型,据此将变量坡度设为全局变量,经度和纬度设为局部变量进行处理。在此基础上,通过MGWRK模型对四川省年降水量进行空间插值;（3）MGWRK插值模型综合考虑了空间位置、地形等多个影响因素及其与降水相互关系的空间非平稳性特征,相对于传统的OK和GRK法具有更高的插值精度。     

农业智能系统开发平台(PAID)

农业智能系统开发平台是由国家农业信息化工程技术研究中心在国家863计划和北京市科委支持下开发完成的重大科技成果。该平台针对基层农业专家匮乏现状，提出以知识智能处珲与集成为核心的农业专家系统构造方法；攻克发展了加权模糊产生式规则、框架与模型相结合的知识表示与不确定性推理技术等；创造性地提出了开发平台、领域框架和实用系统的三层体系结构，研制了可定制、可组装的构件化通用农业专家系统开发平台，包括单机版、网络版、英文版、多媒体版、跨平台版和嵌入式版6种版本，有效地支持了100多种应用框架和300多个专家系统的开发…     

作物管理知识模型系统设计与开发框架研究

在提炼小麦栽培管理知识模型框架的基础上，通过综合不同作物管理知识模型系统的共性及软件设计与开发的特点，初步确立了作物管理知识模型系统的通用设计与开发框架，包括系统总体结构框架、软构件的基本标准、开发平台框架及系统应用框架等。其中，开发平台框架包括系统开发平台的结构和功能、模型库管理系统的功能设置和模型库管理系统的框架及构件；系统应用框架包括系统应用框架结构、应用系统开发框架、应用系统功能框架及构件、应用系统功能构件的输入输出接口框架及应用系统自定义构件中的通用算法函数框架等。研究结果对于提高作物管理知识模     

赣南等原中央苏区县域多维贫困测度及空间格局

针对赣南等原中央苏区高度集中的连片贫困现象,以国际上应用广泛的脆弱性—可持续生计分析框架作为理论基础,结合农村多维发展指数（MDI）和空间关联分析方法,系统分析了赣南等原中央苏区县域多维贫困分布格局。结果表明:（1）基于多维度的指标体系和集成式识别方法更贴合多维贫困地理识别结果;（2）根据空间集聚G_i^*指数值,多维发展指数存在空间自相关性;（3）研究区37个县市中有23个县级单元被识别为多维度贫困县,其中14个是国家级贫困县,且冷点区、次冷点区与多维贫困识别认定的贫困县重合率达73.91%;（4）识别的多维贫困县被划分为基础建设缺乏型、金融基建兼缺型、人力基建兼缺型、发展条件缺乏型和生存条件缺乏型5种类型。多维贫困地理识别和空间格局分析,对研究区实现精准脱贫、全面建成小康社会的目标有着积极的理论和现实意义。     

基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置

土地利用优化配置是促进土地资源可持续利用的必要手段,然而现有模型在解决土地利用优化配置问题时存在一定缺陷。该文将多智能体系统的建模框架与遗传算法的计算框架有机结合,设计了土地利用规划多智能体决策框架,将多智能体在空间决策行为与遗传进化算子相结合,构建基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置模型,促进土地利用数量结构与空间布局向可持续方向发展。该文选取武汉市蔡甸区开展了实例应用研究,试验结果表明:模型能够合理地对区域土地利用数量结构与空间布局进行配置,协调不同土地利用决策主体的需求,明显提高了区域土地利用经济、社会和生态效益,促进区域土地资源可持续利用。     

基于面向对象的元数据库设计实现网络地理空间元数据管理系统

阐述了地理空间元数据的组织结构,分析了已有元数据组织和管理模式的不足。剖析了地理空间元数据的“对象”特性,然后以面向对象的思想对地理空间元数据重新加以认识和描述,提出了基于面向对象方法的地理空间元数据组织和管理模式,克服了已有模式的不足。在此基础上设计实现了一个B/S三层体系结构的水利地理空间元数据管理系统,实现了相应的浏览、录入、查询和编辑等功能,大大提高了元数据使用和管理上的效率。     

