CN105184427A - 一种对农田生态环境进行预警的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对农田生态环境进行预警的方法及装置，其中，方法包括：构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；确定所述预警指标的标准值和权重；利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；利用所述预警指数和权重确定预警总指数；通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；根据预警类型对农田生态环境进行预警。本技术方案将以往调查指标不全面、效率低、可靠性差的模式发展为高效、实时、精准的监测与预警技术模式，显著提高农田土壤浸染物种类、数量及浓度的监测精度，提高土地利用率及农田生态安全。

Description

一种对农田生态环境进行预警的方法及装置

技术领域

本发明涉及预警技术领域，特别涉及一种对农田生态环境进行预警的方法及装置。

背景技术

农田生态系统是受人类调控的以农作物为主要组分土壤为基础、农业生产为主要目标的生态系统。随着经济高速发展和人口急剧增加，各类生态环境问题应运而生，农业生态问题尤其是农田生态问题突出。比如，耕地资源减少、质量下降，后备耕地不足，植被遭到破坏导致农田水土流失、沙化、土壤盐渍化、土壤酸化严重，由于大量使用农药化肥导致农田灌溉用水水质恶化，土壤中重金属含量、有机污染物严重超标，造成农田土壤污染严重，一些农业基本设施得不到保障而不能满足农业生产的需要。

新疆是我国后备耕地资源的重要储备区，也是我国棉花生产的主要产区，也是我国化学农药用量最大的作物，棉花农药用量占全部农作物总用量的30％～40％，而农药的有效利用率只有10％～30％，农药的大量、无节制施用和农药残留对土壤、水体和大气造成极其严重的污染，生态平衡受到破坏，生物多样性明显下降，同时对人类健康威胁极大。为了使人们的生存环境不至于迅速恶化到灾难性的地步，急需建立农田生态安全预警机制，遏制生态恶化趋势，在农田生态系统面临危害和威胁之前对人类行为是否会对农田生态系统所造成不良的影响，影响程度，系统及其演化的趋势、方向、速度等作出预见性的判断，进而有针对性地采取措施，消除警源，使农田生态系统安全得到保障，不断输出安全优质的农产品，保持农业可持续发展，促进社会经济稳定发展。

2007年由中国科学院新疆分院生态与地理研究所和新疆农业大学合作完成一项利用高新技术控制棉田害虫的网络监测预警系统。此项目主要结合新疆棉区害虫监测技术，建立基于互联网的数据采集、数据传输、数据处理和数据表达的区域性棉田害虫监测和预警系统，以此探索数字化条件下害虫监测和预警的数据标准，提高田间监测数据的质量和效率。此项技术已在新疆阿克苏、石河子等棉花主产区推广应用，项目区棉铃虫自动化监测准确度、棉蚜图像识别计数精度、害虫发生期预测准确度、害虫数量分级预测准确度比预期要高，提高了新疆棉区有害生物预警水平，还可为棉农减少农药使用量。

2010年，由中国科学院新疆生态与地理研究所吕昭智研究员主持完成的“新疆棉花重大害虫数字化监测预警关键技术研发与应用”利用现代信息技术从新疆棉花主要害虫监测和预报规范、害虫自动化监测技术、预测模型组建、测报数据库建立、监测预警网络平台建设等方面，开展了新疆棉花主要害虫监测预警信息化系统研究。该成果建立了新疆棉花主要害虫监测预警的数字化技术体系，成果对提升棉花虫害的监测预报水平、完善监测方法、提高预报的时效性均有明显提升。该成果已在南北疆50多个植棉县和团场推广应用，提高了对棉铃虫、棉蚜测报的准确率和时效性，具有显著的经济效益和社会效益。

该方法属于传统方法，数据获取手段单一，监测方法速度慢、效率低、时效性差，并且成本较高，很难保证精度，并且计算结果也不能及时的通过网络进行运算和发布，未能直接通过传感器等快速获取数据的手段，实时的、快速高效的形成图表并进行预警。同时，该方法主要应用在棉田虫害的监测和预警，未能对整个棉田的生态环境发展情况进行监测、评估和预警。

