用地质量调查与监测研究进展.ppt

用地质量调查与监测研究进展,朱德海、郧文聚、张超、杨建宇杨永侠、张晓东等,健康状况,农用地质量,实际产能,农用地自然质量指数等产能潜力（气候）-水文、地形、土壤、农田基本建设等条件限制下的产能。农用地利用指数等利用方式限制下的产能。农用地经济指数等投入产出效率限制下的产能。,地球化学调查,提纲,农用地等别年度变化调查与动态监测在农用地分等成果、分等成果补充完善基础上，遵从农用地分等规程，以公益性行业项目为推力，研究实现等别（产能）的年度变化的调查方法和工具。下一次全面更新的前期基础研究影响产能的新要素、新调查手段下分等方法的改进、不同调查期分等结果可比性及衔接等研究和设想。绿色产能绿色产能=产能评价+健康评价；如何整合分等成果和地化调查成果,系统需求分析,一、农用地等别年度变化调查与动态监测,1、年度等别突变变化调查1）耕地等级变化信息野外调查采集系统(占、补、调、毁等）,数据接口设计,耕地等级变化监测信息管理系统/数据库,导出,调查内容数据数据格式：xml/shp/dbf.数据内容：调查点空间位置；调查点历史数据；指标区信息；指标信息；作物评分体系；评分方法与相关参数；空间参考图形.,耕地等级变化监测信息管理系统/数据库,导入方式：usb线文件传输,移动智能设备文件管理系统,解析,导出,调查结果数据数据格式：excel数据内容：调查点指标录入数据；评分结果；,导入方式：usb线文件传输,PC端文件管理系统,读取,录入界面动态生成,调查数据管理,功能模块设计,动态生成自然质量状况数据录入界面，支持数据录入、修改、保存、查看,动态生成利用经营状况数据录入界面，支持数据录入、修改、保存、查看,为外业工作提供基于位置的服务，以增强外业决策能力。包括空间定位、调查点分布与属性查询、导航、空间测量,根据录入数据计算不同样本点自然质量等指数,实现与耕地等级变化监测信息管理系统间的数据传输,系统基本管理模块，包括网络设置、数据库设置的基本系统功能,系统管理已初步完成，支持采集系统基本设置；,系统完成情况演示,地图服务模块已初步完成，为采集工作提供可视的空间参考。,系统完成情况演示,自然质量状况调查模块已初步完成，实现了调查录入界面的动态生成，支持工作人员实现调查点数据的录入、修改和保存。,系统完成情况演示,利用经营状况调查模块已初步完成，实现样点利用经营指标数据采集。,系统完成情况演示,2）耕地等级变化评定、信息管理、汇总分析与发布系统,野外采集系统交换数据,耕地等级监测基础数据管理子系统,耕地等级监测成果发布子系统,县级,省级、国家级,国家级,省级、国家级,系统间的数据交换,耕地等级变化监测基础数据管理子系统,基础数据管理,耕作制度管理供省级国家级用户使用，提供用户对县级行政区的耕作制度的浏览、管理、编辑和删除操作功能,光温/气候生产潜力管理供省级国家级用户使用，提供用户对县级行政区的光温/气候生产潜力的浏览、编辑操作。,推荐监测因素管理主要管理国家推荐的13个因素，用户可修改因素名称、类别及标准字段名称,导出县级参数文件主要是对已制定好的分等所需的基础参数后，按县以ACCESS数据库的形式导出数据导入省级区划文件主要为了划分三级指标区应用，三级指标区的划分最小单位为乡镇，所以需设置乡镇代码字段和乡镇名称字段,划分三级指标区,用户可添加或删除三级区，并指定哪些乡镇属于该三级区,三级区参数设置,设置耕作制度及作物产量比系数,设置指标体系及打分规则,耕地等级评定子系统,功能描述：对突变区域、耕地等级渐变区域、县域更新（县内所有地块）三部分工作分别进行等级评定，并提供与野外调查系统数据接口和其他数据源接口。,参数设置,用于设置分等基础参数，即由基础数据管理系统提供的ACCESS数据库中的各参数,突变区域耕地等级评定,用于突变区域耕地等级的评价,检验评价数据字段命名是否符合标准，检验各字段属性值是否在规定范围内,监测样点耕地等级评定,耕地等级监测数据汇总及分析子系统,该系统正在开发中，其主要包含两大功能，第一为汇总，第二为监测分析汇总模块：完成省级汇总及省级等指数向国家级等指数的转换以及国家级汇总监测分析模块：针对县级成果和省级成果做分析，完成相关统计功能及空间布局分析功能，完成多期数据对比分析功能,耕地等级监测数据汇总及分析子系统,该系统正在开发中，其主要包含两大功能，第一为汇总，第二为监测分析汇总模块：完成省级汇总及省级等指数向国家级等指数的转换以及国家级汇总监测分析模块：针对县级成果和省级成果做分析，完成相关统计功能及空间布局分析功能，完成多期数据对比分析功能,汇总模块,目前初步完成了省级汇总，仍在改进，国家级汇总暂未实现,监测分析模块,目前完成的功能有对耕地等级监测成果数据进行各种统计分析和格局指数计算。