农田氮径流量估算方法、装置、计算机设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种农田氮径流量估算方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：获取多条样本数据，根据多条样本数据构建模型参数优化训练样本数据集；根据田间管理方式和/或作物类型的类别，将模型参数优化训练样本数据集划分为多个子集，根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，建立氮径流量回归方程；获取待估算研究区域的空间分布数据，构建研究区模型输入数据集，空间分布数据同样包括土壤属性、田间管理方式、作物类型和气候等研究区空间分布数据；根据模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量。该方法用于提高对大尺度区域农田氮径流量估算的准确度和时空分辨率。

【技术实现步骤摘要】
农田氮径流量估算方法、装置、计算机设备及存储介质
本专利技术涉及环境保护领域，尤其涉及一种农田氮径流量估算方法、装置、计算机设备及存储介质。
技术介绍
近年来我国由于化肥的大量施用，导致田间氮素盈余量不断增加，过量盈余的氮素对周边水体富营养化产生了很大风险，对其径流量的准确估算是减排的先决条件。然而，现有的农田氮径流量估算方法通常是基于以下公式计算得到：Runoff＝RR×Nrate+R0(1)RR＝(Runoff－R0)/Nrate(2)其中，Runoff为单位面积农田氮径流量、RR为肥料氮径流率、Nrate为施氮强度、R0为背景氮流失量，即不施肥情况下农田氮径流量。上述公式(1)和(2)在大尺度区域农田氮径流量的核算结果存在很大的不确定性，不仅难以体现空间上的差异性和年际间的波动性，且默认Runoff与Nrate之间是一种线性的响应关系，因此可能会导致在施氮量高值和低值区域的核算结果有偏差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种农田氮径流量估算方法、装置、计算机设备及存储介质，以提高对农田的氮径流量估算的准确度。本专利技术实施例提供一种农田氮径流量估算方法，用于对大尺度研究区域的农田氮径流量进行估算，包括：获取多条样本数据，根据多条样本数据构建模型参数优化训练样本数据集，样本数据包括土壤属性参数、多种田间管理方式、作物类型和气候数据；根据田间管理方式和/或作物类型的类别，将模型参数优化训练样本数据集划分为多个子集，根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，建立氮径流量回归方程；获取待估算研究区域的空间分布数据，构建研究区模型输入数据集，所述空间分布数据包括空间分布土壤属性数据、空间分布田间管理方式、作物类型和空间分布气候数据；根据研究区模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量。优选地，所述样本数据还包括氮径流率和背景氮流失量，所述根据所述田间管理方式的种类和/或所述作物类型，将所述样本数据划分为多个子集，包括：分析不同的所述田间管理方式和/或所述作物类型对应的氮径流率和/或背景氮流失量的差异，并将所述氮径流率和/或背景氮流失量的差异大于预设值的所述田间管理方式或所述作物类型作为分类变量；根据所述分类变量，采用决策树模型将所述样本数据分为多个子集，每个子集对应所述分类变量的不同区间范围。优选地，所述土壤属性参数包括多种土壤属性参数，所述气候参数包括多种气候参数，所述根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，包括：根据所述样本数据子集对所述土壤属性参数和气候参数进行共线性诊断分析和显著性分析，从中剔除共线性大于预设值，且显著性小于预设值的变量，得到各子集对应模型回归方程的自变量；采用全局优化算法分别对所述氮径流的参数进行优化率定，得到所述氮径流量回归方程。优选地，所述采用全局优化算法分别对所述氮径流的参数进行优化率定，得到所述氮径流量回归方程，包括：采用全局优化算法对所述样本土壤属性参数和所述样本气候参数进行优化率定，得到背景氮流失量率定参数；根据所述背景氮流失量率定参数建立背景氮流失量回归方程；采用全局优化算法对所述样本土壤属性参数、样本气候参数及田间管理方式进行优化率定，得到氮径流率率定参数；根据所述氮径流率率定参数建立氮径流率回归方程；根据所述背景氮流失量回归方程及氮径流率回归方程确定所述氮径流量回归方程。优选地，所述根据研究区模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量，包括：将所述空间分布土壤属性数据、所述空间分布气候数据输入到所述背景氮流失量回归方程中，计算所述研究区域的背景氮流失量；将所述空间分布土壤属性数据、所述空间分布气候数据及空间分布田间管理方式输入到对应的所述氮径流率回归方程中，计算所述研究区域的氮径流率；根据所述研究区域的背景氮流失量、氮径流率，采用以下计算式计算所述研究区域的氮径流量：Runoff＝RR×Nrate+R0其中，Runoff为所述研究区域的氮径流量，RR为所述研究区域的氮径流率，R0为所述研究区域的背景氮流失量，Nrate为预设的施氮强度。优选地，采用配对样本t检验，分析不同的所述田间管理方式，和所述作物类型参数的对应的氮径流率的差异。优选地，所述氮径流模型方程包括：氮径流率方程：RR＝[Σ(α·x)+a]·Nrate+[Σ(β·x)+b]；背景氮流失量方程：R0＝Σ(γ·x)+c；其中，所述RR为氮径流率，所述R0为背景氮流失量，所述α,β,γ,a,b,c均为常数项，所述x为影响氮径流量的因子，所述Nrate为施氮强度。本专利技术实施例还提供一种农田氮径流量估算装置，用于对研究区域的氮径流量进行估算，所述氮径流量估算装置包括：样本数据获取单元、回归方程建立单元、空间分布数据获取单元和计算单元；所述样本数据获取单元用于获取多条样本数据，根据多条样本数据构建模型参数优化训练样本数据集，样本数据包括土壤属性参数、多种田间管理方式、作物类型和气候数据；所述回归方程建立单元用于根据田间管理方式和/或作物类型的类别，将模型参数优化训练样本数据集划分为多个子集，根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，建立氮径流量回归方程；所述空间分布数据获取单元用于获取待估算研究区域的空间分布数据，构建研究区模型输入数据集，所述空间分布数据包括空间分布土壤属性数据、空间分布田间管理方式、作物类型和空间分布气候数据；所述计算单元用于根据研究区模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量。本专利技术实施例还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有氮径流估算程序，所述处理器用于执行上述氮径流估算程序时实现上述农田氮径流量估算方法的步骤。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述农田氮径流量估算方法的步骤。本专利技术实施例的氮径流量估算方法、装置、计算机设备及存储介质考虑了氮径流量与施氮量之间的非线性响应关系，构建了氮径流率回归方程，使得在施氮量高值和低值区域也能较为准确的核算农田氮径流量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一实施例中氮径流量估算方法的流程图；图2是采用配对样本t检验方法对氮径流率进行差异性分析的分析图；图3是本专利技术实施例中的研究区域示意图；图4是本专利技术实施例对背景氮流失量进行差异性分析的分析图；图5是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农田氮径流量估算方法，用于对大尺度研究区域的农田氮径流量进行估算，其特征在于，包括：/n获取多条样本数据，根据多条样本数据构建模型参数优化训练样本数据集，样本数据包括土壤属性参数、多种田间管理方式、作物类型和气候数据；/n根据田间管理方式和/或作物类型的类别，将模型参数优化训练样本数据集划分为多个子集，根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，建立氮径流量回归方程；/n获取待估算研究区域的空间分布数据，构建研究区模型输入数据集，所述空间分布数据包括空间分布土壤属性数据、空间分布田间管理方式、作物类型和空间分布气候数据；/n根据研究区模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量。/n

