基于农田环境要素空间变异特征的多尺度网格化精确管理分区研究

According to the urgent demand on multi-scale grid management zone analysis in precision agriculture utilization in China, A new framework of management zone analysis, multi-scale grid management zone analysis (MsGMZA), will be developed in this research. The research aims to study the four main steps of MsGMZA. First, a multi-scale grid dataset of environmental factors of farmland will be built based on multi-scale remote sensed imagery and field data on environmental factors. Second, variogram analysis will be done to demonstrate the spatial variation of these environmental factors. And an index of multi-scale characteristics, which is used for building a multi-scale model of environmental factors, will be made based on variogram parameters. The multi-scale model is the key point in this research, and it provides the rules for fusing the multi-scale dataset into one data layer, which will be applied in the grid management zone analysis. Then, a new algorithm of grid management zone will be designed, and it can be applied on fused multi-scale data layer with high performance. Finally, based on the exiting field data, the MsGMZA will be applied and evaluated. The expected results will improve the applicability of precision agriculture in China, and provide technical approaches for future food security in China.

针对我国精确农业实施过程中对多尺度网格化精确管理分区的迫切需求，通过利用基于不同尺度遥感影像建立的多尺度网格化农田环境要素数据，采用空间变异函数分析方法，研究农田环境要素的多尺度特征，寻求构建农田环境要素多尺度特征指数，明确农田环境要素的多尺度耦合关系，并进一步基于等级理论构建农田环境要素的多尺度模型；在此基础上，基于多尺度模型建立的规则，将多尺度的农田环境网格数据融合成可用于管理分区分析的统一数据层。并结合文献和试验，研究适用于多尺度融合数据的网格化精确管理分区的分析方法，优化网格化精确管理分区分析算法的性能。最后将基于课题组已有数据和试验点数据，对研究形成的方法进行应用及效果检验。研究结果将形成一套完整的多尺度网格化精确管理分区方案，提高精确管理分区在我国农业生产实践中的可应用性，拓展精确管理分区的本地化方案。

本项目通过研究多尺度农田环境要素数据多尺度特征，将多尺度的农田环境网格数据融合成可用于管理分区分析的统一数据层，通过构建及优化网格化精确管理分区的分析方法，形成一套完整的多尺度网格化精确管理分区方案，提高精确管理分区在我国农业生产实践中的可应用性。通过3年的研究，（1）建立了多尺度管理分区指标体系构建及优化的方法，并进行了验证；（2）构建了农田尺度的环境数据多尺度融合方法，并量化了该方法的不确定性大小、来源及控制方法；（3）构建并优化了基于空间变异特征的网格化精确管理分区方法。同时，在研究中构建了我国主要粮食产区多分辨率、多时相、多要素的环境资源数据库及软件系统，为后续研究奠定了基础。