广西杉木林生产力与环境因素的多元分析

在对广西杉木林生产力与环境数据进行综合分析的基础上，构建了杉木林生产力的地理空间模型、气候模型和气候与土壤的综合模型，为广西杉木生产的宏观布局与区划提供了直观、简捷的定量模型。     

区域生态安全综合评价与制图——以重庆市忠县为例

在相关研究成果基础上 ,从理论、技术方法、模型和案例应用等方面对区域生态安全进行系统研究。主要工作包括 :( 1)建立区域生态安全评价理论框架 ,在理论上具有探索意义 ,在实践中可为生态安全评价提供理论依据和作为生态环境管理的方法论基础 ;( 2 )通过模型技术与遥感技术等的结合应用 ,实现多特征类型因子信息提取和实现区域生态安全从像元级微观评价数值到小流域级中观评价结果的转化 ;( 3)通过GIS技术对评价结果的等级表征进行制图实现 ,客观表达了评价结果的空间特性 ,确保了本研究成果的实用性     

遥感与作物生长模型数据同化应用综述

遥感是获取大面积地表信息最有效的手段,在农业资源监测、作物产量预测中发挥着不可替代的重要作用;作物生长模型能够实现单点尺度上作物生长发育的动态模拟,可对作物长势以及产量变化提供内在机理解释。遥感信息和作物生长模型的数据同化有效结合二者优势,在大尺度农业监测与预报上具有巨大的应用潜力。该文系统综述了遥感与作物生长模型的同化研究,概述了遥感与作物生长模型数据同化系统的构建,在归纳国内外研究进展的基础上,总结了当前主流同化方法的特点以及在不同条件下的同化效果。进而具体分析影响同化精度的关键环节,明确了相关科学概念,并相应指出改善精度的策略或者方向。最后从多参数协同、多数据融合、动态预测、多模型耦合以及并行计算环境5个方面展望了遥感与作物生长模型数据同化的未来研究重点和发展趋势,同时结合农业应用现实需求,介绍一种数据同化与集合数值预报结合的应用框架,为大区域、高精度同化研究提供新的思路与借鉴。     

基于遥感的区域生态安全综合评价研究——以三峡库区忠县为例

Based on related literature and this research, an ecological security evaluation from the pixel scale to the small watershed or county scale was presented using remote sensing data and related models. With the driver-pressure, state and exposure to pollution-response (DPSER) model as a basis, a conceptual framework of regional ecological evaluation and an index system were established. The extraction and standardization of evaluation indices were carried out with GIS techniques, an information extraction model and a data standardization model. The conversion of regional ecological security results from the pixel scale to a small watershed or county scale was obtained with an evaluation model and a scaling model. Two conceptual scale conversion models of regional ecological security from the pixel scale to the county scale were proposed: 1) scale conversion of ecological security regime results from pixel to small watershed; and 2) scale conversion from pixel to county. These research results could provide useful ideas for regional ecological security evaluation as well as ecological and environmental management.     

格网化小麦生长模拟预测系统设计与实现

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算法基础上,利用Python语言构建了格网化小麦生长模型,实现了基于空间格网数据的小麦区域生产力模拟。验证试验结果表明:模拟产量的均方根误差为1 070 kg/hm²,标准均方根误差小于20%,系统所集成的WheatGrow模型具有较好的预测性;同时,结合格网数据分块构建区域模拟的并行计算策略,优化了区域模拟的性能。在此基础上,采用GIS组件式开发模式,在.NET平台下开发格网化小麦生长模拟预测系统,实现作物生长模型与GIS耦合,为研究区域小麦产量潜力,评估气候变化对小麦生长影响,制定农业决策提供软件工具。     

基于Hadoop的云环境下作物生长模型算法的实现与测试

为了提高作物生长模型的计算速度,该文提出了云环境下作物生长模型算法的实现方案。综合分析了作物生长模型和子模型之间的数据依赖关系,以及不同并行计算方法的特点。以云计算基础架构开源软件Hadoop为基础,设计云环境下作物生长模型处理方案。以小麦生长模型WheatGrow为测试对象,在真实云环境下,验证了该方案的有效性。研究表明,在处理作物生长模型这类具有复杂数据依赖关系问题时,当区域数据点较多,需采用数据并行计算方法;且区域数据点越多,加入计算的计算结点越多,越能体现出MapReduce在并行计算上具有的可扩展性。研究可为促进作物生长模型和数字农业的发展提供参考。     

