草产量估算及草地生产潜力评价模型
2012-01-20 作者:esrichina 来源:ArcGIS中国开发大赛2011年度获奖作品
基于呼伦贝尔研究区的实测数据,以及MODIS、SRTM、Landsat TM等卫星影像数据,再结合该地区统计数据栅格图集,通过ArcGIS对这些要素进行科学的组织和分析,旨在为草原估产和农业决策部门提供科学的参考,为草原的合理开发与利用,以及经济发展与环境承载力协调发展做出贡献。模型通过GeoDatabase存储和管理数据,各个子模块直接对数据库数据进行操作,并将结果输出到“结果”文件夹中进行存放输出,在Toolbox旗下共分为四个子模块,功能相对独立,但是处理过程中数据仍然需要引用前面得到的结果(如下图曲箭头所示),但是主功能不相互冲突,而且在参数设置过程中尽量交互,以增加模型的通用性,结果以结果图和统计文件进行多种统计输出,具体实现流程如下图1所示:

主要技术路线图
本模型主要功能是对草原的产草量进行科学的估测,其中涉及到的因子非常多,而且都有相关的研究成果作为支持。很多主要功能的实现虽然没有采用开发插件的方式以直接实现,但是也通过间接的办法达到异曲同工的效果,但是其复杂度也是非常高的,但是为了保证子模型模块之间功能的相关度,采用PhotoShop制作的底图作为衬托,来突出表现其功能之间的数据流向,功能可分性,并利用小Logo来表达数据与外界的交互接口,使数据之间的关系更明确。

呼伦贝尔草原牧草估产模型
模型1:呼伦贝尔草原牧草估产模型
通过对各种与产量相关的因子的相关度分析,发掘他们的内在关系,再利用AHP(层次分析法)对各影响因子进行定权,得到植被长势图,再对长势根据灰度直方图进行感兴趣区的选取,再利用感兴趣区对原始影像因素进行统计训练,再根据统计文件对原始图像进行最大似然分类,得到产量分布图,然后根据产量分区图对采样点的产量进行统计,得到各个分区的平均产量,并进行重分类得到真实的产量分布图,利用部分没有参与估产的采样点进行混淆矩阵的生成,进而进行精度评价,最终得到作物长势图,产量图,总产量统计结果,精度评价结果。
| 2000年作物长势评价 | 2000年产量分布图 |
模型2:基于统计的牧草产量预测模型
通过模块一中的产草量估算影响因子生成的统计文件,对下一年的产量进行粗略估计,根据模块一产生的长势因子的权值,对各影响因子进行长势分析,得出作物长势分布图;
| 2005年作物长势评价 | 2005年产量分布图 |
模型3:草地生产潜力评价
土地潜力是土地用于一定方式或使用一定管理实践方面的潜在能力,它是土地自然要素相互作用所表现出来的潜在生产能力。土地潜力评价是对土地固有潜在生产力的评价。它不仅涉及气候要素的生产潜力,而且也包括土壤生产潜力及其它要素的生产潜力。但是影响土地生态系统能量流动、养份循环的主要环境因子是气候和土壤。土地潜力评价主要集中在对气候和土壤要素的评价。草地生产力具有时空变化的特征,社会性经济条件的改善、草类对一地环境条件适应程度的加强,都会使草地生产潜力得到逐步提高。草地生产潜力预测分析是研究草地生产限制因子、草地生产能力增长趋势和制订可持续发展战略的基本依据。估算研究区域的草场的初级生产力,根据天然草地生产潜力计算通用公式Yp=100PAR×A×CL×G×CH×E×(1-B)/F/(1-C);式中:Yp的单位为t/(Km2•a);PAR用kJ/(cm2•a)表示;CH为牧草收获系数;一般取0.4;F为植物干物质含热量,取值17.8kJ/g;其它符号意义同下面描述。计算草场的净初级光能潜力—>天然草地净初级光温潜力—>天然草地净初级气候潜力—>产量生产潜力—>草地生产潜力,逐步进行因子的调整,最后得到与实际生长环境相符合的理想生产潜力结果,并对实际的生产潜力进行比较统计,得出两者存在的差距,以便于相关部门进行决策。
草地生产潜力结果图
模型4:经济发展与环境承载能力分析
根据GDP和草原的长势情况来分析经济发展与环境承载之间的关系,但是由于数据之间的断层和衡量经济和环境的指标也不仅仅是是所列的这两个,所以此处旨在提供参考方法,再加上GDP数据本身的质量也是很差,但是GDP是衡量经济发展情况的直接指标,所以最终只能考虑这两个因素之间的相关性来表示他们之间的密切程度,本模型通过求得草场退化的地域及速度,看其与GDP的关系,如负相关性强,则说明GDP的增长已经对环境造成了很大的压力,若相关性不强,则说明环境还在经济发展的可承受范围内。

