用地质量调查与监测研究进展

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、张晓东等信息与电气工程学院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耕地等级变化信息采集系统需求概述用户对象调查工作要求业务需求配置与性能需求辅助外业调查人员准确、高效地完成耕地质量等级监测外业调查工作野外数据采集人员调查时间调查内容调查流程调查内容预处理农用地自然质量状况数据采集与管理农用地利用和经营状况数据采集与管理调查结果导出基于移动GIS的地图服务远程传输（未来扩展）配置要求性能要求软件使用配置一、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耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕作制度管理光温气候生产潜力管理指标区数据管理耕地等级监测快速更新等级评定参数管理全面更新耕地等级评定参数设置监测分区数据管理样点数据管理耕地等级评定子系统耕地等级监测数据汇总及分析子系统三等别系列质量变化图样地质量变化趋势预测监测分析报告耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕耕评价结果发布分析结果发布Web三等别系列汇总面积汇总及其属性挂接省县图斑对应关系建立省级汇总分析预测导入数据导出数据分等参数文件及空间数据文件分等参数文件、空间数据文件及分析结果数据导入数据等级变更评定等级监测评定等级更新评定导出结果及参数数据输出等级成果图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监测基础数据管理系统基础数据管理基本参数设置划分三级区三级区参数设置耕地等级变化监测基础数据管理子系统基础数据管理国家推荐参数及标准参数管理导出县级参数文件导入本省区划数据切换管理省县级候选标准耕作制度管理光温/气候生产潜力管理推荐监测因素管理二级指标区区划管理基本参数设置等别划分间隔设置指数计算方法设置指定作物产量信息设置三级指标区划分增加/删除三级区编辑三级区所包含乡镇三级区参数设置耕作制度设置指定作物产量比系数设置指标设置打分规则设置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n1i2xˆ-xn1iiYYMSE5182块耕地成果数据中每块真实值Kriging插值后的估计值实际均值估计均值相对误差自然等指数2384.162385.760.07%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实验次数MSE实验次数MSE113423.811113171.69214775.301215108.00315999.141315345.55414154.641416037.21513180.201514811.47613759.861614000.15713222.511714467.08814419.241814091.05914595.111913274.751018165.412015200.25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（11~14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：NNWSShhhhhhhhhnCWCWn，h层自然等指数真实标准差h层中一个样点的布设费用层11等12等13等14等标准差19.3726.5749.1619.49样点数713253实验次数MSE115107.4213990.6316501.5417101.2514936.5617697.4718089.5815171.6916482.31014722.61114791.11214441.21314660.61414697.31516422.41618546.01717209.31814002.31916447.92016319.2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，抽样成本太高格网大小点数MSE格网大小点数MSE45003417077.832006712913.544003415527.031007414568.043003613763.530006912693.542003713995.129007412402.441003115932.528008211072.840003913130.127008812288.039004813930.626009410338.638004814675.4250010812510.737005112413.1240010211123.336005313258.8230012610857.535005913288.6220014110602.534004912336.421001549505.533004913635.9200016110046.4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