CN114943493B - 一种耕地质量等别监测评价系统及方法 - Google Patents

一种耕地质量等别监测评价系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耕地质量等别监测评价系统及方法，本发明属于耕地质量评价领域，包括信息收集模块、监测模块、分析模块、评价模块以及服务器；所述信息收集模块用于收集耕地基础信息，所述监测模块包括监测点设定单元、采样单元以及样品分析单元；所述监测点设定单元用于对耕地分布区域进行监测点设定；所述采样单元用于根据设定的监测点进行土壤样品采样；所述分析模块用于对样品分析单元发送的重金属含量进行分析判定；所述评价模块用于对分析模块发送的质量等级因素值进行综合判定；当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 294109DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围内时，表示耕地质量等级维持。

Description

一种耕地质量等别监测评价系统及方法
技术领域
本发明属于耕地质量评价技术领域，具体是一种耕地质量等别监测评价系统及方法。
背景技术
在现有的耕地质量等别判定时，一般采样测量点都是根据耕地区域平面图进行设定，没有一个统一的采样测量点划分标准，这样对于不同耕地区域平面图的耕地质量评价会有一定的影响。
基于此，本发明提出一种耕地质量等别监测评价系统及方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种耕地质量等别监测评价系统及方法，在信息采集以及采集后的耕地质量等别评价上更加的科学以及及时。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种耕地质量等别监测评价系统，包括信息收集模块、监测模块、分析模块、评价模块以及服务器；
所述信息收集模块用于收集耕地基础信息，收集的耕地基础信息包括耕地质量等级、耕地质量总体情况以及耕地分布区域；将收集到的耕地基础信息存储至服务器中；
所述监测模块包括监测点设定单元、采样单元以及样品分析单元；所述监测点设定单元用于对耕地分布区域进行监测点设定；
所述采样单元用于根据设定的监测点进行土壤样品采样，所述采样单元将采集到的土壤样品发送至样品分析单元；
所述分析模块用于对样品分析单元发送的重金属含量进行分析判定；
所述评价模块用于对分析模块发送的质量等级因素值进行综合判定；
评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 865734DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围内时，表示耕地质量等级维持；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 485939DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围外时，表示耕地质量等级变动。
优选的，所述信息收集模块连接服务器，所述服务器与外部互联网相连。
优选的，所述监测点设定单元设定监测点的过程为：
步骤S1：监测模块获取某一耕地质量等级的耕地区域平面图；并将获取的耕地区域平面图传输至监测点设定单元；
步骤S2：监测点设定单元选取监测原点，并设定监测径向以及监测径向长度；
步骤S3：监测点设定单元设定监测第二方向，其中，监测第二方向垂直于监测径向，且设定第二监测长度；
步骤S4：根据监测径向长度与第二监测长度划定监测目标像素区，获取监测目标像素区的对角线交点；将监测目标像素区的对角线交点作为监测点；
步骤S5：监测点设定单元将获取的监测点发送至服务器进行存储。
优选的，当监测目标像素区的对角线交点落在耕地区域平面图外时，将该监测点舍弃。
优选的，所述分析模块对重金属含量进行分析判定的过程包括以下步骤：
步骤P1：分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，其中的i表示重金属的种类，i为正整数；j为监测点的编号，j为正整数；并计算获取年度重金属含量值
Figure 468938DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤P2：分析模块连接服务器，获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；
当年度重金属含量值
Figure 51098DEST_PATH_IMAGE002
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；
当年度重金属含量值
Figure 803153DEST_PATH_IMAGE002
小于对应的重金属含量红线时，分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，其中质量等级因素值YZj的计算公式为
Figure 94458DEST_PATH_IMAGE003
；
其中的
Figure 49906DEST_PATH_IMAGE004
为对应重金属的种类的影响系数；
步骤P3：分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块。
优选的，其中年度重金属含量值
