CN105719014A - 省域耕地后备资源开发区划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种省域耕地后备资源开发区划方法及系统，能够对省域耕地后备资源进行合理开发区划。所述方法包括：对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。

Description

省域耕地后备资源开发区划方法及系统

技术领域

本发明涉及耕地后备资源开发利用领域，具体涉及一种省域耕地后备资源开发区划方法及系统。

背景技术

耕地是农业生产的基础，关乎国家粮食安全和社会稳定。随着城市化、工业化步伐加快，在经济建设不可避免地占有现有耕地的情况下，适度、适量地开发一部分耕地后备资源以确保耕地动态平衡已成为我国耕地保护和粮食安全的一个重要举措。科学而合理地开发利用耕地后备资源，有利于土地资源的可持续利用，保证耕地质量。对于生态脆弱地区，保护生态和确保耕地质量是耕地后备资源开发利用的前提，耕地后备资源开发布局的科学与否直接影响其生态环境，因此对耕地后备资源进行合理开发区划，从而为耕地后备资源开发利用提供政策建议显得尤为重要。

在现有技术中，对耕地后备资源的开发区划主要通过传统的基于属性相似性的聚类方法进行分类，较少考虑其空间近邻关系；在对于聚类变量的选择方面，大多只考虑自然属性和区位条件，较少考虑其空间分布特征，这样就使得对耕地后备资源的开发区划较不合理。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种省域耕地后备资源开发区划方法及系统，能够对省域耕地后备资源进行合理开发区划。

为此目的，一方面，本发明提出一种省域耕地后备资源开发区划方法，包括：

对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；

以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；

采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。

另一方面，本发明提出一种省域耕地后备资源开发区划系统，包括：

评价模块，用于对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；

计算模块，用于以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；

区划模块，用于采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。

本发明实施例所述的省域耕地后备资源开发区划方法及系统，对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数，采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划，相较于聚类变量选择时较少考虑空间分布特征、聚类时较少考虑空间近邻关系的现有技术，本发明采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，在聚类变量的选择上不仅利用了各乡镇耕地后备资源的总体质量情况和经济增产效益，还利用了空间分布特征，在聚类时既利用了聚类变量的相似性，又利用了空间近邻关系，因而能够对省域耕地后备资源进行合理开发区划。

附图说明

图1为本发明省域耕地后备资源开发区划方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明省域耕地后备资源开发区划系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本实施例公开一种省域耕地后备资源开发区划方法，包括：

S1、对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；

S2、以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；

S3、采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。

本发明实施例所述的省域耕地后备资源开发区划方法，对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数，采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划，相较于聚类变量选择时较少考虑空间分布特征、聚类时较少考虑空间近邻关系的现有技术，本发明采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，在聚类变量的选择上不仅利用了各乡镇耕地后备资源的总体质量情况和经济增产效益，还利用了空间分布特征，在聚类时既利用了聚类变量的相似性，又利用了空间近邻关系，因而能够对省域耕地后备资源进行合理开发区划。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，包括：

从自然和社会适宜性两方面构建所述省域耕地后备资源开发适宜性评价指标体系；

基于所述评价指标体系，运用层次分析法和熵权法方法确定评价指标权重；

利用模糊理论的隶属度函数对评价指标进行标准化，得到各个地块的评价指标分值；

根据所述评价指标权重和评价指标分值，采用指数加权法计算各个耕地后备资源地块适宜性分值，根据所述地块适宜性分值得到所述地块适宜性分值的频数直方图，并基于所述频数直方图，利用自然断点法对各个耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述频数直方图用于表示具有不同耕地后备资源地块适宜性分值的地块的数量。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述从自然和社会适宜性两方面构建所述省域耕地后备资源开发适宜性评价指标体系，包括：

将温度大于预设度数条件下的年积温和年降雨量作为评价指标对气候条件进行评价，将海拔和坡度作为评价指标对地形条件进行评价，将有效土层厚度、土壤有机质含量和土壤pH值作为评价指标对土壤条件进行评价，将水源距离作为评价指标对水源条件进行评价；

