CN109598455A - 一种适用于新疆机采棉种植的区划方法及系统 - Google Patents

一种适用于新疆机采棉种植的区划方法及系统 Download PDF

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CN109598455A CN201910062237.5A CN201910062237A CN109598455A CN 109598455 A CN109598455 A CN 109598455A CN 201910062237 A CN201910062237 A CN 201910062237A CN 109598455 A CN109598455 A CN 109598455A
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Abstract

本发明公开一种适用于新疆机采棉种植的区划方法及系统。包括：获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据；确定6个区划指标；建立区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图；确定每个区划指标的隶属度函数；采用层次分析法确定每个区划指标的权重；计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；将6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图；利用新疆土地覆被类型耕地数据，对机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。本发明可以指导机采棉的种植，提高机采棉的品质和产量。

Description

一种适用于新疆机采棉种植的区划方法及系统
技术领域
本发明涉及棉花种植领域，特别是涉及一种适用于新疆机采棉种植的区划方法及系统。
背景技术
新疆位于我国西北内陆，因具有光照充足，热量资源丰富的地理优势，使之成为我国重要棉花生产基地。新疆棉花品质优，产量高，在全国享有盛誉。新疆虽然植棉历史悠久，但20世纪80年代，棉花区划专家开始对新疆棉花进行种植气候区划研究。到20世纪90年代新疆棉花种植得到快速的发展。21世纪初，随着机械化水平的提高，机械采收和人工采收相比具有效率高、成本低的特点，新疆地区开始实行机采棉的种植。现有的棉花区划只是停留在过去手采棉区划，已不能够适应机采棉的种植。如果采用现有的棉花区划指标指导机采棉种植区的划分是不科学的，并且具有一定的局限性。主要体现在区划指标不能够满足机采棉早现蕾的需要和确定喷施脱叶剂时间的特殊要求。
为了满足机采棉种植的要求，提高机采棉的品质和产量。本发明主要从机采棉的生物学特性为基础，对新疆机采棉种植区域规划，为棉花产业的可持续发展提供理论和技术支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于新疆机采棉种植的区划方法及系统，以指导机采棉的种植，提高机采棉的品质和产量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种适用于新疆机采棉种植的区划方法，包括：
获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据；
根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，确定6个区划指标；所述6个区划指标包括无霜期、7月平均气温、≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温和脱叶机喷施日期；
基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图；
确定每个所述区划指标的隶属度函数；
采用层次分析法确定每个所述区划指标的权重；
根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；
将所述6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图；
利用新疆土地覆被类型耕地数据，对所述机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。
可选的，根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，利用R语言确定80％保证率下的6个区划指标。
可选的，所述基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图，具体包括：
获取栅格大小为90m×90m的新疆DEM数据；
利用ArcGIS软件将所述新疆DEM数据重采样为1km×1km的栅格；
利用ArcGIS软件中的栅格转点工具，将栅格数据转换成点矢量数据；
利用spass软件分别建立6个区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型；
在ArcGIS软件中打开点矢量数据的属性表，将建立好的空间模型进行矢量数据的运算，完成6个区划指标的模拟；
在ArcGIS中采用点转栅格的工具，将6个区划指标模拟的点矢量数据转换成栅格大小为1km×1km的栅格，得到第一数据；
计算6个区划指标的残差；
在ArcGIS中将6个区划指标的残差值采用反距离权重插值法转换成栅格大小为1km×1km的栅格数据，得到第二数据；
