[发明专利]基于统计数据和遥感影像数据的区域化肥投入空间化方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业非点源污染和遥感空间化技术领域。尤其涉及一种统计数据和遥感影像数据相结合的区域化肥投入空间化方法。

背景技术

化肥是农业生产中一项至关重要的生产性资源，在粮食增产中起着重要的作用。化肥投入的大幅度增加，在不断提高作物产量的同时，还带来了水体富营养化、土壤物理和化学属性恶化、地下水污染、生物多样性丧失等一系列严重的生态环境问题，是农业非点源污染的主要类型之一。加上人们越来越关注环境保护和食品安全问题，将来随着生产环境标准和食品检疫标准的逐渐严格，化肥的使用将受到严格限制。因此，研究区域化肥投入存在的空间差异性，不仅是对农田化肥投入进行优化配置，实现农田集约化、科学化管理的基础，更是农业非点源污染研究中建立分布式模型的需要。

基于统计数据的农业化肥投入属于社会经济数据，社会经济数据空间化是当前地理科学、社会科学共同关注的焦点之一。社会经济数据以区域为单位进行统计，而这些统计单元一般都是一些大小各异的行政单元，在这些行政单元内一个单元赋予同一个数值，生成区域内指标的均匀分布，不同区域间突变分布的特点，这显然不能代表统计数据的实际分布情况。在实际的空间分布中，统计单元内的数据常常不是均匀分布的，相邻统计单元的边界处分布也是连续的。这些数据妨碍了经济地理学与自然地理学的数据共享，抑制了人文地理学理论的发展及其对GIS等新技术的运用。要解决这些问题，迫切需要建立一定分辨率的基础地理单元，将社会经济数据转化到一个可以方便操作、分析的数据平台。社会经济数据数据空间化就是最好的解决方法之一，即将以行政区域为单元的统计数据展布到一定尺寸的地理网格上。

社会经济数据空间化方法的一个重要特征是单元内的容量不变性，即空间分配过程不影响原有属性值对整个单元总量或平均值的表达。空间化的方法可以归纳为以下四种：(1)密度分配：通过分布函数、控制区或控制函数的方法将统计指标的数量以密度分配的方式分配到空间上。(2)邻域关系：利用地理变量在空间上的相互依赖关系，通过邻域的值来估计所在位置的值。可通过简单的插值方法或空间自相关方法来估计。(3)地理变量之间的相关关系：通过一个变量的分布差异去估计另一个变量的空间差异。这种关系可能是非线性和不确定的。(4)分形方法：分形具有自相似和自仿射特征，其局部通过变换与整体相等或相似。根据分形分析检验地理实体分布的分形特征并提取参数，然后通过分形模拟的方法可能实现对密度分布的估计。社会经济数据根据属性变量性质不同，可以将变量分为广延量(extensive)和强度量(intensive)，当区域被分成一系列子区域，如果区域的值是子区域的加权平均值，这个变量就叫广延量，如果区域的值是子区域的和，这个变量就叫强度量。

社会经济数据空间化的研究目前主要集中在人口数据的空间化、GDP(Gross Domestic Product，国内生产总值)空间化以及空间化方法的改良上。处理这一类问题的方法主要是使用面域加权，实际上是多边形叠加(polygon overlay)，就是将目标区和源区叠加，分别计算各交叉区域的属性值，再按目标区计算，也有学者将其称为“比例分配”。由于该方法不能只考虑面积作为分配的权重，于是学者们开始使用面积以外辅助的信息，即“借力”，使用控制区的面域加权或者是使用回归关系的面域加权。目前世界上这种“借力”方法的研究最主要集中在人口数据的空间化上。社会经济数据具有区别于自然地理数据的特点，应用辅助数据研究面插值是未来发展的趋势，特别是遥感数据作为辅助数据的研究有着很大的发展潜力。

在对化肥投入的空间变异研究中，学者们研究的着重点在于大尺度上(国家尺度)的化肥施用对粮食产量的影响，有的是直接进行定性的分区，有的是在行政界线的基础上对投入进行分区。还有的是划分为高投入、中投入、低投入，每种投入都有具体的定义，可以认为是一种半定量或者定性的方式。在将化肥投入空间化到一定的网格尺度方面，目前研究几乎还处于空白。农田系统是一个非常复杂的系统，农业投入受到诸多因素的影响，它有别于人口数据，简单地应用辅助数据进行面域加权的数学方法还不能够从本质上全面地反映化肥投入的空间分布。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够从本质上全面地反映化肥投入的空间分布，且获得较好的区分度的化肥投入空间化方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于统计数据和遥感影像数据的区域化肥投入空间化方法，包括以下步骤：