[发明专利]一种并行的土地资源质量评价因子空间量化方法

说明书

技术领域

本发明属于土地资源质量评价技术领域，特别是涉及一种并行的土地资源质量评价因子空间量化方法。

背景技术

（1）土地资源质量评价技术

随着21世纪的到来，人类面临的人口问题、粮食安全问题等诸多全球性问题日益严峻。我国作为人口大国，土地资源相对稀缺，如何合理利用土地，实现土地资源的可持续利用是当前迫切需要解决的问题。因此，采用科学的技术手段和方法对土地资源的质量进行评价，是促进土地资源合理利用的必要手段。

根据联合国粮农组织FAO的定义，土地资源质量评价（简称为“土地评价”）是指对土地针对特定的利用方式所表现出来的效果进行评估的过程，包括对土地的形态、土壤、植被、气候等方面属性进行质量综合鉴定，从而区分并比较不同土地利用方式对评价目标所表现出的适宜性程度。有关文献：[1]FAO.Land Evaluation.Towards a revised framework.2007.。在借鉴国外先进技术的基础上，我国已形成了包括针对农用地与建设用地的土地分等、定级、估价、土地适宜性评价、土地集约利用评价、土地退化评价等在内的符合当前国情需求的土地评价体系。

(2)土地资源质量评价因子及其空间量化技术

在进行评价土地资源质量时，对土地资源质量有着显著影响的各种因素实体如商服中心、集贸市场、灌溉水源、道路网络等对象，被定义为“土地资源评价因子”（简称为“评价因子”）或“土地资源评价指标”。

评价因子的规模（或大小）、对土地质量影响的空间范围、评价因子和土地之间的距离等不同，造成了评价因子在空间上的影响强度不同。因此，在进行土地评价时，需要根据评价因子的规模、空间影响范围，计算出因子在评价区域内各处土地的影响强度，这一过程称之为评价因子的空间量化。有关文献:[2]国家质量监督检验检疫总局.城镇土地分等定级规程（GB/T 18507-2001）［S］.2001;有关文献:[3]国土资源部.农用地定级规程（TD/T1005-2004）［S］.2003。

在进行评价因子空间量化时，通常需要将评价区域按照一定大小的栅格象元或矢量网格进行离散，在此基础上计算评价因子在各网格处的影响强度。由于土地资源质量评价范围通常可达数十平方公里，为了获得较高的计算精度，评价区域通常按照50-100米的间距进行离散，因而涉及数十万网格的数据处理，计算量巨大。按照目前的评价因子量化方法，在当前主流配置的个人计算机上对一个对于1个中等城市的单个评价因子空间进行量化计算，其过程通常需要1-2个小时。而土地资源评价过程通常涉及10-20个评价因子，可见其计算过程非常耗时。因此，必须充分发挥计算机软硬件发展的最新成果，提高计算效率。

(3)并行计算技术

并行计算（也称为高性能计算、超级计算）是在并行计算平台下执行的计算。采用并行计算的主要目的在于提高计算机解决问题的速度和规模。有关文献[4]:龙柏.并行计算平台上的数据索引技术研究[D].中国科学技术大学.2011.随着计算机软硬件技术的快速发展，网格、多核处理器、集群、桌面超级计算机、云计算等先进计算设施先后出现，为提高大规模计算问题的求解速度和效率提供了重要的技术支撑。此外，个人计算机上的CPU也日益朝着多核化的方向发展（从双核、四核、八核向更多核数发展），使得并行计算的硬件成本更加低廉。另一方面，OpenMP、MPICH、OpenMPI、MapReduce等并行编程规范的出现，也大大降低了并行软件开发的门槛。因此，如何充分利用多核CPU的计算能力，提高大规模计算问题的求解速度和效率，是未来程序开发和科学计算中面临的主要问题。

发明内容

针对现有的串行土地资源质量评价因子空间量化方法中存在的低效、耗时等问题，本发明将根据评价因子量化所涉及的空间数据的特点，结合计算机硬件特点，设计空间数据分解并行策略，充分挖掘多核计算机的计算潜力，提高评价因子空间量化的效率，缩短工作时间。

本发明的技术方案为一种并行的土地资源质量评价因子空间量化方法，包括以下步骤：

步骤1，对评价空间区域进行并行离散化，包括以下子步骤，

步骤1.1，根据计算机CPU的数量N，采用数据横向分解的方式，将评价空间区域划分为N个子区域；

步骤1.2，将N个子区域分配给N个CPU进程，每个CPU进程将一个子区域离散成固定大小的网格，并各自输出子区域内的离散结果，离散结果采用shp格式的矢量文件进行存储，得到N个离散网格矢量文件；

步骤2，土地资源质量评价因子分层，包括以下子步骤，