将所述第一数据和所述第二数据进行栅格叠加，得到6个区划指标的空间分布图。
可选的，确定每个所述区划指标的隶属度函数，具体包括：
将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；
将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；
将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；
将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；
将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；
将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。
可选的，所述根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数，具体包括：
对于每个栅格点，利用公式P＝a1y1+a2y2+a3y3+a4y4+a5y5+a6y6计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数，其中，y1为区划指标“无霜期”的隶属度值，a1为区划指标“无霜期”的权重；y2为区划指标“7月平均气温”的隶属度值，a2为区划指标“7月平均气温”的权重；y3为区划指标“≥10℃积温”的隶属度值，a3为区划指标“≥10℃积温”的权重；y4为区划指标“终霜日”的隶属度值，a4为区划指标“终霜日”的权重；y5为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值，a5为区划指标“4-5月有效积温”的权重；y6为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值，a6为区划指标“脱叶机喷施日期”的权重。
本发明还提供一种适用于新疆机采棉种植的区划系统，包括：
数据获取模块，用于获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据；
区域指标确定模块，用于根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，确定6个区划指标；所述6个区划指标包括无霜期、7月平均气温、≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温和脱叶机喷施日期；
空间分布图获取模块，用于基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图；
隶属度函数确定模块，用于确定每个所述区划指标的隶属度函数；
权重确定模块，用于采用层次分析法确定每个所述区划指标的权重；
适宜度综合指数计算模块，用于根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；
适宜度分布图获取模块，用于将所述6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图；
机采棉种植区域的划分图像获取模块，用于利用新疆土地覆被类型耕地数据，对所述机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。
可选的，所述区域指标确定模块根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，利用R语言确定80％保证率下的6个区划指标。
可选的，所述空间分布图获取模块，具体包括：
数据获取单元，用于获取栅格大小为90m×90m的新疆DEM数据；
重采样单元，用于利用ArcGIS软件将所述新疆DEM数据重采样为1km×1km的栅格；
栅格转点单元，用于利用ArcGIS软件中的栅格转点工具，将栅格数据转换成点矢量数据；
空间模型建立单元，用于利用SPSS软件分别建立6个区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型；
区划指标模拟单元，用于在ArcGIS软件中打开点矢量数据的属性表，将建立好的空间模型进行矢量数据的运算，完成6个区划指标的模拟；
第一数据获取单元，用于在ArcGIS中采用点转栅格的工具，将6个区划指标模拟的点矢量数据转换成栅格大小为1km×1km的栅格，得到第一数据；
残差计算单元，用于计算6个区划指标的残差；
第二数据获取单元，用于在ArcGIS中将6个区划指标的残差值采用反距离权重插值法转换成栅格大小为1km×1km的栅格数据，得到第二数据；
叠加单元，用于将所述第一数据和所述第二数据进行栅格叠加，得到6个区划指标的空间分布图。
可选的，所述隶属度函数确定模块具体包括：
第一确定单元，用于将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；
第二确定单元，用于将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；
第三确定单元，用于将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；
第四确定单元，用于将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；