Figure 186490DEST_PATH_IMAGE002
的计算方式为取年度测量的平均值。
优选的，当评价模块接收到分析模块发送的重金属含量报警信号时，评价模块进行重金属含量超量报警。
优选的，质量等级因素阈值范围由耕地区域的原始耕地质量等级进行设定，且不同的耕地质量等级具有不同的质量等级因素阈值范围。
根据本发明的第二方面的实施例提出一种耕地质量等别监测评价方法包括以下步骤：
步骤一：信息收集模块收集耕地基础信息，并将收集的耕地基础信息发送至服务器进行存储；
步骤二：监测模块内的监测点设定单元设定监测目标像素区，并将监测目标像素区的对角线交点作为监测点，采样单元根据设定的监测点进行土壤样品采样，将采集到的土壤样品发送至样品分析单元进行成分含量分析；
步骤三：样品分析单元分析土壤样品中的重金属含量；并将分析得到的重金属含量发送至分析模块；
步骤四：分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，并计算获取年度重金属含量值
Figure 307898DEST_PATH_IMAGE002
；获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；
步骤五：当年度重金属含量值
Figure 504524DEST_PATH_IMAGE002
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；
当年度重金属含量值
Figure 727695DEST_PATH_IMAGE002
小于对应的重金属含量红线时，执行步骤六；
步骤六：分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，
其中质量等级因素值YZj的计算公式为
Figure 150193DEST_PATH_IMAGE003
；
其中的
Figure 876841DEST_PATH_IMAGE004
为对应重金属的种类的影响系数；
分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块；
步骤七：评价模块将质量等级因素值YZj进行依次升序排列，去掉第一个和最后一个质量等级因素值YZj，取剩余质量等级因素值的平均值
Figure 759215DEST_PATH_IMAGE001
，评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 938523DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围内时，表示耕地质量等级维持；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 682488DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围外时，表示耕地质量等级变动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出一种全新的监测点设定方法，本发明首先通过监测模块获取某一耕地质量等级的耕地区域平面图；并将获取的耕地区域平面图传输至监测点设定单元；并通过监测点设定单元选取监测原点，并设定监测径向以及监测径向长度；在耕地区域平面图内任意选取一个监测原点，该监测原点可以是耕地区域平面图内中心点，也可以是耕地区域平面图内边缘点；同时监测点设定单元选取监测径向，监测径向可以是表示地理位置方向的东南西北方向，也可以是任意选取的方向，当监测径向选取之后，监测点设定单元设定监测径向长度，其中的监测径向长度可自由设定；监测点设定单元设定监测第二方向，其中，监测第二方向垂直于监测径向，且设定第二监测长度；根据监测径向长度与第二监测长度划定监测目标像素区，获取监测目标像素区的对角线交点；将监测目标像素区的对角线交点作为监测点；当监测目标像素区的对角线交点落在耕地区域平面图外时，将该监测点舍弃；检测点看似随意设置，但是在设置时，考虑到全面的情况，优先选取监测目标像素区，并以监测目标像素区的中心作为监测点，从侧面反映出检测点测量的全面性，同时监测径向长度和第二监测长度可自由设置，避免大面积的耕地区域平面图时，监测点设置过多，工作量大的问题；
2、本发明样品分析单元分析土壤样品中的重金属含量；并将分析得到的重金属含量发送至分析模块；分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，并计算获取年度重金属含量值
Figure 14375DEST_PATH_IMAGE002
；获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；当年度重金属含量值
Figure 552804DEST_PATH_IMAGE002
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；当年度重金属含量值
Figure 468676DEST_PATH_IMAGE002
小于对应的重金属含量红线时，分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块；评价模块将质量等级因素值YZj进行依次升序排列，去掉第一个和最后一个质量等级因素值YZj，取剩余质量等级因素值的平均值
Figure 16332DEST_PATH_IMAGE001
