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        基于“兩區(qū)”劃定的農田數(shù)字化管理方法研究

        2023-05-08 04:23:12陳禮鵬吳良茹郭正廳
        現(xiàn)代農業(yè)裝備 2023年2期
        關鍵詞:兩區(qū)畢節(jié)市保護區(qū)

        陳禮鵬,吳良茹,郭正廳,李 奇

        (1.畢節(jié)市農田建設服務中心,貴州 畢節(jié) 551700;2.金沙縣農業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務中心,貴州 畢節(jié) 551800)

        0 引言

        農業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展離不開大數(shù)據(jù)分析[1]、農業(yè)機器人技術[2-3]、農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)[4-6]、人工智能[7]、農業(yè)遙感[8]等技術的推動。“兩區(qū)”劃定是基于農田大數(shù)據(jù)管理技術數(shù)字化管理,保護國家糧食安全生產(chǎn)提出的,它對促進現(xiàn)代農業(yè)技術的發(fā)展、加快農業(yè)現(xiàn)代化進程具有重要意義。通過對“兩區(qū)”數(shù)據(jù)的管理,融入大數(shù)據(jù)云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術,未來的農業(yè)將會向著數(shù)字化、信息化、精準化方向發(fā)展。

        “兩區(qū)”是指糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū),糧食生產(chǎn)功能區(qū)包括玉米、水稻、小麥生產(chǎn)種植區(qū)[9],全國建設任務為9 億畝(1 畝=0.067 hm2),其中玉米4.5 億畝、水稻3.4 億畝、小麥3.2 億畝,含水稻和小麥復種區(qū)0.6 億畝、小麥和玉米復種區(qū)1.5 億畝,如圖1 所示。水稻種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在長江中下游、華北、華南、西南、東北地區(qū);小麥種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在黃淮海地區(qū)、長江中下游、西北及西南地區(qū);玉米種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在松嫩平原、三江平原、遼河平原、黃淮海地區(qū)[12]。

        圖1 糧食生產(chǎn)功能區(qū)任務面積(單位:億畝)

        重要農產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)包括大豆、棉花、油菜、糖料蔗、天然橡膠種植[9],全國建設任務為2.38 億畝,其中大豆1 億畝、油菜0.70 億畝、棉花0.35 億畝、天然橡膠0.18 億畝、糖料蔗0.15 億畝,含水稻和油菜籽復種區(qū)0.60 億畝、小麥和大豆復種區(qū)0.20 億畝,如圖2 所示。大豆種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在東北、黃淮海地區(qū),油菜種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在長江流域,棉花種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在新疆、黃河流域,天然橡膠種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在海南、云南、廣東,糖料蔗種植優(yōu)勢區(qū)主要分布在廣西、云南。當前,全國已完成10.58 億畝的劃定目標和建設任務,糧食生產(chǎn)功能區(qū)的劃定有效保障了國家糧食安全和重要農產(chǎn)品供給,使得中國人自己的飯碗端得更加牢固,農業(yè)產(chǎn)業(yè)安全得到顯著增強[10-12]。

        圖2 重要農產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)任務面積(單位:億畝)

        “兩區(qū)”劃定是在永久基本農田、農村土地承包經(jīng)營權確權登記、國土“三調”等成果的基礎上開展的劃定[12],要求耕地地塊相對集中連片、權屬清晰,根據(jù)地塊四至范圍、面積、權屬等信息,制作矢量圖斑。平原地區(qū)集中連片區(qū)域單個圖斑原則上不低于500畝,丘陵山區(qū)相對集中連片區(qū)域單個圖斑原則上不低于50 畝。畢節(jié)市平均海拔在1 000 m 左右,屬于典型的丘陵山區(qū),基本上無天然橡膠、糖料蔗種植,因此畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定主要是玉米、小麥、水稻糧食生產(chǎn)保護區(qū)劃定和油菜重要農產(chǎn)品保護區(qū)劃定。本文著重以貴州省畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定為例,分析研究“兩區(qū)”劃定的方法,提出“兩區(qū)”數(shù)字化管理模型。

        1 畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定

        畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定面積總計為糧食生產(chǎn)功能區(qū)面積為265 萬畝,其中水稻45 萬畝、小麥55 萬畝、玉米195 萬畝;油菜重要農產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)面積為40 萬畝,全部與水稻復種。具體“兩區(qū)”劃定區(qū)域分布如表1 所示。

