本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，尤其涉及一種干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
1、作物的生長(zhǎng)通常包含三個(gè)敏感的物候期，即營養(yǎng)期、生殖生長(zhǎng)期和成熟期，干旱在不同時(shí)期的影響，最終的產(chǎn)量會(huì)有較大區(qū)別。現(xiàn)有的干旱對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)，是通過農(nóng)作物生長(zhǎng)模型來對(duì)作物產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，解決了不同物候期干旱影響的預(yù)測(cè)問題。但是，這種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于生長(zhǎng)模型，需要針對(duì)不同的作物來建模。并且在多種影響因素的驅(qū)動(dòng)下，生長(zhǎng)模型的準(zhǔn)確性有待提高，需要長(zhǎng)期跟蹤作物長(zhǎng)勢(shì)情況，利用作物的長(zhǎng)勢(shì)數(shù)據(jù)來修正預(yù)測(cè)結(jié)果。另外，這種方法也沒有考慮到不同作物生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。不同地區(qū)有不同的養(yǎng)殖方式，主流分為灌溉和雨養(yǎng)兩類，它們對(duì)干旱脅迫的抵抗程度也有所不同。如何提高干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果的精確度，得到更為準(zhǔn)確的作物受旱災(zāi)影響情況，是農(nóng)業(yè)植種、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與抗旱救災(zāi)的重要課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的：針對(duì)以上問題，本發(fā)明提出一種干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，能更好的體現(xiàn)干旱災(zāi)害下作物的受災(zāi)影響，更準(zhǔn)確地對(duì)作物的產(chǎn)量損失進(jìn)行預(yù)測(cè)。
2、技術(shù)方案：本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
3、步驟1，獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤水?dāng)?shù)據(jù)；持續(xù)監(jiān)測(cè)待預(yù)測(cè)作物所在位置的土壤水?dāng)?shù)據(jù)，當(dāng)土壤水?dāng)?shù)據(jù)下降至干旱事件閾值，或者確認(rèn)進(jìn)入干旱事件時(shí)進(jìn)行農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)；
4、步驟2，對(duì)于土壤水?dāng)?shù)據(jù)下降至干旱事件閾值時(shí)進(jìn)行的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和土壤水?dāng)?shù)據(jù)，通過干旱形成時(shí)間預(yù)測(cè)方法得到干旱形成時(shí)間；對(duì)于確認(rèn)進(jìn)入干旱事件時(shí)進(jìn)行的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)，根據(jù)土壤水?dāng)?shù)據(jù)直接計(jì)算干旱形成時(shí)間；根據(jù)干旱形成時(shí)間計(jì)算干旱形成速率；
5、步驟3，根據(jù)干旱形成速率，干旱事件開始時(shí)刻作物所處的生長(zhǎng)階段，以及作物應(yīng)用的種植系統(tǒng)，通過產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型得到作物的預(yù)測(cè)產(chǎn)量損失率；
6、所述產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型為：
7、，
8、式中，表示產(chǎn)量損失率，n代表作物的n個(gè)生長(zhǎng)階段；代表作物在各生長(zhǎng)階段對(duì)干旱的敏感性；a為常數(shù)，代表作物應(yīng)用的種植系統(tǒng)；表示干旱形成速率；
9、步驟4，根據(jù)作物的預(yù)測(cè)產(chǎn)量損失率計(jì)算作物的產(chǎn)量預(yù)測(cè)值。
10、所述農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)為研究區(qū)域內(nèi)作物的歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)與物候數(shù)據(jù)；所述氣象數(shù)據(jù)包括研究區(qū)域內(nèi)的降水、氣溫與蒸散發(fā)數(shù)據(jù)；所述土壤水?dāng)?shù)據(jù)采用表層土壤水?dāng)?shù)據(jù)。
11、作物所處的生長(zhǎng)階段包括：營養(yǎng)期、生殖生長(zhǎng)期和成熟期。
12、所述干旱形成時(shí)間預(yù)測(cè)方法包括：根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和土壤水?dāng)?shù)據(jù)，通過隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)干旱形成時(shí)間；所述隨機(jī)森林模型的建立包括：獲取歷史土壤水?dāng)?shù)據(jù)，并進(jìn)行干旱識(shí)別，得到各場(chǎng)干旱事件的干旱形成時(shí)間；獲取歷史氣象數(shù)據(jù)，得到各場(chǎng)干旱事件開始時(shí)刻之前一段時(shí)間的平均降水、平均氣溫與平均蒸散發(fā)值，其中 i表示根據(jù)作物所處的生長(zhǎng)階段取值，y為年份；將平均降水、平均氣溫與平均蒸散發(fā)值作為輸入，干旱形成時(shí)間作為輸出，訓(xùn)練隨機(jī)森林模型并驗(yàn)證。
13、根據(jù)干旱形成時(shí)間計(jì)算干旱形成速率，計(jì)算式為：
14、，
15、式中，表示干旱形成速率，為干旱形成時(shí)間。
16、產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型中，代表作物在各生長(zhǎng)階段對(duì)干旱的敏感性的參數(shù)，通過粒子群法計(jì)算得到，目標(biāo)函數(shù)為產(chǎn)量損失率的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的誤差最小。