，评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；
采用质量等级因素阈值范围的方式进行比较，且不同的耕地质量等级具有不同的质量等级因素阈值范围，比较的更为科学。
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中记载的一些实施例，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为本发明的原理图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种耕地质量等别监测评价系统，包括信息收集模块、监测模块、分析模块、评价模块以及服务器；
所述信息收集模块用于收集耕地基础信息，收集的耕地基础信息包括耕地质量等级、耕地质量总体情况以及耕地分布区域；所述信息收集模块连接服务器，所述服务器与互联网相连，获取官网通报的耕地质量总体情况；
在一个实施例中，服务器链接互联网可知，耕地质量等级按照等级由高到低依次划分为一至十等；耕地分布区域为多个，具体的耕地分布区域与耕地质量等级的对应关系见表一：
Figure 717572DEST_PATH_IMAGE005
其中，耕地质量总体情况为耕地按质量等级由高到低依次划分为一至十等，平均等级为4.76等。
其中评价为一至三等的耕地面积为6.32亿亩，占耕地总面积的31.24%。这部分耕地基础地力较高，障碍因素不明显，应按照用养结合方式开展农业生产，确保耕地质量稳中有升。
评价为四至六等的耕地面积为9.47亿亩，占耕地总面积的46.81%。这部分耕地所处环境气候条件基本适宜，农田基础设施条件相对较好，障碍因素较不明显，是今后粮食增产的重点区域和重要突破口。
评价为七至十等的耕地面积为4.44亿亩，占耕地总面积的21.95%。这部分耕地基础地力相对较差，生产障碍因素突出，短时间内较难得到根本改善，应持续开展农田基础设施建设和耕地内在质量建设。
所述信息收集模块将通过外部互联网收集到的耕地基础信息存储至服务器中；
所述监测模块包括监测点设定单元、采样单元以及样品分析单元；所述监测点设定单元用于对耕地分布区域进行监测点设定；
在一个具体的实施例中，所述监测点设定单元设定监测点的过程为：
步骤S1：监测模块获取某一耕地质量等级的耕地区域平面图；并将获取的耕地区域平面图传输至监测点设定单元；
在一个具体的实施例中，例如，监测模块获取处于三等地的黄淮海区的耕地区域平面图，监测模块将获取的处于三等地的黄淮海区的耕地区域平面图发送至监测点设定单元；
步骤S2：监测点设定单元选取监测原点，并设定监测径向以及监测径向长度；
在一个实施例中，监测点设定单元在处于三等地的黄淮海区的耕地区域平面图内任意选取一个监测原点，该监测原点可以是耕地区域平面图内中心点，也可以是耕地区域平面图内边缘点；同时监测点设定单元选取监测径向，其中，监测径向可以是表示地理位置方向的东南西北方向，也可以是任意选取的方向，当监测径向选取之后，监测点设定单元设定监测径向长度，其中的监测径向长度可自由设定；
步骤S3：监测点设定单元设定监测第二方向，其中，监测第二方向垂直于监测径向，且设定第二监测长度；
其中，当监测径向选取之后，例如选取为地理位置方向东西方，则监测第二方向为南北方向；
步骤S4：根据监测径向长度与第二监测长度划定监测目标像素区，获取监测目标像素区的对角线交点；将监测目标像素区的对角线交点作为监测点；
需要进行说明的是，当监测目标像素区的对角线交点落在耕地区域平面图外时，将该监测点舍弃；
步骤S5：监测点设定单元将获取的监测点发送至服务器进行存储。
在本申请中，所述采样单元用于根据设定的监测点进行土壤样品采样，其中，采样方式为固定采样点进行采样，采样点为检测点。
需要进行说明的是，采样点固定，但是采样周期可随意设定，仅需满足每月均进行采样即可，对于采样的具体时间不做要求；
所述采样单元将采集到的土壤样品发送至样品分析单元；
其中，所述样品分析单元包含多种样品分析仪器，样品分析仪器对土壤样品进行成分含量分析；
在一个实施例中，样品分析单元用于分析土壤样品中的重金属含量；并将分析得到的重金属含量发送至分析模块；
在本申请中，所述分析模块用于对样品分析单元发送的重金属含量进行分析判定；需要进行说明的是，所述分析模块对重金属含量进行分析判定的过程包括以下步骤：
步骤P1：分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，其中的i表示重金属的种类，i为正整数；j为监测点的编号，j为正整数；并计算获取年度重金属含量值
Figure 180564DEST_PATH_IMAGE002
；其中年度重金属含量值
Figure 334465DEST_PATH_IMAGE002
的计算方式为取年度测量的平均值；
在一个具体的实施例中，所述重金属的种类包含多个，且i随着确定的重金属的种类确定；
步骤P2：分析模块连接服务器，获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；
当年度重金属含量值
Figure 403921DEST_PATH_IMAGE002
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；
当年度重金属含量值
Figure 959667DEST_PATH_IMAGE002
小于对应的重金属含量红线时，分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，其中质量等级因素值YZj的计算公式为