【技术特征摘要】
1.一种农田氮径流量估算方法，用于对大尺度研究区域的农田氮径流量进行估算，其特征在于，包括：
获取多条样本数据，根据多条样本数据构建模型参数优化训练样本数据集，样本数据包括土壤属性参数、多种田间管理方式、作物类型和气候数据；
根据田间管理方式和/或作物类型的类别，将模型参数优化训练样本数据集划分为多个子集，根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，建立氮径流量回归方程；
获取待估算研究区域的空间分布数据，构建研究区模型输入数据集，所述空间分布数据包括空间分布土壤属性数据、空间分布田间管理方式、作物类型和空间分布气候数据；
根据研究区模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量。


2.如权利要求1所述的农田氮径流量估算方法，其特征在于，所述根据所述田间管理方式的种类和/或所述作物类型，将所述样本数据划分为多个子集，包括：
分析不同的所述田间管理方式和/或所述作物类型对应的氮径流率和/或背景氮流失量的差异，将所述氮径流率和/或背景氮流失量的差异大于预设值的所述田间管理方式或所述作物类型作为分类变量；
根据所述分类变量，采用决策树模型将所述样本数据分为多个子集，每个子集对应所述分类变量的不同区间范围。


3.如权利要求1所述的农田氮径流量估算方法，其特征在于，所述土壤属性参数包括多种土壤属性参数，所述气候参数包括多种气候参数，所述根据划分的样本数据子集对预设的氮径流模型方程的模型参数进行优化率定，包括：
根据所述样本数据子集对所述土壤属性参数和气候参数进行共线性诊断分析和显著性分析，从中剔除共线性大于预设值，且显著性小于预设值的变量，得到各子集对应模型回归方程的自变量；
采用全局优化算法分别对所述氮径流模型方程的参数进行优化率定，得到所述氮径流量回归方程。


4.如权利要求1或3所述的农田氮径流量估算方法，其特征在于，所述采用全局优化算法分别对所述氮径流的参数进行优化率定，得到所述氮径流量回归方程，包括：
采用全局优化算法对所述样本土壤属性参数和所述样本气候参数进行优化率定，得到背景氮流失量率定参数；根据所述背景氮流失量率定参数建立背景氮流失量回归方程；
采用全局优化算法对所述样本土壤属性参数、样本气候参数及田间管理方式进行优化率定，得到氮径流率率定参数；根据所述氮径流率率定参数建立氮径流率回归方程；
根据所述背景氮流失量回归方程及氮径流率回归方程确定所述氮径流量回归方程。


5.如权利要求4所述的农田氮径流量估算方法，其特征在于，所述根据研究区模型输入数据集和氮径流量回归方程，计算待估算研究区域的农田氮径流量，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：后希康，张远，杨中文，夏瑞，马淑芹，郎涛，贾晓波，丁森，张凯，段平洲，陈焰，王璐，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11