由新疆农业大学草业与环境科学学院主持的“十一五”国家科技支撑计划课题“新疆农村特色产业信息化技术研究”集成开发了8个软件系统，包括新疆农牧业气象情报信息处理系统、新疆棉田干旱监测预警及优化配水服务系统、农村基层组织信息管理系统等；建成10个试验基地，涵盖涉农信息服务中心建设，养殖企业、乡镇及农牧民信息化应用示范。其中新疆农业科技信息进村入户系统，覆盖全疆10个地州45个县市，通过维汉双语提供农业信息服务中的信息发布、获取、交流互动、服务咨询、统计查询服务。

同时，课题组以示范区对农业生态环境监测信息的需求为主，在现有农业气象与灾害监测服务系统的基础上，针对干旱区主要生态环境问题。以遥感数据源为主，结合地面监测技术，引进并本地化相关变化分析与预测模型的基础上，开发集成基于3S技术的干旱区生态环境动态监测平台，实现对示范区植被变化、作物长势、作物病虫害、土壤墒隋、土壤盐碱、灾害性天气等监测预报的业务化运行，产生了良好的示范效果。

尤其是该课题中由新疆维吾尔自治区气候中心实施的“新疆棉田干旱监测预警及优化配水服务系统”项目，利用EOS/MODIS资料建立的旬土壤水分遥感监测模式及其变化评价模式，实时利用气象数据或调用数据库历史数据，构建了“新疆棉田干旱监测预警及优化配水服务系统”，实现了棉花生长发育期间对棉田土壤水分的动态监测以及棉田土壤湿度、最佳灌期和灌溉量的预测预报。该系统已在新疆气候中心农业气象业务中运行，形成了新疆土壤水分监测系列化服务产品，初步发挥了对棉花生产配水抗旱的指导作用，为抗旱减灾、合理利用水资源提供了科学决策依据。

该方法中用到的部分分级评价标准均为通过实验获取，受到地域差异的影响，该方法只能适用于局部区域，更换区域后精度会明显降低。其次，该系统未能运用网络技术和WebGIS的方法进行开发，数据传输效率低，普及型差，不符合信息技术的发展方向。

目前，新疆尚未见有基于WebGIS技术监测棉田生态环境及对此做出预警及安全评价体系的技术和方法，现有的技术方法不足以满足绿洲区棉田实际状况，如何才能解决这一难题，使得绿洲区棉花继续保持高产优质高效成为促进新疆农业可持续发展的瓶颈。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出一种对农田生态环境进行预警的方法及装置。对农田生态环境质量和生态系统的恶化及时预警，开发了监测和预警系统，可提高监测预警信息的及时性、全面性和可靠性，为农业和相关环境部门的管理者在农业生产、结构调整和农业生态环境保护方面提供科学的信息技术平台。

为实现上述目的，本发明提供了一种对农田生态环境进行预警的方法，包括：

构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；

确定所述预警指标的标准值和权重；

利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；

利用所述预警指数和权重确定预警总指数；

通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；

根据预警类型对农田生态环境进行预警。

优选地，所述预警模型包括：不良状态预警模型、负向演化预警模型和迅速恶化预警模型。

优选地，所述不良状态预警模型的表达式为：

I_t≤I_p

其中，I_t表示某一时间t的预警总指数；I_p表示不良预警时预警总指数的临界值；其中，I_p在(2，4]区间时为较差状态预警；I_p在[0，2]区间时为极差状态预警。

优选地，所述负向演化预警模型的表达式为：

$\frac{\left|I_{t_2}-I_{t_1}\right|}{t_2-t_1}\≤{\mathrm{\ΔI}}_p$

其中， 表示某一时间t₁的预警总指数；表示某一时间t₂的预警总指数；ΔI_p表示预警总指数变化速率的临界值，ΔI_p取值为0.2。

优选地，所述迅速恶化预警模型的表达式为：

$\frac{\left|I_{t_2}-I_{t_1}\right|}{t_2-t_1}>{\mathrm{\ΔI}}_p$

其中， 表示某一时间t₁的预警总指数；表示某一时间t₂的预警总指数；ΔI_p表示预警总指数变化速率的临界值，ΔI_p取值为0.2。

优选地，所述预警总指数的表达式为：

I＝ΣI_ijk×W_ijk/ΣW_ijk

其中，W_ijk表示预警指标对应地权重，I_ijk表示预警指标对应地预警指数，I表示预警总指数。

优选地，所述预警指标包括正向预警指标和逆向预警指标。

优选地，所述预警指数的表达式为：

当预警指标为逆指标时：

当预警指标为正指标时：

其中，I_ijk表示预警指标对应地预警指数，X_ijk表示预警指标的实测值或统计值；X_max表示预警指标标准值，在预警指标为正指标时，取历史最高值为标准值；X_min表示预警指标标准值，在预警指标为逆指标时，取历史最低值为标准值。