17、產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型的建立包括以下步驟：
18、步驟31，獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和土壤水?dāng)?shù)據(jù)；
19、步驟32，根據(jù)土壤水?dāng)?shù)據(jù)獲取干旱形成時(shí)間，計(jì)算得到干旱形成速率；
20、步驟33，計(jì)算產(chǎn)量損失率實(shí)際值，計(jì)算式為：
21、，
22、其中，為產(chǎn)量損失率實(shí)際值，為發(fā)生干旱的第y年作物的產(chǎn)量，y為作物的理論產(chǎn)量，由歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析獲得；
23、步驟34，根據(jù)干旱形成速率，干旱事件開始時(shí)刻作物所處的生長(zhǎng)階段，以及作物應(yīng)用的種植系統(tǒng)，建立產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型，利用步驟33得到的產(chǎn)量損失率實(shí)際值作為產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型的因變量，通過粒子群法得到產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型中的參數(shù)的最優(yōu)解。
24、根據(jù)作物的預(yù)測(cè)產(chǎn)量損失率計(jì)算作物的產(chǎn)量預(yù)測(cè)值，計(jì)算式為：
25、，
26、式中，為作物的產(chǎn)量預(yù)測(cè)值，y為作物的理論產(chǎn)量。
27、本發(fā)明提出一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。
28、本發(fā)明提出一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序和/或指令，該計(jì)算機(jī)程序和/或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。
29、有益效果：相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性不依賴于生長(zhǎng)模型，也不需要針對(duì)不同的作物來建模，準(zhǔn)確性和及時(shí)性都得到了大幅提升。在多種影響因素的驅(qū)動(dòng)下，本發(fā)明所提出的預(yù)測(cè)模型是基于大量歷史數(shù)據(jù)研究獲得的，我們發(fā)現(xiàn)如果干旱在短時(shí)間內(nèi)形成，土壤水迅速減少，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)及最后產(chǎn)量將有較大影響，認(rèn)為干旱的形成特征在產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型中應(yīng)作為首要考量因素。另外，本發(fā)明的方法還考慮了不同作物生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，以及在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的多次小規(guī)模干旱對(duì)作物產(chǎn)量的多重影響。
1.一種干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)為研究區(qū)域內(nèi)作物的歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)與物候數(shù)據(jù)；所述氣象數(shù)據(jù)包括研究區(qū)域內(nèi)的降水、氣溫與蒸散發(fā)數(shù)據(jù)；所述土壤水?dāng)?shù)據(jù)采用表層土壤水?dāng)?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：作物所處的生長(zhǎng)階段包括：營養(yǎng)期、生殖生長(zhǎng)期和成熟期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述干旱形成時(shí)間預(yù)測(cè)方法包括：根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和土壤水?dāng)?shù)據(jù)，通過隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)干旱形成時(shí)間；所述隨機(jī)森林模型的建立包括：獲取歷史土壤水?dāng)?shù)據(jù)，并進(jìn)行干旱識(shí)別，得到各場(chǎng)干旱事件的干旱形成時(shí)間；獲取歷史氣象數(shù)據(jù)，得到各場(chǎng)干旱事件開始時(shí)刻之前一段時(shí)間的平均降水、平均氣溫與平均蒸散發(fā)值，其中i表示根據(jù)作物所處的生長(zhǎng)階段取值，y為年份；將平均降水、平均氣溫與平均蒸散發(fā)值作為輸入，干旱形成時(shí)間作為輸出，訓(xùn)練隨機(jī)森林模型并驗(yàn)證。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：根據(jù)干旱形成時(shí)間計(jì)算干旱形成速率，計(jì)算式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型中，代表作物在各生長(zhǎng)階段對(duì)干旱的敏感性的參數(shù)，通過粒子群法計(jì)算得到，目標(biāo)函數(shù)為產(chǎn)量損失率的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的誤差最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：產(chǎn)量損失預(yù)測(cè)模型的建立包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，其特征在于：根據(jù)作物的預(yù)測(cè)產(chǎn)量損失率計(jì)算作物的產(chǎn)量預(yù)測(cè)值，計(jì)算式為：
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序和/或指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序和/或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的干旱災(zāi)害下農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。