将耕作距离和道路通达度作为评价指标对区位条件进行评价，将地块规整度和成片度作为评价指标对空间形态进行评价。

本发明实施例中，耕地后备资源自然适宜性评价从气候条件、地形条件、土壤条件和水源条件方面考虑。气候条件方面选取温度大于10℃的年积温和年降雨量为指标因子，地形条件方面选取海拔和坡度为指标因子，土壤条件方面选取有效土层厚度、土壤有机质含量和土壤pH值为评价指标因子，水源条件方面选取水源距离为指标因子。

耕地后备资源社会适宜性评价从区位条件和空间形态两方面考虑。选取耕作距离、道路通达度两项指标作为耕地后备资源区位条件的指标因子。选取田块规整度和成片度作为耕地后备资源空间形态的指标因子。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述耕作距离为地块与相同权属的居民点间的最短距离，所述道路通达度r的计算公式为所述地块规整度PD的计算公式为所述成片度B的计算公式为 $B=\left\{\begin{array}{cc}1& a_i>b_1\\ 1-\frac{0.9(b_1-a_i)}{b_1-b_2}& b_2<a_i\&le;b_1\\ 0.1& a_i\&le;b_2\end{array}\right.,$ 其中，L为地块i所属乡镇级行政区内道路长度，d_i为地块i与地块i所属乡镇级行政区内最邻近道路的实际距离，S为地块i所属乡镇级行政区面积，p_i为地块i的周长，a_i为地块i的面积，b₁和b₂分别为采用自然断点法将所述省域内所有耕地后备资源地块面积分为三个等级得到的较大临界值和较小临界值。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述运用层次分析法和熵权法方法确定评价指标权重，包括：

利用层次分析法得到初始权重；

根据所述评价指标体系的评价指标值得到评价指标矩阵，对所述评价指标矩阵作归一化处理，并根据归一化处理的结果计算各个评价指标的熵及差异系数，根据所述熵及差异系数，采用熵权法得到各个评价指标的熵权，其中，所述评价指标矩阵的元素为所述评价指标值；

通过对y＝e^x函数的曲线特征进行优化计算出各个评价指标的复合权重，计算公式为：

${\mathrm{\&omega;}}_j=\frac{e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;}}+e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;\&prime;}}}{{\&Sigma;}_{j=1}^n(e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;}}+e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;\&prime;}})},$

其中，ω_j为评价指标j的复合权重，ω′_j为层次分析法计算得到的评价指标j的指标权重，ω″_j为熵权法计算得到的评价指标j的熵权，n为评价指标的数量。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述利用模糊理论的隶属度函数对评价指标进行标准化，得到各个地块的评价指标分值，包括：

通过模糊分析及专家打分法，用修正的半梯形分布或者梯形分布作为隶属度函数计算各个地块的隶属度，作为相应地块的评价指标分值。

本发明实施例中，根据一般作物对自然和社会要素的要求，确定各个适宜性指标的极限条件、隶属度函数类型和参数。根据各评价指标的性质确定各指标的隶属度函数，对于温度大于10℃条件下的年积温、年降雨量、有效土层厚度、土壤有机质含量、连片度等正指标的隶属度函数采用升半梯形分布；对于海拔、坡度、水源距离、耕作距离、道路距离、田块规整度等负指标的隶属度函数采用降半梯形分布；对于适度指标土壤pH值得隶属度函数采用中间型梯形分布。计算每个地块的隶属度，作为该地块的指标分值。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数，包括：

所述综合适宜性指数IS的计算公式为所述集中连片指数C的计算公式为所述开发增产潜力指数Y的计算公式为其中，S_k为单元内第k个耕地后备资源地块的综合适宜性分值，a_k为单元内第k个耕地后备资源地块的面积，l为单元内耕地后备资源地块的数量，A为单元内耕地后备资源的总面积，A_c为单元内耕地后备资源集中连片面积，A_all为所述省域内所有耕地后备资源地块面积，P为单元内农作物总产量，A′为单元内农作物播种面积，T为单元内最适宜和中等适宜的地块的实际开发潜力。

本发明实施例中，可以选择大于50亩的地块进行缓冲分析(缓冲距离为100米)，通过融合、叠加分析等工具，提取连片后的图斑，选取最小合计面积大于300亩的集中连片图斑进行统计，得到该单元内耕地后备资源集中连片面积。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述A_c的计算方法包括：