优选地，所述权重运用定性与定量综合方法确定。

为实现上述目的，本发明还提供了一种对农田生态环境进行预警的装置，包括：

预警指标确定单元，用于构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；

标准值和权重确定单元，用于确定所述预警指标的标准值和权重；

预警指数确定单元，用于利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；

预警总指数确定单元，用于利用所述预警指数和权重确定预警总指数；

预警类型确定单元，用于通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；

预警单元，用于根据预警类型对农田生态环境进行预警。

上述技术方案具有如下有益效果：

本技术方案将以往调查指标不全面、效率低、可靠性差的模式发展为高效、实时、精准的监测与预警技术模式，显著提高农田土壤浸染物种类、数量及浓度的监测精度，提高土地利用率及农田生态安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种对农田生态环境进行预警的方法流程图；

图2为本发明提出的一种对农田生态环境进行预警的装置框图；

图3为本实施例基于WebGIS的预警装置功能实现图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对新疆荒漠绿洲区棉田土壤不合理施用化肥、农药而造成土壤中有害物质大量富集，土壤污染加剧，土壤质量和农产品质量下降等关键问题，以棉田生态环境监测、评价和治理的先进理念与模式方法为基础，结合新疆棉田土壤有害物质在土壤中富集的种类及空间分布变化规律，明确人为施肥、施药和连作年限与土壤污染物富集的内在联系，构建基于WebGIS的棉田生态环境评价体系、棉田生态环境监测系统和棉田生态环境风险预警决策技术，建立适合新疆绿洲区基于WebGIS的棉田生态环境监测与预警技术方法，提高绿洲区耕地质量及生态安全，改善人民生活环境，促进农业的健康可持续发展。

农田生态环境预警思路为：土壤环境的多介质、多界面、多组分以及非均一性和复杂多变的特点，决定了土壤环境污染具有区别于大气环境和水环境污染的不同特点：隐蔽性与滞后性、累积性与地域性、不可逆性、难治理性。这造成了土壤的微观研究存在相当的困难，也在一定程度上削弱了土壤污染预警的现实意义和可操作性。鉴于以上原因，考虑从周围环境和人类活动对土壤胁迫强度变化间接反映农田土壤污染的可能状况和发展趋势，选择由因到果的间接预警方法，从土壤污染源头上分析问题，通过构建一系列相互联系的、与土壤污染有密切关系的、能在一定程度上反映土壤污染变化的预警体系，间接对农田土壤污染趋势给予评价和预警。此方法的优势在于:(1)宏观数据可获取性强，而大范围土壤污染监测是一项艰巨的工作；(2)从土壤外部环境变化的角度进行预警分析，有利于及时发现警情、采取措施，在一定程度上避免了因土壤污染的隐蔽性和滞后性给土壤污染防治和治理工作带来的困难；(3)有利于决策部门协调地区经济发展与土壤环境质量之间的关系，更好地体现预警目的和意义。

如图1所示，为本发明提出的一种对农田生态环境进行预警的方法流程图。包括：

步骤101)：构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；

1、选择棉田生态环境质量预警指标的依据

由于土壤污染具有区别于大气和水污染的不同特点，为了构建能敏感反映棉田土壤污染状况的预警指标体系，有必要对棉田土壤特点及其污染来源加以剖析。土壤是环境要素的重要组成部分，它处于自然环境中，具有很强的开放性，不断接受城区传递的物质、信息流，土壤具有明显的人为搅动特征。因此，棉田土壤污染的根源是人类社会经济活动，其状况应该跟研究地区的工农业产值、人口、“三废”排放等社会、经济、环境等有密切关系，故可建立与棉田土壤污染密切相关的经济、社会、环境等宏观指标，根据评价、预测这些指标状况而间接反映农田土壤污染可能变化趋势。

2、构建棉田生态环境质量预警指标体系

依据棉田生态环境质量预警思路，通过对棉田土壤污染来源的深刻剖析，借鉴土壤质量指标体系和环境预警指标体系的研究成果，构建包括环境污染、环境治理、环境保护、社会经济在内的农田生态环境质量预警指标体系。