第五确定单元，用于将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；
第六确定单元，用于将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。
可选的，其特征在于，所述适宜度综合指数计算模块利用公式P＝a1y1+a2y2+a3y3+a4y4+a5y5+a6y6计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；其中，y1为区划指标“无霜期”的隶属度值，a1为区划指标“无霜期”的权重；y2为区划指标“7月平均气温”的隶属度值，a2为区划指标“7月平均气温”的权重；y3为区划指标“≥10℃积温”的隶属度值，a3为区划指标“≥10℃积温”的权重；y4为区划指标“终霜日”的隶属度值，a4为区划指标“终霜日”的权重；y5为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值，a5为区划指标“4-5月有效积温”的权重；y6为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值，a6为区划指标“脱叶机喷施日期”的权重。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
现有的棉花区划指标指导机采棉种植区的划分是不科学的，并且具有一定的局限性。主要体现在区划指标不能够满足机采棉早现蕾的需要和确定喷施脱叶剂时间的特殊要求。为了提高机采棉的品质和产量，应实现四月苗，五月蕾，六月花，七月铃，八月絮这一生育进程。因此，为了适应机采棉的种植，提高机采棉品质和产量，本发明在前人研究手采棉区划的基础上增加终霜日，4-5月≥10℃有效积温和喷施脱叶剂的时间三个辅助指标，机采棉区划指标具有科学性，创新性和理论性，对指导机采棉的种植具有积极意义。
之前的棉花区划，各区划指标的计算都是求得多年的平均值。但是对于农业生产中，由于气候变化具有波动性，仅知道区划多年平均值是不能够精确地完成区划任务的。本发明采用R语言计算了各个指标80％的保证率，与经度，纬度和海拔高度建立空间关系，结合新疆耕地的利用现状，能够可以充分反映机采棉种植区的分布情况，大大提高了机采棉种植区划的精确度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明适用于新疆机采棉种植的区划方法的流程示意图；
图2为本发明适用于新疆机采棉种植的区划系统的结构示意图；
图3为本发明实施例1的区划指标“无霜期”的隶属度值的分布示意图；
图4为本发明实施例1的区划指标“7月平均气温”的隶属度值的分布示意图；
图5为本发明实施例1的区划指标“≥10℃积温”的隶属度值的分布示意图；
图6为本发明实施例1的区划指标“终霜日”的隶属度值的分布示意图；
图7为本发明实施例1的区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值的分布示意图；
图8为本发明实施例1的区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值的分布示意图；
图9为本发明实施例1的土地覆被类型耕地数据分布示意图；
图10为本发明实施例1的机采棉种植区域的划分图像。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明适用于新疆机采棉种植的区划方法的流程示意图。如图1所示，包括以下步骤：
步骤100：获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据。这些数据可以分别从国家气象数据共享服务网和国家地球科学数据共享网上直接获取。
步骤200：根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，确定6个区划指标。所述6个区划指标包括无霜期、7月平均气温、≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温和脱叶机喷施日期。本发明根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，利用R语言确定80％保证率下的6个区划指标。机采棉是喜温好光的作物，在生长发育的过程中对积温，无霜期和7月的平均气温要求比较高，能够种植机采棉的地区必须满足这三个因素。在区划指标中，这些值都是固定的。保证率是指大于等于或小于等于某一界限值的累积概率值，保证率的计算就是累积频率的统计。因为气候要素具有波动性，用多年气候要素的平均值来衡量气候要素的空间变化是不合理的，在农业生产中，用80％保证率来评价热量要素的变化规律对农作物生产的影响相对合理。
步骤300：基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图。具体过程如下：
(1)获取栅格大小为90m×90m的新疆DEM数据。
(2)利用ArcGIS软件将所述新疆DEM数据重采样为1km×1km的栅格。目的是为了减少运算量和方便计算，有利于计算面积，但不影响栅格模拟的精确度。
(3)利用ArcGIS软件中的栅格转点工具，将栅格数据转换成点矢量数据。打开矢量数据的属性表，能够看到矢量点的海拔高度，和经纬度等信息，属性表中共有大约166万个矢量点所有的信息资料，这与新疆的面积也是对应的，因为新疆的面积为166万km2。
(4)利用SPSS软件分别建立6个区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型。