基于缓冲分析，通过融合和叠加分析方法提取连片后的图斑，计算最小合计面积大于预设数值的集中连片图斑对应的耕地后备资源地块的面积之和，并将所述面积之和作为该单元内耕地后备资源集中连片面积。

可选地，在本发明省域耕地后备资源开发区划方法的另一实施例中，所述采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划，包括：

S31、将所述各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量，采用Delaunay三角剖分算法作为空间约束方法，构造聚类对象间的自然领域；

S32、基于所述自然领域，采用图论方法创建用于表示空间要素间的邻域关系的连通图；

S33、基于所述连通图，采用图论最小生成树算法生成最小生成树，其中，所述最小生成树的每条边的权重与其连接的空间要素对象的相似性成正比；

S34、通过将所述最小生成树后的分支剪除，生成两个最小生成树，并利用所述分支剪除方法对当前的所有最小生成树中的一个最小生成树进行分支剪除，通过多次迭代，直至获得指定的耕地后备资源类数，其中，每次进行分支剪除后生成的最小生成树的离差平法和之和为所有可能出现的情况的最小值；

S35、计算不同类数区划方案的伪F统计量，并将伪F统计量最大的方案作为目的耕地后备资源区划方案。

如图2所示，本实施例公开一种省域耕地后备资源开发区划系统，包括：

评价模块1，用于对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；

计算模块2，用于以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；

区划模块3，用于采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。

本发明实施例所述的省域耕地后备资源开发区划系统，对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数，采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划，相较于聚类变量选择时较少考虑空间分布特征、聚类时较少考虑空间近邻关系的现有技术，本发明采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，在聚类变量的选择上不仅利用了各乡镇耕地后备资源的总体质量情况和经济增产效益，还利用了空间分布特征，在聚类时既利用了聚类变量的相似性，又利用了空间近邻关系，因而能够对省域耕地后备资源进行合理开发区划。

本发明立足于各乡镇耕地后备资源总体质量情况、空间分布情况及经济增产效益等方面的综合情况进行分区，在考虑属性相似性的同时，又考虑了空间的近邻关系。本发明操作简单、易于实现，分区结果能够保持区块间的近邻关系及行政区划的完整性，能为地方政府耕地后备资源开发区划提供借鉴思路，同时为发挥农业规模效益提供科学依据。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，包括：

对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；

以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；

采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。

2.根据权利要求1所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，包括：

从自然和社会适宜性两方面构建所述省域耕地后备资源开发适宜性评价指标体系；

基于所述评价指标体系，运用层次分析法和熵权法方法确定评价指标权重；

利用模糊理论的隶属度函数对评价指标进行标准化，得到各个地块的评价指标分值；

根据所述评价指标权重和评价指标分值，采用指数加权法计算各个耕地后备资源地块适宜性分值，并基于所述各个耕地后备资源地块适宜性分值，利用自然断点法对各个耕地后备资源地块进行开发适宜性评价。

3.根据权利要求2所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述从自然和社会适宜性两方面构建所述省域耕地后备资源开发适宜性评价指标体系，包括：

将温度大于预设度数条件下的年积温和年降雨量作为评价指标对气候条件进行评价，将海拔和坡度作为评价指标对地形条件进行评价，将有效土层厚度、土壤有机质含量和土壤pH值作为评价指标对土壤条件进行评价，将水源距离作为评价指标对水源条件进行评价；

将耕作距离和道路通达度作为评价指标对区位条件进行评价，将地块规整度和成片度作为评价指标对空间形态进行评价。

4.根据权利要求3所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述耕作距离为地块与相同权属的居民点间的最短距离，所述道路通达度r的计算公式为所述地块规整度PD的计算公式为所述成片度B的计算公式为 $B=\left\{\begin{array}{cc}1& a_i>b_1\\ 1-\frac{0.9(b_1-a_i)}{b_1-b_2}& b_2<a_i\&le;b_1\\ 0.1& a_i\&le;b_2\end{array}\right.,$ 其中，L为地块i所属乡镇级行政区内道路长度，d_i为地块i与地块i所属乡镇级行政区内最邻近道路的实际距离，S为地块i所属乡镇级行政区面积，p_i为地块i的周长，a_i为地块i的面积，b₁和b₂分别为采用自然断点法将所述省域内所有耕地后备资源地块面积分为三个等级得到的较大临界值和较小临界值。