步骤102)：确定所述预警指标的标准值和权重；

1、确定预警指标评价标准

棉田生态环境质量预警指标的评价标准可根据以下原则来确定:

①国际、国家标准；②国家或研究地区的发展规划和环境保护规划；③国际或社会公认的标准；④参考专家、学者的研究成果；⑤虽然目前环境质量标准体系正在逐步完善，但缺乏对污染总量等指标标准的界定，当对这些指标进行评价时，大多数学者往往采用历史数据作为依据进行比较分析。具体说明如下：正向预警指标，取研究年限中的最大值作为标准值；逆向指标，取研究年限中的最小值作为标准值。

2、确定预警指标权重

棉田生态环境质量预警指标体系是一个有若干层次组成的庞大复杂的社会-经济-生态复合体，对于这样一个多因素、多层次的系统，可选择运用定性与定量综合方法来确定权重。

步骤103)：利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；

棉田生态环境预警指标确定以后，直接用它们进行评价是困难的，因为各预警指标之间的量纲不统一，没有可比性，即使对于同一个参数，尽管可以根据实测数值的大小来判断它们对棉田生态环境的影响，但也因缺少一个可作比较的标准而无法较确切地反映其影响程度，因此需要对预警指标因子进行规范化处理。棉田生态环境质量预警指标体系中有正、逆两类指标，故在比较时要将正指标和逆指标区别对待。

其计算公式如下:

当预警指标为逆指标时：

当预警指标为正指标时：

式中，I_ijk表示预警指数，X_ijk表示预警指标的实测值或统计值；X_max表示预警指标标准值，在预警指标为正指标时，取历史最高值为标准值；X_min表示预警指标标准值，在预警指标为逆指标时，取历史最低值为标准值。

步骤104)：利用所述预警指数和权重确定预警总指数；

在预警指数计算的基础上，根据层次分析法确定的各预警指标的权重，将预警指数进行加权平均，求得农田生态环境质量预警总指数I。I值越小，表明农田生态环境问题越严重。

I＝ΣI_ijk×W_ijk/ΣW_ijk(3)

式中，W_ijk表示预警指标对应地权重，I_ijk表示预警指标对应地预警指数，I表示预警总指数。

步骤105)：通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；

通过棉田实地调查获取新疆绿洲区连作棉田施肥用药的总体情况，如连作棉田连作时间、连作面积、施肥用药数量和种类以及相应棉田管理措施，归纳整理，综合预警指标间的相互关系，确立相应的合理的环境监测评价域值，建立预警模型。

预警模型包括：不良状态预警模型、负向演化预警模型和迅速恶化预警模型。

其中，不良状态预警模型的表达式为：

I_t≤I_p

其中，I_t表示某一时间t的预警总指数；I_p表示不良预警时预警总指数的临界值；其中，I_p在(2，4]区间时为较差状态预警；I_p在[0，2]区间时为极差状态预警。

负向演化预警模型的表达式为：

$\frac{\left|I_{t_2}-I_{t_1}\right|}{t_2-t_1}\≤{\mathrm{\ΔI}}_p$

其中， 表示某一时间t₁的预警总指数；表示某一时间t₂的预警总指数；ΔI_p表示预警总指数变化速率的临界值，ΔI_p取值为0.2。

迅速恶化预警模型的表达式为：

$\frac{\left|I_{t_2}-I_{t_1}\right|}{t_2-t_1}>{\mathrm{\ΔI}}_p$

其中， 表示某一时间t₁的预警总指数；表示某一时间t₂的预警总指数；ΔI_p表示预警总指数变化速率的临界值，ΔI_p取值为0.2。

下表1为农田生态环境质量预警区间，借鉴生态环境预警研究经验，当预警总指数I为2分及以下时，说明农田生态环境系统处于极差状态，土壤环境问题严重，承受外部压力较大；当预警总指数I为2～4分时，说明农田生态环境系统处于较差状态，土壤环境问题已出现；当预警总指数I为4～5分时，说明农田生态环境系统处于警戒状态，如果不采取必要的措施，土壤环境将有可能向负方向演化；当预警总指数I大于5分时，说明农田生态环境系统运行正常。

表1

分级	理想	良好	一般	较差	极差
						区间值	[10，8)	[8，6)	[6，4)	[4，2)	[2，0)