,耕地等级监测成果发布子系统,该系统刚进入研发期，现已完成系统的初步功能设计阶段，主要为了实现耕地分等成果及监测分析成果的发布功能：用户管理、图片浏览、查询、下载、数据审核、数据上传、成果清单、公共下载1、用户管理：分县级用户、省级用户，国家级用户和管理员用户，不同用户权限不同2、图片及表格数据浏览：主要针对分等成果图片、汇总成果图片和空间变化分析图片进行浏览3、查询与浏览：根据不同条件进行查询4、下载：根据用户权限设置下载数据5、数据审核：上级用户审核下级用户上传的数据，审核通过后进行发布6、数据上传：根据用户不用上传不同数据7、成果清单：查看本县或本省都有哪些数据8、公共下载：主要放一些政策、标准类文件供用户下载参考9、新闻发布：相关新闻的发布10、科研进展：相关科研进展发布,耕地等级监测成果发布子系统,该系统初步设计四类用户，用户权限分别如图所示：,近期工作：耕地等级变化信息野外调查采集系统、耕地等级监测基础数据管理子、系统耕地等级评定子系统在15个县示范应用。耕地等级监测数据汇总及分析子系统、耕地等级监测成果发布子系统完善、研发和示范应用。能够实现(占、补、调、毁等)突变的等别和产能变化的及时调查与上报汇交。,系统功能涉及到的关键算法和业务方法要科学,2、农用地正常使用中的渐变变化监测,1）监测点空间布局的优化算法及其高效实现方法基于Kriging估计方差MSE（MeanSquareError）的县域耕地质量监测布样方法考虑各样点间的变异情况和耕地质量的空间分布结构特征考虑到要通过样点数据插值得出未抽样处的值流程：确定监测网有效性测度(研究区估值方差最小化MSE)布设基础监测网(样点数与MSE合适的规则格网)布设全局监测网(调整格网内无样点分布的情况)优化增密采样网络(在MSE较大的泰森多边形中增密)统计推断总体均值,系统功能涉及到的关键算法和业务方法要科学,系统功能涉及到的关键算法和业务方法要科学,大兴区布点结果,空间自相关性分析,5182块耕地,成果数据中每块真实值,Kriging插值后的估计值,布设48个样点,构建估计方差,系统功能涉及到的关键算法和业务方法要科学,实验结果对比分析,基于Kriging估计方差的布样方法：MSE=11238.32简单随机抽样:多次试验，最小MSE=13171.6911238.32,同简单随机抽样对比：,系统功能涉及到的关键算法和业务方法要科学,实验结果对比分析,基于Kriging估计方差的布样方法：MSE=11238.32分层抽样:按自然等别（1114等）划分为四层总样点数48，每层样点数按下列公式分配：,同分层抽样对比：,h层自然等指数真实标准差,h层中一个样点的布设费用,最小MSE=13990.611238.32,实验结果对比分析,同单纯格网布设对比：基于Kriging估计方差的布样方法：MSE=11238.32单纯格网48个样点的精度低于本文方法基本上单纯格网的样点大于100，精度才高于本文方法，但样点太多，抽样成本太高,系统功能涉及到的关键算法和业务方法要科学,2）监测点的信息采集和等别评定在前面“耕地等级变化信息野外调查采集系统”和耕地等级评定子系统”已经包括。3）调查点区域的转化-等别和产能的变化正在进行；,3、数据综合（近期）突变和渐变变化的综合（数据融合）-整个农用地等别的变化-产能的变化-数量汇总分析-15个县全国耕地等别和产能变化白皮书。如果推广到全国即可实现-每年发布全国耕地等别和产能变化白皮书。着手县、市、省、国家成果图汇总方法研究（索引的方法、成果图自动缩编方法、网格法）的研究。,1）面向对象高分辨率遥感农田设施识别与分值计算,面向对象农田设施识别基本流程,4、调查工具和装备的研发降低调查工作强度、提高工作效率,面向对象高分辨率遥感农田设施识别,分割结果图,提取结果图,田间道路通达度计算实例,田块大小实例,道路网密度,灌水区密度实例,灌水渠覆盖度：参照田间道路通达度定义，指农田中灌水渠直接到达田块数占总田块数的比例。