一種農(nóng)田秸稈資源空間分布估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)能與可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及農(nóng)田秸桿資源空間分布 估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 面臨著新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開(kāi)發(fā) 利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源對(duì)世界各國(guó)建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。生物質(zhì)能源已經(jīng)成為當(dāng)前越來(lái)越重要的發(fā)展領(lǐng)域。
[0003] 農(nóng)作物秸桿是生物質(zhì)能源材料的一個(gè)重要組成部分，具有低成本、低污染、高效益 的特點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿薮?，是一種理想的可再生清潔能源。但是，由于傳統(tǒng)觀(guān)念的束縛以及技 術(shù)落后等原因?qū)е陆諚U資源尚未得到合理的利用，這不僅造成了環(huán)境的污染，更造成了資 源的浪費(fèi)。
[0004] 因此，準(zhǔn)確估算農(nóng)田秸桿資源在空間上的分布特征和分布數(shù)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田秸桿 資源集約利用和生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)以及資源可持續(xù)利用具有重大意義。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)農(nóng)田秸桿資源空間分布估算的方法大致可分為以下兩類(lèi)：
[0006] 一、傳統(tǒng)的農(nóng)田秸桿資源估算大多采用地面調(diào)查與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，以統(tǒng) 計(jì)年鑒中農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和行政區(qū)劃圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用如下三種方法計(jì)算秸桿資源的實(shí) 物量：一是草谷比法，二是副產(chǎn)品比重法，三是經(jīng)濟(jì)系數(shù)法，得到以行政區(qū)劃為單元的農(nóng)田 稻桿資源分布格局。
[0007] 草谷比法，即根據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)部門(mén)或統(tǒng)計(jì)部門(mén)發(fā)布的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和各農(nóng)作物的草 谷比系數(shù)估算農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量，是計(jì)算農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量的最常用方法；草谷比系數(shù)可以通 過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，本發(fā)明不做贅述。
[0008] 副產(chǎn)品比重法，對(duì)于部分農(nóng)作物副產(chǎn)品（如稻谷、花生殼）的產(chǎn)量可根據(jù)其占農(nóng)作 物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的相對(duì)質(zhì)量密度來(lái)計(jì)算；
[0009] 經(jīng)濟(jì)系數(shù)（收獲系數(shù)）法，即利用農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與總生物產(chǎn)量的比值估算農(nóng)作 物稻桿量。
[0010] 上述方法主要限于傳統(tǒng)的地面調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通常以行政區(qū)劃為統(tǒng)計(jì)單位，不 能很好地反映生物質(zhì)能在行政區(qū)劃內(nèi)部的空間分布特征，不利于農(nóng)田生物質(zhì)能的收集和空 間集約利用。
[0011] 二、遙感估算方法，即根據(jù)遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)農(nóng)田秸桿資源空間分布進(jìn)行估算。大致 可分為以下兩類(lèi)：
[0012] (1)根據(jù)Terra衛(wèi)星的1千米分辨率的MOD17A3數(shù)據(jù)，利用陸地生物地球化學(xué)過(guò)程 模型（BIOME-BGC)估算植被年NPP累積量，并結(jié)合遙感數(shù)據(jù)提取土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù)，如水田 和旱地；在此基礎(chǔ)上通過(guò)生物質(zhì)能計(jì)算模型對(duì)秸桿資源空間分布格局進(jìn)行實(shí)時(shí)估算。
[0013] 利用上述方法估算秸桿空間分布的優(yōu)勢(shì)在于能夠較為準(zhǔn)確的地反映不同區(qū)域農(nóng) 作物在秸桿生產(chǎn)量上的相對(duì)差異。然而，其局限性則表現(xiàn)為空間分辨率過(guò)低（最小單元為 1千米的網(wǎng)格）、計(jì)算方法復(fù)雜和所需參數(shù)難以獲取等；
[0014] (2)利用遙感數(shù)據(jù)提取各類(lèi)農(nóng)作物種植區(qū)域，并分類(lèi)計(jì)算各自面積，再結(jié)合統(tǒng)計(jì)年 鑒中各類(lèi)農(nóng)作物單產(chǎn)量和草谷比系數(shù)，計(jì)算各類(lèi)農(nóng)作物單位面積秸桿產(chǎn)量，獲得農(nóng)田秸桿 量空間分布。