(5)在ArcGIS软件中打开点矢量数据的属性表，将建立好的空间模型进行矢量数据的运算，完成6个区划指标的模拟。优选的，利用公式
得到6个区划指标的模拟值，其中，M为区划指标栅格点的模拟值，λ，h分别表示栅格点的经度，纬度和海拔高度，ε表示残差项，a0～a9为待定系数，不同的区划指标待定系数不同。
(6)在ArcGIS中采用点转栅格的工具，将6个区划指标模拟的点矢量数据转换成栅格大小为1km×1km的栅格，得到第一数据。
(7)计算6个区划指标的残差。残差等于实测值减去模拟值，实测值是通过R语言计算得到的新疆51个气象站点80％保证率下的6个区划指标的数值。模拟值是采用上一步用spass软件中得到的空间模型，在Excel表中根据模型计算51个气象站点的6个区划指标的模拟值，最后用实测值减去模拟值，可以得到6个种植区划指标的残差。
(8)在ArcGIS中将6个区划指标的残差值采用反距离权重插值法转换成栅格大小为1km×1km的栅格数据，得到第二数据。
(9)将所述第一数据和所述第二数据进行栅格叠加，得到6个区划指标的空间分布图。
步骤400：确定每个所述区划指标的隶属度函数。具体如下：
将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。
步骤500：采用层次分析法确定每个所述区划指标的权重。具体过程如下：
1、建立区划指标的层次结构模型
通过深入分析各个区划指标之间的关系，按照对机采棉种植适宜度的影响，分成两个层次：目标层为机采棉种植区划层，因子层为影响机采棉种植的6个区划指标。层次分析法确定权重的过程中包括建立目标层，准则层和方案层，在本发明中的目标层指的是机采棉种植区划，也就是目的。准则层(因子层)就是6个区划指标。所谓的两两比较就是指6个区划指标(因子层)与机采棉种植区划(目标层)进行两两比较，按照相对重要性进行标度。
2、构造判断矩阵
将区划指标同一层因素与上一层进行两两比较，采用1-9及其倒数的标度方法进行标度。具体标度方法如表1所示：
表1标定方法
判断矩阵应满足以下3个必要条件：
aii＝1
其中i和j为判断矩阵中的行列数。
aij≥0(i,j＝1,2,3…n)
3、对判断矩阵进行一致性检验
为了检测判断矩阵是否具有满意的一致性，需要进一步对判断矩阵进行一致性检验，检验方法如下：
式(4)和(5)中，λmax为判断矩阵的最大特征根，CR为判断矩阵的一致性比率，CI为判断矩阵一致性指标，RI是判断矩阵的平均随机一致性指标。对于1-9阶的判断矩阵RI的取值为0，0，0.58，0.9，1.12，1.24，1.32，1.41，1.45，通过计算得到机采棉区划指标判断矩阵中的最大特征根λmax＝6.64，RI＝1.24。
即判断矩阵通过一致性检验，说明各个区划指标间权重的分配是合理的。
步骤600：根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数。对于每个栅格点，利用公式P＝a1y1+a2y2+a3y3+a4y4+a5y5+a6y6计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数，其中，y1为区划指标“无霜期”的隶属度值，a1为区划指标“无霜期”的权重；y2为区划指标“7月平均气温”的隶属度值，a2为区划指标“7月平均气温”的权重；y3为区划指标“≥10℃积温”的隶属度值，a3为区划指标“≥10℃积温”的权重；y4为区划指标“终霜日”的隶属度值，a4为区划指标“终霜日”的权重；y5为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值，a5为区划指标“4-5月有效积温”的权重；y6为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值，a6为区划指标“脱叶机喷施日期”的权重。将6个机采棉区划指标的隶属度值的栅格图像结合各自的权重进行栅格叠加得到机采棉种植适宜度的综合指数。
步骤700：将所述6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图。在ArcGIS软件中，将6个区划指标的栅格图像重采样为1km×1km大小的栅格图像，最后基于每个栅格点对应的适宜度的综合指数进行栅格叠加得到机采棉适宜度分布图。
步骤800：利用新疆土地覆被类型耕地数据，对所述机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。
图2为本发明适用于新疆机采棉种植的区划系统的结构示意图。如图2所示，包括：
数据获取模块201，用于获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据；
区域指标确定模块202，用于根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，确定6个区划指标；所述6个区划指标包括无霜期、7月平均气温、≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温和脱叶机喷施日期；
空间分布图获取模块203，用于基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图；
隶属度函数确定模块204，用于确定每个所述区划指标的隶属度函数；
权重确定模块205，用于采用层次分析法确定每个所述区划指标的权重；