步骤106)：根据预警类型对农田生态环境进行预警。

对应地，如图2所示，为本发明提出的一种对农田生态环境进行预警的装置框图。包括：

预警指标确定单元201，用于构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；

标准值和权重确定单元202，用于确定所述预警指标的标准值和权重；

预警指数确定单元203，用于利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；

预警总指数确定单元204，用于利用所述预警指数和权重确定预警总指数；

预警类型确定单元205，用于通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；

预警单元206，用于根据预警类型对农田生态环境进行预警。

对于本实施来说，农田选为棉田。为实现上述装置的功能，基于WebGIS技术，以新疆绿洲区棉田地块为生态环境监测基本单元，在获取棉田-棉花植株生态环境因子的基础上，运用WebGIS和统计学分析功能做支持，利用其在空间数据的获取、分析、存储、处理、显示、编辑、输出和应用等功能实现棉田生态环境监测的可视化管理，结合预警模型针对棉田生态环境的发展趋势建立预警装置。

预警装置采用GIS组件ArcGISServer10.3和遥感开发工具ENVI5.2+IDL8.4进行集成，开发平台选取VS2010(C#)，并结合数据库系统，采用B/S的结构，构建新疆绿洲区棉田生态环境监测与预警系统。预警装置通过网页实现各类数据的查询及综合管理、研究区电子地图展示、遥感影像预处理、文本及表格数据导入、生态环境评价、预警及专题图输出打印等功能。

预警装置设计基于用户使用角度，设置了三种不同的运行模式：

(1)一键处理模式：用于普通用户快速处理各类数据并得出结果；

(2)流程化处理模式：用户可以根据需要选择不同的方法，按照向导的模式进行监测和预警等操作；

(3)手动模式：主要针对高级用户，熟悉操作流程，可以根据自身的需要进行给操作，过程中参数的设置有利于精度的提高。

如图3所示，预警装置主要包含四个子功能模块：数据库管理子系统、洪水监测子系统、洪灾评估子系统、洪水模拟子系统。

①数据库管理子系统主要包含基础数据库数据(如气象数据等)的分页浏览及增删改查等功能，以及空间数据查询模块主要是对研究区的矢量及影像数据的查询。包含电子地图的属性查询、鹰眼、比例尺、坐标、属性表查询、缩放、漫游、全视图、空间量算、空间数据编辑功能。

②监测和预警子系统主要实现数据导入、监测预警和制图输出等功能，主要包括矢量文件导入、评价指标体系管理、空间插值、图像统计计算、直方图处理及显示、图层叠加分析、监测预警、面积计算、专题图制作输出等功能。

③空间查询子系统主要实现基于属性和空间位置的矢量数据查询功能，以及快速查询功能。

④数据转换子系统主要实现格式转换和坐标转换等功能，包括栅格转矢量、矢量转栅格、栅格计算器、栅格重分类、坐标转换和缓冲区分析功能。

实例分析

1、构建指标体系

以新疆石河子市周边农田为例，按照构建农田生态环境质量预警指标体系的基本思路，在深刻剖析土壤污染来源的基础上，根据研究地区的实际情况，考虑数据的可获取性，构建了石河子市郊区农田生态环境质量预警指标体系。下表2为预警指标体系。表中数据均来自《新疆统计年鉴》(1990-1995)、《新疆统计年鉴》(1996-2000)、《新疆统计年鉴》(2001-2005)。

表2

序号	预警指标	标识
			1	城市污水排放量(104t)	D1
2	工业废水排放量(104t)	D2
			3	重金属排放量(t)	D3
4	工业废气排放量(108m3)	D4
			5	工业SO2排放量(104t)	D5
6	工业固废产生量(104t)	D6
			7	城市污水处理率(％)	D7
8	工业废水排放达标率(％)	D8
			9	工业废气处理率(％)	D9
10	工业固废综合利用率(％)	D10
			11	汽车尾气达标率(％)	D11
12	环保投资占GDP的比重	D12
			13	GDP增长率(％)	D13
14	城市化率(％)	D14
			15	车流量(辆)	D15
16	化肥施用量(kg hm-2)	D16
			17	污灌时间(a)	D17

2、预警指标评价

2.1确定预警指标的标准值

指标标准值的选择原则，通过咨询专家意见，最终确定了各指标的标准值。见下表3。

表3

2.2计算预警总指数

(1)运用层次分析法确定各预警指标权重。根据研究地区农田生态环境质量演变规律，结合实地调查研究，依据土壤污染来源，参考专家的知识和经验，运用层次分析法确定各预警指标权重。下表4为预警指标权重。

