CN112540992A - 夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，包括，一、采用Envi软件进行石家庄17市县的卫图拼接、掩膜处理以及夏玉米种植区的监督分类，完成研究区域背景概述图的绘制；二、采用宏编程完成各类辐射模型、潜在蒸散量模型、需水量模型以及水分亏缺指数的批处理运算；三、将水分亏缺指数的计算结果保存在Access数据库；四、以ArcGIS10.2为基础，完成各类空间插值图的绘制。本发明中，用含有DEM数字高程的底图数据作为背景图，绘制出下玉米生长期不同要素的空间分布；用Excel宏编程作为基础数据的运算软件，方便以后业务运行的数据运算，用VB编程软件对所有数据进行项目的软件化管理。
Description
技术领域
本发明涉及夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统。
背景技术
干旱作为一种发生频繁、持续时间长、影响范围广的气象灾害,已对世界各地人民生活、经济发展和农业生产等造成严重影响,是人类面临的一个重大环境问题。干旱频率和强度受气候变化影响，IPCC AR5报道全球气候变暖仍将继续,此背景下,干旱仍有加重的趋势。干旱对我国的农业生产影响极大。据相关统计，由于干旱造成的减产粮食比例自20世纪50年代占总产量的2.0％左右增加到80年代的5.0％，呈逐步上升态势。因此，在农业生产领域，对于干旱的监测就显得尤为必要。
农业干旱由作物水分供需不平衡引起,致灾原因是降水持续异常缺乏,受气候、作物本身、土壤性质和人类活动等多方面因素影响。
夏玉米是石家庄地区普遍种植的大田作物，而目前，针对该地区夏玉米干旱的研究还很少，因此，在农业生产信息化的今天，对夏玉米的作物水分亏缺指数进行一次系统的计算分析就显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的是提供夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，解决了石家庄地区的夏玉米水分亏缺指数的系统分析问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，包括如下技术方法：
一、利用中科院遥感与数字地球研究所的对地观测数据共享网站下载landset8星遥感数据，利用地理空间数据云网站下载GDEMV2 30M分辨率数字高程数据，采用Envi软件进行石家庄17市县的卫图拼接、掩膜处理以及夏玉米种植区的监督分类，完成研究区域背景概述图的绘制，同时，以此底图作为各类空间图的底图模板；
二、采用宏编程完成各类辐射模型、潜在蒸散量模型、需水量模型以及水分亏缺指数的批处理运算，并将计算程序集合至最终的检索查询软件中，方便随时查阅及计算；
三、将17市县近30年水分亏缺指数的计算结果保存在Access数据库，以VB为基础开发软件检索查询工具；
四、以ArcGIS10.2为基础，完成各类空间插值图的绘制，并将绘制结果集合至最终的检索查询软件中，方便随时调阅比对。
作为上述技术方案的进一步描述：
所采用的技术路线为：
一、以参考文献“河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析”进行辐射经验系数的本地修正；
二、以行业标准“小麦干旱灾害等级(QX/T 81-2007)”为基础，完成彭曼蒙蒂斯蒸散量的计算；
三、以“北方夏玉米干旱等级(QX/T260-2015)为基础，完成近30年夏玉米逐旬水分亏缺指数的计算。
作为上述技术方案的进一步描述：
完成辐射模型、彭曼蒙蒂斯需水量模型、水分亏缺指数模型的vba数据编程，利用数据共享平台下载的石家庄17站1989-2018年逐日最高、最低、平均气温、日照、风速、湿度、降水数据，完成上述要素的处理运算，再次编程完成数据的汇总入库。
作为上述技术方案的进一步描述：
关于数据运算准确性的判断方式如下：
一、蒸散量
蒸散量ETO采用彭曼蒙蒂斯模型(Penman-Monteith)，计算结果与学者高歌的研究“1956-2000年中国潜在蒸散量变化趋势”中的数据对比，计算结果符合在800-1100mm的年值范围。
五、辐射
辐射采用经验辐射模型,计算结果与学者袁淑杰的研究“河北省水平面太阳总辐射时空分布及太阳能资源评估研究”对比，数据在其研究结果“河北省除邯郸以南少数地区，其他地区的水平面太阳总辐射平均年总量>5040MJ·m-2”范围内；省信息中心共享平台的“辐射数据集”只有唐山乐亭有较长时间序列的数据，其总辐射范围在4800MJ·m-2-5300MJ·m-2之间，本计算结果亦在该范围之内；
天文辐射：
晴天辐射：
Rso＝(0.75+2×10-5h)Ra
总辐射：