适宜度综合指数计算模块206，用于根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；
适宜度分布图获取模块207，用于将所述6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图；
机采棉种植区域的划分图像获取模块208，用于利用新疆土地覆被类型耕地数据，对所述机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。
所述区域指标确定模块202根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，利用R语言确定80％保证率下的6个区划指标。
所述空间分布图获取模块203，具体包括：
数据获取单元，用于获取栅格大小为90m×90m的新疆DEM数据；
重采样单元，用于利用ArcGIS软件将所述新疆DEM数据重采样为1km×1km的栅格；
栅格转点单元，用于利用ArcGIS软件中的栅格转点工具，将栅格数据转换成点矢量数据；
空间模型建立单元，用于利用spass软件分别建立6个区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型；
区划指标模拟单元，用于在ArcGIS软件中打开点矢量数据的属性表，将建立好的空间模型进行矢量数据的运算，完成6个区划指标的模拟；
第一数据获取单元，用于在ArcGIS中采用点转栅格的工具，将6个区划指标模拟的点矢量数据转换成栅格大小为1km×1km的栅格，得到第一数据；
残差计算单元，用于计算6个区划指标的残差；
第二数据获取单元，用于在ArcGIS中将6个区划指标的残差值采用反距离权重插值法转换成栅格大小为1km×1km的栅格数据，得到第二数据；
叠加单元，用于将所述第一数据和所述第二数据进行栅格叠加，得到6个区划指标的空间分布图。
所述隶属度函数确定模块204具体包括：
第一确定单元，用于将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；
第二确定单元，用于将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；
第三确定单元，用于将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；
第四确定单元，用于将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；
第五确定单元，用于将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；
第六确定单元，用于将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。
所述适宜度综合指数计算模块207利用公式P＝a1y1+a2y2+a3y3+a4y4+a5y5+a6y6计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；其中，y1为区划指标“无霜期”的隶属度值，a1为区划指标“无霜期”的权重；y2为区划指标“7月平均气温”的隶属度值，a2为区划指标“7月平均气温”的权重；y3为区划指标“≥10℃积温”的隶属度值，a3为区划指标“≥10℃积温”的权重；y4为区划指标“终霜日”的隶属度值，a4为区划指标“终霜日”的权重；y5为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值，a5为区划指标“4-5月有效积温”的权重；y6为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值，a6为区划指标“脱叶机喷施日期”的权重。
下面结合实施例1来进一步说明本发明的方案：
第一步，分别从国家气象数据共享服务网和国家地球科学数据共享网上获取气象数据，新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据
第二步，根据机采棉的生物学特性及其对热量资源的需求，用R语言计算出80％保证率下的无霜期，7月平均气温，≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温等6个区划指标的具体分级，主要包括机采棉区划主指标和辅助指标。基于新疆DEM数据建立区划指标与经度、纬度和海拔高度空间模型。机采棉区划主指标和辅助指标的具体分级参照表2和表3：
表2机采棉区划主指标
表3机采棉区划辅助指标
第三步，确定出机采棉评价指标的隶属度函数。将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。根据上述隶属度函数可以得到6个区划指标的隶属度值的分布示意图，如图3-图8所示，图3为本发明实施例1的区划指标“无霜期”的隶属度值的分布示意图，图4为本发明实施例1的区划指标“7月平均气温”的隶属度值的分布示意图，图5为本发明实施例1的区划指标“≥10℃积温”的隶属度值的分布示意图，图6为本发明实施例1的区划指标“终霜日”的隶属度值的分布示意图，图7为本发明实施例1的区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值的分布示意图，图8为本发明实施例1的区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值的分布示意图。