,灌水渠覆盖度计算实例,2）固定监测点传感器及无线网络,选择比较成熟简单的进行探索（土壤含水量和土壤温度传感器）,传感器,无线网,2013年工作：订购观测支架在样地布设无线传感器网络实施监测和传输数据与耕地质量等级监测管理系统对接,其它与耕地质量密切的指标进行传感器实验，如盐碱度等。土壤质地层次构型、土层厚度、障碍层等的自动检测装备（雷达、太赫兹等新技术）。基于光谱技术的有机质含量快速测量装备；地形坡度等激光设备；测量值与分等因素值的转换或替换,3）今后研究计划,二、下一次全面更新的前期基础研究,1、农用地空间格局与农地规模（连片性、破碎问题）农用地利用指数等利用方式限制下的产能。农用地经济指数等投入产出效率限制下的产能。城镇化-农村劳动人口减少人力成本上升-劳动生产率低的土地-不能规模化经营的-荒芜！产能？今年的一号文件-适度规模化！因此，农用地的空间格局应成为重要的影响等别和产能的因素，现状：-千疮百孔的土地！度量方法问题；重构方法问题（如何改变，像欧洲）；多尺度问题（县、市、省和国家级目标和限制因素）。,三级网格划分,农田空间格局评价,基本农田保护区空间定位,土地整治难度系数测算及未来整治方向分析,A、基于网格化的度量方法,网格划分与编码,5分网格,1分网格,30秒网格,多源数据与网格数据转换,基于点的内插方法简单面域加权法最大化保留法随机方法矢量数据无损网格化方法研究,农田空间格局评价,表1农业生产空间格局合理性评价指标,农田空间格局合理性指数,农田空间格局合理性指数计算公式为：式中：FSPRI（FarmlandSpatialPatternReasonableIndex）是农田空间格局合理性指数，Wi是第i个评价指标的权重，ai是评价指标的归一化值。FSPRI值在01间变化，当FSPRI值为1时，表示农田空间格局处于最佳状态、有利于提高农业生产效率，FSPRI值为0表示农田空间格局最不合理、难以进行农业规模化生产。,农田空间格局合理性指数分级,B、重构方法-整治难度和优先度,说明：土地综合整治难度系数反应的是评价单元的优先次序，应选择难度系数小的单元优先整治。,西部丘陵区相比扬州市其他地区，地势较高并且起伏较大，田块较为细碎，中低等耕地比例大。,田块零碎，田间基础实施较为薄弱，而这一地区河流众多，河网密布，中低等耕地比例大于该区其他评价单元。,耕地利用等较高、地势平坦、田块比该区其他评价单元规整。,C、多尺度问题研究,乡镇级10m2792个连片区域,数据实验,市级50m144个连片区域,省级280m20个连片区域,研究计划：搭建数据平台、深入研究、研究成果在管理中应用等。,2、星地一体化新的调查方法探索,遥感为主，结合标准样地数据，调查为辅，用不同作物的累积生物量反演产能背景：国产卫星的大发展-高空间、高光谱和高时间分辨率（静止卫星）等。条件：标准样地的指标要扩展。遥感作物分类、遥感数据与样地数据同化、累积生物量反演产能、与分等结果对照分析并改进核心思想：相对值比绝对值更重要！,1）农作物类型识别基于多时相遥感农作物识别,（1）样本数据获取小麦、玉米、花生、白薯、棉花等作物点坐标，光谱信息以及物候资料收集（2）利用关键生育期HJ卫星影像进行主要农作物识别分析样本点在关键生育期影像中的多时相光谱特征，结合各类作物物候变化差异，确定分类规则利用ENVI软件根据分类规则建立决策树，对研究区内耕地区域进行主要农作物识别（3）利用NDVI时序宏影像进行其余混淆作物识别以土地利用图及高分辨率影像为基础获得的耕地区域专题图作为分割依据，将宏影像进行地块分割，利用NDVI宏影像对研究区内混淆作物样本点所在地块进行NDVI均值时序曲线建立，并对其进行平滑处理，分析其物候特征。确定作物分类依据和分类规则，建立规则树，用易康软件对研究区进行作物识别（4）利用测试样本混淆矩阵对分类结果进行精度评价,以旬为单位研究区全覆盖、云量3800米0922-10243900果园及其他0922-070930002）基于环境卫星遥感作物估产及产能核算基于环境卫星遥感作物估产及产能核算的研究思路如下图,作物估产及产能核算的技术路线图,HJ-1A/B与模型估测的冬小麦单产单产统计直方图,3、今后的研究计划,上述研究深入和验证；按星地一体化新的调查方法要求进行标准样地调查指标的扩展以及数据库建立；与分等结果对照分析并改进调查成果的监督方法研究不同调查期分等结果可比性及衔接研究（分等规则发生变化后）,三、绿色产能,分等的产能数据与地球化学调查与评估的整合-农用地质量！调查方法差异网格化调查调查精度不同