作物生长模型的应用研究进展

作物生长模型不仅能够进行单点尺度上作物生长发育的动态模拟,而且能够从系统角度评价作物生长状态与环境要素的关系。本文通过梳理当前作物生长模型应用的诸多研究成果,剖析模型在气候变化对农业生产影响研究、作物生长模型区域应用中的关键问题,总结了当前以作物生长模型为核心的农业决策支持系统开发的研究情况,意在促进作物生长模型在生态、农业、区域气候资源和气候变化等研究中更广泛地应用。结果表明,作物生长模型在国内外的研究与应用广泛而深入,在气候变化背景下,应用作物生长模型进行历史时期气候条件和农业气象灾害对作物生产状况和产量的影响研究已相当广泛且相对成熟。利用全球气候模式（GCM）或区域气候模式（RCM）构建未来气候变化情景,再与作物生长模型耦合已发展成为评估未来气候变化对农业生产影响的重要手段。通过集成与整合多作物生长模型、多气候模式集合模拟、优化气候模拟数据订正方法可有效降低气候变化对农业生产影响评估的不确定性。遥感数据同化技术能够将站点模型运用到区域尺度上评价不同环境因子对农业生产的影响,拓宽了作物生长模型的应用尺度范围并有效提高作物产量估算的精度。以作物生长模型为核心的农业决策支持系统的研究与应用越来越多元化,是辅助农业生产管理和决策的重要工具。然而,由于作物生态系统的复杂性,作物生长模型模拟结果仍存在很大的不确定性,今后对作物生长机理及过程间耦合机制的探索还需加强,以便进一步完善和改进模型,促进作物生长模型更广泛地应用。     

基于GIS和人工神经网络的区域水资源压力评价模型及其验证

水资源是一种战略性资源，对于区域的生态环境安全和可持续发展具有重要意义。运用GIS二次开发技术，建立了区域水资源管理信息系统。系统包括数据管理子系统、模型库子系统和水资源管理子系统。基于人工神经网络的区域水资源压力评价模型被集成在模型库子系统中，该模型通过水资源压力指数来定量地反映区域水资源状况与区域人口、经济、环境之间的关系是否协调。分别以整个陕西省和陕西省各地市的水资源压力评价为例，对该系统模型进行了验证。结果表明，基于GIS和人工神经网络的区域水资源压力评价模型具有理论上的可行性和现实意义。最后探讨了基于GIS和人工神经网络的区域水资源压力评价模型的应用前景。     

土地生产力模型(PS123)的校正和验证

利用1999年不同播期、水分处理的玉米田间试验分析结果,并借鉴其它一些模型的原理,对土地生产力生长模拟模型PS123潜在和水分限制情况下的土地生产力进行了验证,建立了黄淮海平原常规玉米品种的作物参数,并以水肥充足和水分限制的各试验处理数据对模型的有效性进行了本地化检验。初步应用表明,目前的模型已具备了区域土地生产力评价应用的基本功能,并讨论了不同尺度下其完善的方法和应用的可能性。     

Gains and losses of French butterflies: tests of predictions, under-recording and regional extinction from data in a new atlas

New data appearing in the second of two French atlases within one and a half years confirm that there was substantial under-recording of butterfly species in France for the production of the first atlas, particularly in the south and west of the country. Under-recording is still a prominent feature of the southwest region and eastern border. The new data also reveal contractions in the ranges of 60 species suggesting real losses as a result of regional extinction especially in the north of the country. This finding links adjacent areas of ongoing high regional extinction in continental European Lepidoptera extending from the Netherlands through Belgium into northern France. The new data also demonstrate that predictions of species numbers and species incidences based on records in the first atlas, using regression techniques on geographical and neighbourhood variables, have been largely successful (76% correct prediction of new records for départements). This supports the application of such techniques to targeting surveys for mapping spatial units and species to improve atlas databases; the recent rapid changes in distributions underlines the importance of having a suitable framework for continuing recording after atlas publication.