经验系数参考文献“河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析”，逐月取值；
六、需水量：
需水量模型采用分段单值平均法,计算结果与学者李春强的研究“河北省近35年农作物需水量变化趋势分析”对比，数据在其研究结果“河北省中南部地区夏玉米在近35年的平均需水量为416mm”范围内，与学者赵聚宝的著作《干旱与农业》一书中数据对比，计算结果在其结论“我国北方地区夏玉米生育期需水量为360-450mm”范围之内；分段单值平均法：
ET＝K·ET
ETc＝Kc·ETo
七、夏玉米水分亏缺指数
夏玉米逐旬水分亏缺指数严格按照下述公式进行数据编程及处理，并编程完成逐县逐年单旬的排列汇总。
作为上述技术方案的进一步描述：
夏玉米逐旬辐射、需水量、水分亏缺指数数据集：以市县名称为关键字，建立数据表结构格式，将计算得到的各类辐射数据、需水量数据、水分亏缺指数数据以及各县的夏玉米种植面积数据集合在Access数据库中，完成历史数据的数据库构建。
作为上述技术方案的进一步描述：
近30年夏玉米逐旬水分亏缺指数时间序列变化：对石家庄地区17市县的近30年逐旬夏玉米水分亏缺指数进行区域平均，进行时间序列的变化趋势分析，石家庄地区近30年逐旬夏玉米水分亏缺指数在6月中旬、7月中旬、7月下旬、8月上旬的变化呈增加的趋势，其余旬的年变化呈减少的趋势，但所有变化不明显，随时间的变化趋势没有通过任何信度的显著性检验。
作为上述技术方案的进一步描述：
底图及各类空间图：
以DEM数字高程科学数据集、ENVI5.1、ArcGis10.2等软件建立完成石家庄及周边的数字底图，用以各类空间插值的底图；
以ArcGIS10.2为工具，采用最优插值法，完成近30年石家庄地区夏玉米生长季逐旬作物水分亏缺指数、需水量、辐射的空间分布图。
作为上述技术方案的进一步描述：
市县夏玉米遥感数据监督分类：通过夏玉米监督分类计算得到17个市县夏玉米最新的种植面积，用“种植面积×(需水量-降雨量)＝灌溉量”的方式定量求出某一市县全域某阶段夏玉米的灌溉量。运用ENVI5.1、ArcGis10.2软件，利用Landset8星遥感影像的12433/12434两景数据，完成辐射定标和大气校正后拼接、裁剪出石家庄区域的遥感影像资料，利用支持向量机分类SVM进行夏玉米耕地的监督分类，用分类转向量技术将玉米的监督分类转成EVF格式文件后再利用EVF转SHP文件技术将矢量文件转成SHP文件，之后导入至ArcGis10.2进行区域面积的统计，得到石家庄区域及各县市的玉米种植面积，写入数据库。
本发明至少具备以下有益效果：
(1)用含有DEM数字高程的底图数据作为背景图，绘制出下玉米生长期不同要素的空间分布。
(2)用Excel宏编程作为基础数据的运算软件，将当季夏玉米生长期水分亏缺指数数据的运算集合到Excel宏编程中，方便以后业务运行的数据运算。
(3)用VB编程软件对所有数据进行项目的软件化管理，将各类数据、空间图表、当前需水量的计算以及夏玉米分布的监督分类进行集约化管理，用软件完成项目所有内容的查看。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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示出了根据本发明实施例提供的技术路线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参照图1，夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，包括如下技术方法：
一、利用中科院遥感与数字地球研究所的对地观测数据共享网站下载landset8星遥感数据，利用地理空间数据云网站下载GDEMV230M分辨率数字高程数据，采用Envi软件进行石家庄17市县的卫图拼接、掩膜处理以及夏玉米种植区的监督分类，完成研究区域背景概述图的绘制，同时，以此底图作为各类空间图的底图模板；
底图及各类空间图：
以DEM数字高程科学数据集、ENVI5.1、ArcGis10.2等软件建立完成石家庄及周边的数字底图，用以各类空间插值的底图；
以ArcGIS10.2为工具，采用最优插值法，完成近30年石家庄地区夏玉米生长季逐旬作物水分亏缺指数、需水量、辐射的空间分布图；
二、采用宏编程完成各类辐射模型、潜在蒸散量模型、需水量模型以及水分亏缺指数的批处理运算，并将计算程序集合至最终的检索查询软件中，方便随时查阅及计算；夏玉米逐旬辐射、需水量、水分亏缺指数数据集：以市县名称为关键字，建立数据表结构格式，将计算得到的各类辐射数据、需水量数据、水分亏缺指数数据以及各县的夏玉米种植面积数据集合在Access数据库中，完成历史数据的数据库构建；