表4

预警指标	权重
		D1	0.0181
D2	0.1086
		D3	0.1078
D4	0.0862
		D5	0.0362
D6	0.0097
		D7	0.0084
D8	0.045
		D9	0.018
D10	0.0035
		D11	0.0084
D12	0.125
		D13	0.012
D14	0.0732
		D15	0.0472
D16	0.0868

D17

0.2058

(2)计算预警总指数。计算预警指数(预警指标无量纲化)将预警指标的历史值、现在值、预测值代入式(1)、式(2)，计算预警指数，在预警指数计算的基础上，根据上述层次分析法确定的各预警指标权重(表4)，将各预警指标的预警指数进行加权平均，求得农田生态环境质量各年份的预警总指数I。下表5为预警指数。

表5

3、农田生态环境质量预警

将计算得到的农田生态环境质量预警总指数I代入预警数学模型(4)～模型(6)，依据确定的预警区间(见表1)，得到预警结果见表6。

表6预警结果

4、结果简析

从计算结果上来看，石河子市郊区农田生态环境质量变化呈明显的阶段性：农田生态环境质量在1990年到2000年间状态相对较差，呈现了负向演化的趋势预警，2000年后期间趋于好转。这些变化与当地的经济发展状况、污染排放状况、环境污染治理状况关系密切。2000年前，对土壤环境影响较大的因素大多处于较差状况，环境治理也处于较低的水平；2000年后，环境治理力度相对加强，如“三废”治理率、达标率等有了大幅度的提高，污水灌溉状况有所改善，因此，2000～2005年间农田生态环境质量由负向演化趋势预警转为好转趋势，这与计算结果吻合较好，证明该方法在石河子市的农田生态环境质量变化监测和预警方面是有一定作用的。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对农田生态环境进行预警的方法，其特征在于，包括：

构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；

确定所述预警指标的标准值和权重；

利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；

利用所述预警指数和权重确定预警总指数；

通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；

根据预警类型对农田生态环境进行预警。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预警模型包括：不良状态预警模型、负向演化预警模型和迅速恶化预警模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不良状态预警模型的表达式为：

I_t≤I_p

其中，I_t表示某一时间t的预警总指数；I_p表示不良预警时预警总指数的临界值；其中，I_p在(2，4]区间时为较差状态预警；I_p在[0，2]区间时为极差状态预警。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负向演化预警模型的表达式为：

$\frac{|I_{t_2}-I_{t_1}|}{t_2-t_1}\≤{\mathrm{\ΔI}}_p$

其中，表示某一时间t₁的预警总指数；表示某一时间t₂的预警总指数；ΔI_p表示预警总指数变化速率的临界值，ΔI_p取值为0.2。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述迅速恶化预警模型的表达式为：

$\frac{|I_{t_2}-I_{t_1}|}{t_2-t_1}>{\mathrm{\ΔI}}_p$

其中，表示某一时间t₁的预警总指数；表示某一时间t₂的预警总指数；ΔI_p表示预警总指数变化速率的临界值，ΔI_p取值为0.2。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预警总指数的表达式为：

I＝ΣI_ijk×W_ijk/ΣW_ijk

其中，W_ijk表示预警指标对应地权重，I_ijk表示预警指标对应地预警指数，I表示预警总指数。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预警指标包括正向预警指标和逆向预警指标。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预警指数的表达式为：

当预警指标为逆指标时：

当预警指标为正指标时：

其中，I_ijk表示预警指标对应地预警指数，X_ijk表示预警指标的实测值或统计值；X_max表示预警指标标准值，在预警指标为正指标时，取历史最高值为标准值；X_min表示预警指标标准值，在预警指标为逆指标时，取历史最低值为标准值。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述权重运用定性与定量综合方法确定。

10.一种对农田生态环境进行预警的装置，其特征在于，包括：

预警指标确定单元，用于构建农田生态环境质量预警指标体系，确定预警指标；

标准值和权重确定单元，用于确定所述预警指标的标准值和权重；

预警指数确定单元，用于利用所述预警指标的实测值或统计值、所述预警指标的标准值获得预警指数；

预警总指数确定单元，用于利用所述预警指数和权重确定预警总指数；

预警类型确定单元，用于通过预警模型，利用所述预警总指数确定预警类型；

预警单元，用于根据预警类型对农田生态环境进行预警。