Figure 105477DEST_PATH_IMAGE003
；
其中的
Figure 497407DEST_PATH_IMAGE004
为对应重金属的种类的影响系数；
步骤P3：分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块。
在本申请中，所述评价模块用于对分析模块发送的质量等级因素值进行综合判定；
评价模块将质量等级因素值YZj进行依次升序排列，去掉第一个和最后一个质量等级因素值YZj，取剩余质量等级因素值的平均值
Figure 855707DEST_PATH_IMAGE001
，评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 780806DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围内时，表示维持较好；当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 97518DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围外时，表示耕地质量等级有所变动。
需要进行说明的是，当评价模块接收到分析模块发送的重金属含量报警信号时，评价模块进行重金属含量超量报警。
其中，质量等级因素阈值范围由耕地区域的原始耕地质量等级进行设定，且不同的耕地质量等级具有不同的质量等级因素阈值范围。
一种耕地质量等别监测评价方法，该耕地质量等别监测评价方法包括以下步骤：
步骤一：信息收集模块收集耕地基础信息，并将收集的耕地基础信息发送至服务器进行存储；
步骤二：监测模块内的监测点设定单元设定监测目标像素区，并将监测目标像素区的对角线交点作为监测点，采样单元根据设定的监测点进行土壤样品采样，将采集到的土壤样品发送至样品分析单元进行成分含量分析；
步骤三：样品分析单元分析土壤样品中的重金属含量；并将分析得到的重金属含量发送至分析模块；
步骤四：分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，并计算获取年度重金属含量值
Figure 226011DEST_PATH_IMAGE002
；获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；
步骤五：当年度重金属含量值
Figure 401384DEST_PATH_IMAGE002
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；
当年度重金属含量值
Figure 666144DEST_PATH_IMAGE002
小于对应的重金属含量红线时，执行步骤六；
步骤六：分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，
其中质量等级因素值YZj的计算公式为
Figure 403024DEST_PATH_IMAGE003
；
其中的
Figure 18813DEST_PATH_IMAGE004
为对应重金属的种类的影响系数；
分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块；
步骤七：评价模块将质量等级因素值YZj进行依次升序排列，去掉第一个和最后一个质量等级因素值YZj，取剩余质量等级因素值的平均值
Figure 250075DEST_PATH_IMAGE001
，评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 385652DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围内时，表示维持较好；当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure 513008DEST_PATH_IMAGE001
在质量等级因素阈值范围外时，表示耕地质量等级有所变动。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (7)

1.一种耕地质量等别监测评价系统，其特征在于，包括信息收集模块、监测模块、分析模块、评价模块以及服务器；
所述信息收集模块用于收集耕地基础信息，收集的耕地基础信息包括耕地质量等级、耕地质量总体情况以及耕地分布区域；将收集到的耕地基础信息存储至服务器中；
所述监测模块包括监测点设定单元、采样单元以及样品分析单元；所述监测点设定单元用于对耕地分布区域进行监测点设定；
步骤S1：监测模块获取某一耕地质量等级的耕地区域平面图；并将获取的耕地区域平面图传输至监测点设定单元；
步骤S2：监测点设定单元选取监测原点，并设定监测径向以及监测径向长度；
步骤S3：监测点设定单元设定监测第二方向，其中，监测第二方向垂直于监测径向，且设定第二监测长度；
步骤S4：根据监测径向长度与第二监测长度划定监测目标像素区，获取监测目标像素区的对角线交点；将监测目标像素区的对角线交点作为监测点；
步骤S5：监测点设定单元将获取的监测点发送至服务器进行存储；
所述采样单元用于根据设定的监测点进行土壤样品采样，所述采样单元将采集到的土壤样品发送至样品分析单元；样品分析单元用于分析土壤样品中的重金属含量；并将分析得到的重金属含量发送至分析模块；