三、将17市县近30年水分亏缺指数的计算结果保存在Access数据库，以VB为基础开发软件检索查询工具；
四、以ArcGIS10.2为基础，完成各类空间插值图的绘制，并将绘制结果集合至最终的检索查询软件中，方便随时调阅比对；
所采用的技术路线为：
一、以参考文献“河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析”进行辐射经验系数的本地修正；
二、以行业标准“小麦干旱灾害等级(QX/T 81-2007)”为基础，完成彭曼蒙蒂斯蒸散量的计算；
三、以“北方夏玉米干旱等级(QX/T260-2015)为基础，完成近30年夏玉米逐旬水分亏缺指数的计算；
完成辐射模型、彭曼蒙蒂斯需水量模型、水分亏缺指数模型的vba数据编程，利用数据共享平台下载的石家庄17站1989-2018年逐日最高、最低、平均气温、日照、风速、湿度、降水数据，完成上述要素的处理运算，再次编程完成数据的汇总入库；
关于数据运算准确性的判断方式如下：
一、蒸散量
蒸散量ETO采用彭曼蒙蒂斯模型(Penman-Monteith)，计算结果与学者高歌的研究“1956-2000年中国潜在蒸散量变化趋势”中的数据对比，计算结果符合在800-1100mm的年值范围。
八、辐射
辐射采用经验辐射模型,计算结果与学者袁淑杰的研究“河北省水平面太阳总辐射时空分布及太阳能资源评估研究”对比，数据在其研究结果“河北省除邯郸以南少数地区，其他地区的水平面太阳总辐射平均年总量>5040MJ·m-2”范围内；省信息中心共享平台的“辐射数据集”只有唐山乐亭有较长时间序列的数据，其总辐射范围在4800MJ·m-2-5300MJ·m-2之间，本计算结果亦在该范围之内；
天文辐射：
晴天辐射：
Rso＝(0.75+2×10-5h)Ra
总辐射：
经验系数参考文献“河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析”，逐月取值；
九、需水量：
需水量模型采用分段单值平均法,计算结果与学者李春强的研究“河北省近35年农作物需水量变化趋势分析”对比，数据在其研究结果“河北省中南部地区夏玉米在近35年的平均需水量为416mm”范围内，与学者赵聚宝的著作《干旱与农业》一书中数据对比，计算结果在其结论“我国北方地区夏玉米生育期需水量为360-450mm”范围之内；分段单值平均法：
ETc＝Kc·ETo
十、夏玉米水分亏缺指数
夏玉米逐旬水分亏缺指数严格按照下述公式进行数据编程及处理，并编程完成逐县逐年单旬的排列汇总。
近30年夏玉米逐旬水分亏缺指数时间序列变化：对石家庄地区17市县的近30年逐旬夏玉米水分亏缺指数进行区域平均，进行时间序列的变化趋势分析，如下表，石家庄地区近30年逐旬夏玉米水分亏缺指数在6月中旬、7月中旬、7月下旬、8月上旬的变化呈增加的趋势，其余旬的年变化呈减少的趋势，但所有变化不明显，随时间的变化趋势没有通过任何信度的显著性检验
市县夏玉米遥感数据监督分类：通过夏玉米监督分类计算得到17个市县夏玉米最新的种植面积，用“种植面积×(需水量-降雨量)＝灌溉量”的方式定量求出某一市县全域某阶段夏玉米的灌溉量。
运用ENVI5.1、ArcGis10.2软件，利用Landset8星遥感影像的124 33/124 34两景数据，完成辐射定标和大气校正后拼接、裁剪出石家庄区域的遥感影像资料，利用支持向量机分类SVM进行夏玉米耕地的监督分类，用分类转向量技术将玉米的监督分类转成EVF格式文件后再利用EVF转SHP文件技术将矢量文件转成SHP文件，之后导入至ArcGi s10.2进行区域面积的统计，得到石家庄区域及各县市的玉米种植面积，写入数据库。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，包括如下技术方法：
一、利用中科院遥感与数字地球研究所的对地观测数据共享网站下载landset8星遥感数据，利用地理空间数据云网站下载GDEMV230M分辨率数字高程数据，采用Envi软件进行石家庄17市县的卫图拼接、掩膜处理以及夏玉米种植区的监督分类，完成研究区域背景概述图的绘制，同时，以此底图作为各类空间图的底图模板；
二、采用宏编程完成各类辐射模型、潜在蒸散量模型、需水量模型以及水分亏缺指数的批处理运算，并将计算程序集合至最终的检索查询软件中，方便随时查阅及计算；
三、将17市县近30年水分亏缺指数的计算结果保存在Access数据库，以VB为基础开发软件检索查询工具；
四、以ArcGIS10.2为基础，完成各类空间插值图的绘制，并将绘制结果集合至最终的检索查询软件中，方便随时调阅比对。
2.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，所采用的技术路线为：
