[发明专利]一种农作物用地表面结构状况的模拟仿真方法

说明书

一种农作物用地表面结构状况的模拟仿真方法，用于根据不同的农业用地区域、农作物种植类型及农作物管理方式、同时考虑相关学科研究的具体要求，按照小尺度农田地表粗糙度特征参数及农作物用地周期性沟垄结构特征参数对农作物用地表面进行三维仿真模拟及对农作物地表结构粗糙度状况的二维剖面仿真模拟；同时，通过该方法还可以实现对农作物用地表面结构动态演化过程的生成。根据不同耕作方式下对农田地表状况随时间的动态变化规律的模拟结果，指导农民合理选择耕作方式，及时对农田表面进行修复，实现有效减少土壤结构的破坏和养分的流失，提高现有农田沟垄结构的水土、养分的保持能力和防风蚀能力，从而提高农作物的成活率，增加农作物的产量。

技术领域

本发明涉及一种农作物用地表面结构状况的模拟仿真方法。

背景技术

在农业生产中，农作物用地表面结构的形成和发展主要受到人为耕作方式的主导因素影响，同时也与土壤质地、土壤水分、风蚀过程、降水过程及沉降过程等综合自然因素密切相关；此外，农作物用地的地表径流类型与地表径流入渗过程、土壤本身的抗风蚀能力及土壤呼吸作用状况等都会对农作物表面的结构状况产生不同程度的影响。农作物用地表面结构体现在大尺度上即为农作物周期性沟垄形态的表面结构，属于定向的粗糙度形式；小尺度即为水平地表上随机形态的表面结构，属于随机的粗糙度形式。不同的耕作方式下农田地表的结构状况及其发展变化对于农作物的产量起到至关重要的作用，农田表面的粗糙度结构不同，其对光合产物的积累，排水防涝，阻风防沙，抗倒伏等功能也差异巨大。因此，精确获取表征农田地表状况的粗糙度参数，对于定量化研究及定性化描述农作物长势、合理选择农田管理方式和耕作方式、模拟农田水文过程、提高农作物遥感反演精度及土壤结构力学的研究等诸多领域的研究和应用都具有非常重要的指导和决策意义。

在农田地表状况的粗糙度测量中，根据测量方式是否需要与地表直接接触，可分为接触式测量和非接触式测量两类。接触式测量主要涉及针式测量、板式测量和链式测量几种主要类型，接触式测量方法造价低廉，使用方便，但测量区域极其有限，且测量过程受地形影响大，同时会对测量区域造成一定的破坏，拍照过程和设备的损耗也会直接影响测量的精度；相比于接触式测量方法，非接触式测量主要基于激光三角法进行扫描测量和利用干涉摄影测量技术获取的立体相对实现对地表高度的测量和粗糙度的计算，虽然精度较高，但也存在设备造价昂贵，体积重量大不便于携带，处理算法复杂等缺点，普及性较差。同时，不论接触式测量方法还是非接触式测量方法，获取的地表粗糙度都是实地测量的有限区域内的特征参数，无法对大面积农田区域的地表状况进行获取和描述。现有的对大面积区域地表状况多采用模拟仿真方法，但模拟方法也均是针对多次实际测量的粗糙度结果进行线性或非线性的空间插值方法，该方法涉及的前期工作费时费力，且仅能对研究区一种特定的地表状况进行模拟，具有很大的局限性。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种农作物用地表面结构状况的模拟仿真方法，该方法实现了对农作物管理、农作物生产以及与土壤相关的学科的定性化描述及定量化研究中所涉及到的真实农作物用地表面状况参数的模拟，提供了免耕条件下地表状况的随机粗糙度参数；提供了符合不同耕作方式及形态特点的周期性沟垄结构定向粗糙度参数；同时，本发明还能够根据粗糙度参数随时间的变化规律，模拟不同耕种方式下农田地表状况随时间的动态过程和变化规律特征，这对于农作物的长势尤其是早期农业育苗期种床准备情况的方案选择具有重要意义。利用本发明涉及模拟方法所实现的农田地表粗糙度状况的提取结果，结合种植区域的土壤质地和气象条件，可以有效指导农作物的种植类型，优化农田管理模式，提高农作物的耕作质量；根据本发明涉及方法对农田表面结构的动态变化，还可以合理选择灌溉方式，改进作物的耕作方式，提高农田防风固沙和水土保持的能力。

本发明所采用的技术如下：一种农作物用地表面结构状况的模拟仿真方法，步骤如下:

(一).小尺度农作物用地表面结构状况的模拟仿真

1.确定农田地表的模拟尺度参数，包括待模拟农田区域的长度和宽度。