        表1 畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定區(qū)域分布單位:萬畝

        續(xù)表

        2 材料與方法

        2.1 材料和工具

        2.1.1 材料

        “兩區(qū)”劃定材料主要包括永久基本農田矢量圖斑、土地利用現(xiàn)狀、農村土地承包經(jīng)營權確權登記成果、國土“三調”、農業(yè)發(fā)展規(guī)劃等建設資料,包括各渠道實施的農田建設、農業(yè)生產(chǎn)配套服務、水利規(guī)劃等相關建設項目的圖像及矢量圖斑。

        2.1.2 工具及步驟

        計算機、導航定位系統(tǒng)、卷尺、相機等量算和記錄工具;計算機采用普通聯(lián)想臺式電腦(內存8 GB,主頻2.90 GHz);移動硬盤,容量500 G,接口為USB 3.0;內業(yè)處理軟件運用ArcGIS 10.6;Matlab 16.0 圖像處理軟件;運用SPSS 21.0 作為數(shù)據(jù)分析軟件、數(shù)據(jù)庫軟件,質量檢查軟件采用“兩區(qū)”劃定質檢軟件(官方)。

        1)圖件測制:運用內業(yè)處理軟件ArcGIS 10.6 將圖件資料進行疊加比對和綜合分析,確定“兩區(qū)”片塊和地塊邊界,制作內業(yè)底圖。

        2)預編碼:ArcGIS 10.6 制作的圖件中的片塊和地塊進行預編碼,制成“兩區(qū)”劃定工作底圖,導出“兩區(qū)”片塊和地塊空間位置、數(shù)量、邊界,實地調研中,運用相機和紙筆做好記錄和圖件粗修正。

        3)數(shù)據(jù)建庫:運用ArcGIS 10.6 軟件制作分布圖,進行數(shù)據(jù)建庫。

        4)成果分析:運用SPSS 分析劃定成果數(shù)據(jù),對誤差進行分析,并對劃定成果進行質量檢查,合格后開展上圖入庫,并做好后期成果管理。

        2.2 “兩區(qū)”劃定方法

        “兩區(qū)”劃定方法步驟分為:圖件繪制、底圖制作、實地勘查、面積量算、分布圖編制、數(shù)據(jù)建庫、成果管理。圖3 為畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定流程。

        圖3 畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定流程

        3 結果與分析

        按照“兩區(qū)”劃定方法,最終劃定結果如表2所示。在水稻劃定面積中:金沙縣“兩區(qū)”劃定面積最大,為12 萬畝,威寧縣劃定面積最小,為0 畝;小麥劃定面積中:織金縣和納雍縣“兩區(qū)”劃定面積最大,為10 萬畝,百里杜鵑和金海湖新區(qū)劃定面積最小,為1 萬畝;玉米劃定面積中:威寧縣“兩區(qū)”劃定面積最大,為27 萬畝,金海湖新區(qū)面積最小,為2 萬畝;油菜重要農產(chǎn)品保護區(qū)(與水稻復種)劃定面積中:金沙縣“兩區(qū)”劃定面積最大,為11.5萬畝,威寧縣和赫章縣劃定面積最小,為0。

        表2 畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定結果

        續(xù)表

        結合地理位置、區(qū)域面積等諸多因素分析,由于威寧縣和赫章縣海拔海拔較高,平均海拔2 000 m以上,且水源缺乏,不適宜水稻、油菜生長,因此威寧縣水稻和油菜劃定面積為0畝,赫章縣水稻僅為0.5萬畝,油菜劃定面積為0畝。在10個縣區(qū)中,威寧縣地域遼闊,玉米和馬鈴薯為威寧縣傳統(tǒng)種植作物,玉米劃定面積最大。而金沙縣、織金縣、納雍縣水源充足,氣候適宜水稻和油菜生長、加上地域面積等因素,因此金沙縣水稻和油菜“兩區(qū)”劃定面積最大、織金縣和納雍縣小麥“兩區(qū)”劃定面積最大。百里杜鵑和金海湖新區(qū)是畢節(jié)市新成立的新區(qū),區(qū)域面積較小,因此在糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農產(chǎn)品保護區(qū)劃定任務面積上均比其他縣區(qū)小。分析劃定結果及誤差如圖4所示。