一、以参考文献“河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析”进行辐射经验系数的本地修正；
二、以行业标准“小麦干旱灾害等级(QX/T 81-2007)”为基础，完成彭曼蒙蒂斯蒸散量的计算；
三、以“北方夏玉米干旱等级(QX/T260-2015)为基础，完成近30年夏玉米逐旬水分亏缺指数的计算。
3.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，完成辐射模型、彭曼蒙蒂斯需水量模型、水分亏缺指数模型的vba数据编程，利用数据共享平台下载的石家庄17站1989-2018年逐日最高、最低、平均气温、日照、风速、湿度、降水数据，完成上述要素的处理运算，再次编程完成数据的汇总入库。
4.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，关于数据运算准确性的判断方式如下：
一、蒸散量
蒸散量ETO采用彭曼蒙蒂斯模型(Penman-Monteith)，计算结果与学者高歌的研究“1956-2000年中国潜在蒸散量变化趋势”中的数据对比，计算结果符合在800-1100mm的年值范围。
二、辐射
辐射采用经验辐射模型,计算结果与学者袁淑杰的研究“河北省水平面太阳总辐射时空分布及太阳能资源评估研究”对比，数据在其研究结果“河北省除邯郸以南少数地区，其他地区的水平面太阳总辐射平均年总量>5040MJ·m-2”范围内；省信息中心共享平台的“辐射数据集”只有唐山乐亭有较长时间序列的数据，其总辐射范围在4800MJ·m-2-5300MJ·m-2之间，本计算结果亦在该范围之内；
天文辐射：
晴天辐射：
Rso＝(0.75+2×10-5h)Ra
总辐射：
经验系数参考文献“河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析”，逐月取值；
三、需水量：
需水量模型采用分段单值平均法,计算结果与学者李春强的研究“河北省近35年农作物需水量变化趋势分析”对比，数据在其研究结果“河北省中南部地区夏玉米在近35年的平均需水量为416mm”范围内，与学者赵聚宝的著作《干旱与农业》一书中数据对比，计算结果在其结论“我国北方地区夏玉米生育期需水量为360-450mm”范围之内；分段单值平均法：
ETc＝Kc·ETo
四、夏玉米水分亏缺指数
夏玉米逐旬水分亏缺指数严格按照下述公式进行数据编程及处理，并编程完成逐县逐年单旬的排列汇总。
5.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，夏玉米逐旬辐射、需水量、水分亏缺指数数据集：以市县名称为关键字，建立数据表结构格式，将计算得到的各类辐射数据、需水量数据、水分亏缺指数数据以及各县的夏玉米种植面积数据集合在Access数据库中，完成历史数据的数据库构建。
6.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，近30年夏玉米逐旬水分亏缺指数时间序列变化：对石家庄地区17市县的近30年逐旬夏玉米水分亏缺指数进行区域平均，进行时间序列的变化趋势分析，石家庄地区近30年逐旬夏玉米水分亏缺指数在6月中旬、7月中旬、7月下旬、8月上旬的变化呈增加的趋势，其余旬的年变化呈减少的趋势，但所有变化不明显，随时间的变化趋势没有通过任何信度的显著性检验。
7.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，底图及各类空间图：
以DEM数字高程科学数据集、ENVI5.1、ArcGis10.2等软件建立完成石家庄及周边的数字底图，用以各类空间插值的底图；
以ArcGIS10.2为工具，采用最优插值法，完成近30年石家庄地区夏玉米生长季逐旬作物水分亏缺指数、需水量、辐射的空间分布图。
8.根据权利要求1所述的夏玉米水分亏缺指数数据综合显示系统，其特征在于，市县夏玉米遥感数据监督分类：通过夏玉米监督分类计算得到17个市县夏玉米最新的种植面积，用“种植面积×(需水量-降雨量)＝灌溉量”的方式定量求出某一市县全域某阶段夏玉米的灌溉量。
运用ENVI5.1、ArcGis10.2软件，利用Landset8星遥感影像的124 33/12434两景数据，完成辐射定标和大气校正后拼接、裁剪出石家庄区域的遥感影像资料，利用支持向量机分类SVM进行夏玉米耕地的监督分类，用分类转向量技术将玉米的监督分类转成EVF格式文件后再利用EVF转SHP文件技术将矢量文件转成SHP文件，之后导入至ArcGis10.2进行区域面积的统计，得到石家庄区域及各县市的玉米种植面积，写入数据库。
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