[0015] 上述方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠獲得空間分辨率精度較高的農(nóng)作物種植區(qū)域（精度通 ?？蛇_(dá)到30米）。然而，在基于農(nóng)作物種植區(qū)域計(jì)算秸桿量分布時(shí)，通?；诓莨缺认禂?shù)或 統(tǒng)計(jì)年鑒里的農(nóng)作物單產(chǎn)，無(wú)法準(zhǔn)確反映同一種農(nóng)作物在不同空間上的秸桿生產(chǎn)力相對(duì)差 另IJ。從而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果可能存在較大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 針對(duì)現(xiàn)有方法存在的局限性，本發(fā)明提出一種快速簡(jiǎn)便、低成本的農(nóng)田秸桿資源 空間分布估算方法，該方法將傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法與遙感技術(shù)相結(jié)合，綜合利用統(tǒng)計(jì)年鑒和遙感 凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP)數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域內(nèi)部農(nóng)田秸桿資源空間分布特征進(jìn)行估算。
[0017] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種農(nóng)田秸桿資源空間分布估算方法，其特征在于， 包括以下步驟：
[0018] 步驟1 :收集研宄區(qū)域數(shù)據(jù)，包括
[0019] (1)以shp格式或GeoDatabase格式存儲(chǔ)的矢量行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，每個(gè)行政單元以矢 量多邊形存儲(chǔ)；
[0020] (2)最近一年的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)；
[0021] (3)從國(guó)家測(cè)繪局基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的全球地表覆蓋30米分辨率產(chǎn)品中獲 得區(qū)域耕地空間分布柵格數(shù)據(jù)；
[0022] (4)從美國(guó)NASA發(fā)布的MODIS衛(wèi)星免費(fèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中獲取最近一年的MODIS衛(wèi)星 M0D17A3數(shù)據(jù)產(chǎn)品；該數(shù)據(jù)產(chǎn)品的空間分辨率為lkmXlkm，以柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)柵格 像元都表示其所在空間位置的NPP值（年凈初級(jí)生產(chǎn)力）；步驟2:根據(jù)《農(nóng)用地分等規(guī)程》 中的《全國(guó)各縣（市）標(biāo)準(zhǔn)耕作制度速查表》，找出研宄區(qū)域內(nèi)每個(gè)縣種植的農(nóng)作物種類(lèi)；
[0023] 步驟3 :以國(guó)家農(nóng)業(yè)部門(mén)或統(tǒng)計(jì)部門(mén)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)年鑒相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 分別得到以縣（市）為單位的各類(lèi)農(nóng)作物的播種面積（千公頃）和單產(chǎn)量（噸/千公頃）；
[0024] 步驟4 :根據(jù)每縣（市）的各類(lèi)農(nóng)作物播種面積計(jì)算各類(lèi)農(nóng)作物所占面積比例 yik，其中，i= 1，2, 3,…，為縣（市）編號(hào)；k= 1，2, 3,…，為農(nóng)作物種類(lèi)；
[0025] 步驟5 :計(jì)算不同種類(lèi)農(nóng)作物在單位面積上秸桿資源的理論平均產(chǎn)量；其計(jì)算公 式如下：
[0026] SRik=YikXRk+1000 ;
[0027] 式中，SRik表示第i個(gè)縣（市）內(nèi)第k種農(nóng)作物的單位面積秸桿資源理論平均產(chǎn) 量（噸/公頃）；Yik表示第i個(gè)縣（市）內(nèi)第k種作物的單產(chǎn)量（噸/千公頃），來(lái)自于統(tǒng) 計(jì)年鑒；Rk表示第k種農(nóng)作物草谷比系數(shù)，即農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量與農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之比值；
[0028] 步驟6 :根據(jù)不同類(lèi)型農(nóng)作物秸桿的可收集系數(shù)，分別計(jì)算各類(lèi)農(nóng)作物單位面積 可收集秸桿量，其計(jì)算公式如下：
[0029] CRik=SRikXCk;
[0030] 式中，CRik表示第i個(gè)縣（市）第k種農(nóng)作物的單位面積可收集秸桿量（噸/公 頃）；ck表示第i種農(nóng)作物秸桿的可收集系數(shù)；
[0031] 步驟7 :分別將單位面積（1公頃）與各縣（市）各類(lèi)農(nóng)作物所占面積比例Yik相 乘，即可得單位面積內(nèi)各類(lèi)農(nóng)作物所占的耕地面積Sik;
[0032] 步驟8 :根據(jù)各類(lèi)農(nóng)作物的耕地面積Sik與其單位面積可收集秸桿量CRik，即可得 到單位面積內(nèi)各類(lèi)農(nóng)作物的可利用秸桿量AR、k，對(duì)其求和，可得第i個(gè)縣（市）內(nèi)單位面 積平均可利用秸桿量CARi (噸/公頃）；計(jì)算公式如下：
[0033] CARi = Yi^1Sik XCRik-,
[0034] 步驟9 :對(duì)全球地表覆蓋30米分辨率產(chǎn)品中獲得的區(qū)域耕地空間分布柵格數(shù)據(jù)進(jìn) 行預(yù)處理；該數(shù)據(jù)以柵格圖像的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)柵格像元代表地表真實(shí)的一塊矩形區(qū) 域的土地，遍歷圖像上的柵格像元，若該像元為耕地，則標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為0 ;本步驟計(jì) 算得到的結(jié)果柵格數(shù)據(jù)記為Rl;
[0035] 步驟10 :將研宄區(qū)域的縣級(jí)行政區(qū)劃矢量圖，與步驟9中得到的Rl空間疊加分 析：遍歷Rl中的每個(gè)像元，若當(dāng)前像元值為1，且在空間位置上落入了第i個(gè)行政區(qū)劃單 元，則將該像元值賦值為CARi;若當(dāng)前像元值為0,或該像元沒(méi)有落入任何行政區(qū)劃單元，則 該像元值賦值為〇 ;本步驟計(jì)算得到的結(jié)果柵格數(shù)據(jù)記為R2 ;
[0036] 步驟11 :在ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件中對(duì)lk