第四步，采用层次分析法确定出各级评价指标的权重。由于机采棉各区划指标之间具有相互补充，相互制约的关系。为了综合考虑各个区划指标的关系，采用层次分析法计算各个区划指标的权重。本实施例采用的判断矩阵及个指标的权重如表4所示：
表4机采棉种植区划指标判断矩阵及各指标的权重
第五步，机采棉种植适宜度评价方法及区划图的绘制。采用指数合法对机采棉种植适宜度进行综合评价，计算公式如下：
P＝a1x1+a2x2+a3x3+…anxN
将6个机采棉区划指标的隶属度值的栅格图像结合各自的权重进行栅格叠加得到机采棉种植适宜度的综合指数。式中P为评价指标的综合指数，a1，a2，a3，…，an为机采棉区划指标的隶属度函数值；x1，x2，x3,…，xn区划指标权重值。
在ArcGIS软件中，将6个区划指标的栅格图像重采样为1km×1km大小的栅格图像，最后基于各自的综合指数进行栅格叠加得到机采棉种植适宜度分布图。
第六步，利用新疆土地覆被类型耕地栅格数据，栅格大小为1km×1km，在ArcGIS平台上对机采棉种植适宜度栅格数据进行掩膜提取。根据新疆热量资源的空间分布，结合实际的种植区域，将机采棉种植区划分为四类：最适宜棉区P>0.9，适宜区0.6<P<0.9，次适宜区0.3<P<0.6，不宜棉区P<0.3，通过实地验证，确定机采棉种植区划分的合理性。如图9和图10所示，图9为本发明实施例1的土地覆被类型耕地数据分布示意图，图10为本发明实施例1的机采棉种植区域的划分图像。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种适用于新疆机采棉种植的区划方法，其特征在于，包括：
获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据；
根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，确定6个区划指标；所述6个区划指标包括无霜期、7月平均气温、≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温和脱叶机喷施日期；
基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图；
确定每个所述区划指标的隶属度函数；
采用层次分析法确定每个所述区划指标的权重；
根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；
将所述6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图；
利用新疆土地覆被类型耕地数据，对所述机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。
2.根据权利要求1所述的适用于新疆机采棉种植的区划方法，其特征在于，根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，利用R语言确定80％保证率下的6个区划指标。
3.根据权利要求1所述的适用于新疆机采棉种植的区划方法，其特征在于，所述基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图，具体包括：
获取栅格大小为90m×90m的新疆DEM数据；
利用ArcGIS软件将所述新疆DEM数据重采样为1km×1km的栅格；
利用ArcGIS软件中的栅格转点工具，将栅格数据转换成点矢量数据；
利用SPSS软件分别建立6个区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型；
在ArcGIS软件中打开点矢量数据的属性表，将建立好的空间模型进行矢量数据的运算，完成6个区划指标的模拟；
在ArcGIS中采用点转栅格的工具，将6个区划指标模拟的点矢量数据转换成栅格大小为1km×1km的栅格，得到第一数据；
计算6个区划指标的残差；
在ArcGIS中将6个区划指标的残差值采用反距离权重插值法转换成栅格大小为1km×1km的栅格数据，得到第二数据；
将所述第一数据和所述第二数据进行栅格叠加，得到6个区划指标的空间分布图。
4.根据权利要求1所述的适用于新疆机采棉种植的区划方法，其特征在于，确定每个所述区划指标的隶属度函数，具体包括：
将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；
将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；
将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；
将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；
将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；
将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。
5.根据权利要求1所述的适用于新疆机采棉种植的区划方法，其特征在于，所述根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数，具体包括：