        圖4 畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定結果及誤差分析

        從圖4 中可以看出,除了赫章縣糧食生產(chǎn)功能區(qū)玉米所劃定的面積誤差最大之外,其余縣區(qū)劃定面積基本和任務面積吻合。赫章縣出現(xiàn)劃定面積誤差大的原因主要是:在勾繪內業(yè)時將未核實的不適宜種植玉米的地塊劃入,導致劃定結果中玉米劃定面積誤差過大。

        4 “兩區(qū)”劃定的空間數(shù)字化管理平臺模型研究

        4.1 “兩區(qū)”片塊和地塊

        “兩區(qū)”片塊是指劃定的相對集中連片耕地,具有明確的權屬人或經(jīng)營主體、管護主體,便于進行統(tǒng)一生產(chǎn)管理?!皟蓞^(qū)”地塊是指在“兩區(qū)”片塊范圍內,已扣除農村道路、溝渠、水系等線狀地物后,具體的空間種植單元,多個“兩區(qū)”地塊構成“兩區(qū)”片塊,隨著現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展,通過“兩區(qū)”片塊的劃定,可以在線準確掌握“兩區(qū)”片塊的面積、種植作物類型、涉及農戶等信息,同時預測作物種植產(chǎn)量、產(chǎn)值、人均收入等信息。

        4.2 “兩區(qū)”數(shù)字化管理平臺研究

        圖5 為“兩區(qū)”數(shù)字化管理平臺模型,通過“兩區(qū)”劃定可知i 地塊面積Si,涉及人口Pi等信息,根據(jù)片塊信息和地塊信息可對“兩區(qū)”內種植情況進行測算。

        圖5 “兩區(qū)”數(shù)字化管理平臺模型

        1)種植面積測算。種植面積為區(qū)域內每個地塊種植面積之和,輸入地塊種植面積Si,導入模型,得種植面積S,公式為

        式中:

        S——區(qū)域內總種植面積,畝;

        Si——“兩區(qū)”片塊內第i地塊的面積,畝;

        n——“兩區(qū)”片塊內地塊數(shù)。

        2)作物產(chǎn)量測算。結合各地統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù),可測算作物產(chǎn)量,其公式為

        式中:

        Xij——“兩區(qū)”片塊內第i塊“兩區(qū)”地塊種植作物類型為j的畝均產(chǎn)量,kg/畝;

        Xj——j類作物產(chǎn)量,kg。

        3)作物產(chǎn)值測算。結合當?shù)亟y(tǒng)計年鑒及市場價格變化規(guī)律,可得j類作物的單價Yj,若“兩區(qū)”片塊內j類作物產(chǎn)值用Qj表示,則公式為

        式中:

        Qj——“兩區(qū)”片塊內j類作物產(chǎn)值,元;

        Yj——j類作物的單價,元/kg。

        4)人均收入測算。人均生產(chǎn)收入公式為

        式中:

        Z——人均生產(chǎn)收入,元/人;

        Pi——第i塊地塊涉及人口數(shù),人;

        m——作物種類數(shù)。

        5 結語

        本文結合農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢,研究了畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定方法,分析了劃定結果,提出農業(yè)數(shù)字化管理平臺模型在“兩區(qū)”上的應用,具體結論如下。

        1)畢節(jié)市“兩區(qū)”劃定分為材料準備、工具準備、圖件制作、實地檢驗、結果修正、數(shù)據(jù)建庫、數(shù)據(jù)管理,結合工作實際,畢節(jié)市主要劃定為玉米、小麥、水稻糧食生產(chǎn)功能區(qū)265 萬畝和油菜重要農產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)40 萬畝,其中玉米劃定面積167.1萬畝,小麥劃定面積55.5 萬畝、水稻劃定面積45.4萬畝(含油菜重要農產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)40 萬畝)。

        2)分析研究了“兩區(qū)”劃定數(shù)字化管理模型平臺,“兩區(qū)”大數(shù)據(jù)管理模型能準確測算出糧食生產(chǎn)總量、總值、人均收入等情況,促進農業(yè)現(xiàn)代化進程中農田空間數(shù)字化管理,同時,也為農業(yè)機械化推廣、農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用提供空間信息支持。

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