所述分析模块用于对样品分析单元发送的重金属含量进行分析判定；所述分析模块对重金属含量进行分析判定的过程包括以下步骤：
步骤P1：分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，其中的i表示重金属的种类，i为正整数；j为监测点的编号，j为正整数；并计算获取年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤P2：分析模块连接服务器，获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；
当年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；
当年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
小于对应的重金属含量红线时，分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，其中质量等级因素值YZj的计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
其中的
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为对应重金属的种类的影响系数；
步骤P3：分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块；
所述评价模块用于对分析模块发送的质量等级因素值进行综合判定；
评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE008
在质量等级因素阈值范围内时，表示耕地质量等级维持；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
在质量等级因素阈值范围外时，表示耕地质量等级变动。
2.根据权利要求1所述的一种耕地质量等别监测评价系统，其特征在于，所述信息收集模块连接服务器，所述服务器与外部互联网相连。
3.根据权利要求2所述的一种耕地质量等别监测评价系统，其特征在于，当监测目标像素区的对角线交点落在耕地区域平面图外时，将该监测点舍弃。
4.根据权利要求3所述的一种耕地质量等别监测评价系统，其特征在于，其中年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
的计算方式为取年度测量的平均值。
5.根据权利要求4所述的一种耕地质量等别监测评价系统，其特征在于，当评价模块接收到分析模块发送的重金属含量报警信号时，评价模块进行重金属含量超量报警。
6.根据权利要求5所述的一种耕地质量等别监测评价系统，其特征在于，质量等级因素阈值范围由耕地区域的原始耕地质量等级进行设定，且不同的耕地质量等级具有不同的质量等级因素阈值范围。
7.一种耕地质量等别监测评价方法，其特征在于，用于权利要求1-6任一项所述的一种耕地质量等别监测评价系统，所述耕地质量等别监测评价方法包括以下步骤：
步骤一：信息收集模块收集耕地基础信息，并将收集的耕地基础信息发送至服务器进行存储；
步骤二：监测模块内的监测点设定单元设定监测目标像素区，并将监测目标像素区的对角线交点作为监测点，采样单元根据设定的监测点进行土壤样品采样，将采集到的土壤样品发送至样品分析单元进行成分含量分析；
步骤三：样品分析单元分析土壤样品中的重金属含量；并将分析得到的重金属含量发送至分析模块；
步骤四：分析模块对接收到的重金属含量进行分别标记为Nij，并计算获取年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
；获取对应耕地质量等级的耕地区域内的重金属含量红线；
步骤五：当年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002_5A
大于等于对应的重金属含量红线时，分析模块发送重金属含量报警信号至评价模块；
当年度重金属含量值
Figure DEST_PATH_IMAGE002_6A
小于对应的重金属含量红线时，执行步骤六；
步骤六：分析模块利用计算公式获取质量等级因素值YZj，
其中质量等级因素值YZj的计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
；
其中的
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
为对应重金属的种类的影响系数；
分析模块将质量等级因素值YZj发送至评价模块；
步骤七：评价模块将质量等级因素值YZj进行依次升序排列，去掉第一个和最后一个质量等级因素值YZj，取剩余质量等级因素值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
，评价模块根据耕地区域的原始耕地质量等级设定质量等级因素阈值范围；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
在质量等级因素阈值范围内时，表示耕地质量等级维持；
当计算得到的质量等级因素值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAA
在质量等级因素阈值范围外时，表示耕地质量等级变动。
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