对于每个栅格点，利用公式P＝a1y1+a2y2+a3y3+a4y4+a5y5+a6y6计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数，其中，y1为区划指标“无霜期”的隶属度值，a1为区划指标“无霜期”的权重；y2为区划指标“7月平均气温”的隶属度值，a2为区划指标“7月平均气温”的权重；y3为区划指标“≥10℃积温”的隶属度值，a3为区划指标“≥10℃积温”的权重；y4为区划指标“终霜日”的隶属度值，a4为区划指标“终霜日”的权重；y5为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值，a5为区划指标“4-5月有效积温”的权重；y6为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值，a6为区划指标“脱叶机喷施日期”的权重。
6.一种适用于新疆机采棉种植的区划系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取新疆地区的气象数据、新疆DEM数据和新疆土地覆被类型耕地数据；
区域指标确定模块，用于根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，确定6个区划指标；所述6个区划指标包括无霜期、7月平均气温、≥10℃积温、终霜日、4-5月有效积温和脱叶机喷施日期；
空间分布图获取模块，用于基于所述新疆DEM数据建立所述区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型，得到6个区划指标的空间分布图；
隶属度函数确定模块，用于确定每个所述区划指标的隶属度函数；
权重确定模块，用于采用层次分析法确定每个所述区划指标的权重；
适宜度综合指数计算模块，用于根据每个所述区划指标的隶属度函数和权重，计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；
适宜度分布图获取模块，用于将所述6个区划指标的空间分布图和每个栅格点对应的适宜度的综合指数叠加，得到机采棉适宜度分布图；
机采棉种植区域的划分图像获取模块，用于利用新疆土地覆被类型耕地数据，对所述机采棉适宜度分布图进行掩膜提取，得到新疆机采棉种植区域的划分图像。
7.根据权利要求6所述的适用于新疆机采棉种植的区划系统，其特征在于，所述区域指标确定模块根据机采棉的生物学特性和对热量资源的需求以及气象数据，利用R语言确定80％保证率下的6个区划指标。
8.根据权利要求6所述的适用于新疆机采棉种植的区划系统，其特征在于，所述空间分布图获取模块，具体包括：
数据获取单元，用于获取栅格大小为90m×90m的新疆DEM数据；
重采样单元，用于利用ArcGIS软件将所述新疆DEM数据重采样为1km×1km的栅格；
栅格转点单元，用于利用ArcGIS软件中的栅格转点工具，将栅格数据转换成点矢量数据；
空间模型建立单元，用于利用SPSS软件分别建立6个区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间模型；
区划指标模拟单元，用于在ArcGIS软件中打开点矢量数据的属性表，将建立好的空间模型进行矢量数据的运算，完成6个区划指标的模拟；
第一数据获取单元，用于在ArcGIS中采用点转栅格的工具，将6个区划指标模拟的点矢量数据转换成栅格大小为1km×1km的栅格，得到第一数据；
残差计算单元，用于计算6个区划指标的残差；
第二数据获取单元，用于在ArcGIS中将6个区划指标的残差值采用反距离权重插值法转换成栅格大小为1km×1km的栅格数据，得到第二数据；
叠加单元，用于将所述第一数据和所述第二数据进行栅格叠加，得到6个区划指标的空间分布图。
9.根据权利要求6所述的适用于新疆机采棉种植的区划系统，其特征在于，所述隶属度函数确定模块具体包括：
第一确定单元，用于将函数确定为区划指标“无霜期”的隶属度函数；其中y1(x1)为区划指标“无霜期”x1的隶属度值；
第二确定单元，用于将函数确定为区划指标“7月平均气温”的隶属度函数；其中y2(x2)为区划指标“7月平均气温”x2的隶属度值；
第三确定单元，用于将函数确定为区划指标“≥10℃积温”的隶属度函数；其中y3(x3)为区划指标“≥10℃积温”x3的隶属度值；
第四确定单元，用于将函数确定为区划指标“终霜日”的隶属度函数；其中y4(x4)为区划指标“终霜日”x4的隶属度值；
第五确定单元，用于将函数确定为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度函数；其中y5(x5)为区划指标“4-5月有效积温”x5的隶属度值；
第六确定单元，用于将函数确定为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度函数；其中y6(x6)为区划指标“脱叶机喷施日期”x6的隶属度值。
10.根据权利要求6所述的适用于新疆机采棉种植的区划系统，其特征在于，所述适宜度综合指数计算模块利用公式P＝a1y1+a2y2+a3y3+a4y4+a5y5+a6y6计算每个栅格点对应的适宜度的综合指数；其中，y1为区划指标“无霜期”的隶属度值，a1为区划指标“无霜期”的权重；y2为区划指标“7月平均气温”的隶属度值，a2为区划指标“7月平均气温”的权重；y3为区划指标“≥10℃积温”的隶属度值，a3为区划指标“≥10℃积温”的权重；y4为区划指标“终霜日”的隶属度值，a4为区划指标“终霜日”的权重；y5为区划指标“4-5月有效积温”的隶属度值，a5为区划指标“4-5月有效积温”的权重；y6为区划指标“脱叶机喷施日期”的隶属度值，a6为区划指标“脱叶机喷施日期”的权重。
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