5.根据权利要求2所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述运用层次分析法和熵权法方法确定评价指标权重，包括：

利用层次分析法得到初始权重；

根据所述评价指标体系的评价指标值得到评价指标矩阵，对所述评价指标矩阵作归一化处理，并根据归一化处理的结果计算各个评价指标的熵及差异系数，根据所述熵及差异系数，采用熵权法得到各个评价指标的熵权，其中，所述评价指标矩阵的元素为所述评价指标值；

通过对y＝e^x函数的曲线特征进行优化计算出各个评价指标的复合权重，计算公式为：

${\mathrm{\&omega;}}_j=\frac{e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;}}+e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;\&prime;}}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^n(e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;}}+e^{{\mathrm{\&omega;}}_j^{\&prime;\&prime;}})},$

其中，ω_j为评价指标j的复合权重，ω'_j为层次分析法计算得到的评价指标j的指标权重，ω"_j为熵权法计算得到的评价指标j的熵权，n为评价指标的数量。

6.根据权利要求2所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述利用模糊理论的隶属度函数对评价指标进行标准化，得到各个地块的评价指标分值，包括：

通过模糊分析及专家打分法，用修正的半梯形分布或者梯形分布作为隶属度函数计算各个地块的隶属度，作为相应地块的评价指标分值。

7.根据权利要求1所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数，包括：

所述综合适宜性指数IS的计算公式为所述集中连片指数C的计算公式为所述开发增产潜力指数Y的计算公式为其中，S_k为单元内第k个耕地后备资源地块的综合适宜性分值，a_k为单元内第k个耕地后备资源地块的面积，l为单元内耕地后备资源地块的数量，A为单元内耕地后备资源的总面积，A_c为单元内耕地后备资源集中连片面积，A_all为所述省域内所有耕地后备资源地块面积，P为单元内农作物总产量，A′为单元内农作物播种面积，T为单元内最适宜和中等适宜的地块的实际开发潜力。

8.根据权利要求7所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述A_c的计算方法包括：

基于缓冲分析，通过融合和叠加分析方法提取连片后的图斑，计算最小合计面积大于预设数值的集中连片图斑对应的耕地后备资源地块的面积之和，并将所述面积之和作为该单元内耕地后备资源集中连片面积。

9.根据权利要求1所述的省域耕地后备资源开发区划方法，其特征在于，所述采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划，包括：

S31、将所述各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量，采用Delaunay三角剖分算法作为空间约束方法，构造聚类对象间的自然领域；

S32、基于所述自然领域，采用图论方法创建用于表示空间要素间的邻域关系的连通图；

S33、基于所述连通图，采用图论最小生成树算法生成最小生成树，其中，所述最小生成树的每条边的权重与其连接的空间要素对象的相似性成正比；

S34、通过将所述最小生成树后的分支剪除，生成两个最小生成树，并利用所述分支剪除方法对当前的所有最小生成树中的一个最小生成树进行分支剪除，通过多次迭代，直至获得指定的耕地后备资源类数，其中，每次进行分支剪除后生成的最小生成树的离差平法和之和为所有可能出现的情况的最小值；

S35、计算不同类数区划方案的伪F统计量，并将伪F统计量最大的方案作为目的耕地后备资源区划方案。

10.一种省域耕地后备资源开发区划系统，其特征在于，包括：

评价模块，用于对待进行开发区划的省域耕地后备资源地块进行开发适宜性评价，其中，所述开发适宜性评价的评价等级包括最适宜、中等适宜和勉强适宜；

计算模块，用于以乡镇级行政区为单元，基于所述开发适宜性评价的评价结果，计算各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数；

区划模块，用于采用Delaunay三角剖分算法和SKATER算法，通过将各个单元耕地后备资源综合适宜性指数、集中连片指数和开发增产潜力指数作为聚类变量进行空间聚类，对所述省域耕地后备资源进行开发区划。