Y 王1 0 7 0 1 1分类号：密级：单位代码：1 0 0 1 9学号：S 0 4 1 1 0 6，田声薯囊j 警学位论文基于GlS 技术的旱作节水农业项目管理决策模型研究、IS t u d yo ft h eG I SM o d e li nM a n a g e m e n to fw a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o rA r i dA l e a研究生：王匾明指导教师：扬丞箧副教授申请毕业门类级别：堡堂亟专业名称：地图堂盏地理信息研究方向：国土：瓷蘧值恳筐堡所截学院：信息皇皇氢王程堂院二零零六年十月摘要当今，水资源紧缺已经成为世界性的资源危机之一。我国是一个水资源相对不足的国家，干旱缺水的地区涉及到2 0 多个省区市，占全国国土总面积的5 2 。然而这些地区的耕地面积已经占到全国的6 4 其中完全没有灌溉条件的旱耕地有4 1 3 3 3 万h m 2 ，因此旱区农业从古到今一直都占有很重要的地位。特别是近年来，随着全球气候变暖和干旱程度的不断加剧，随着城市用水迅速增加，水资源不足已成为制约农业持续高效发展的重大障碍。那么如何有效的利用现有的水资源发展旱区的农业生产，已经引起了国家的高度重视。为了科学而有效的进行早区项目管理，在1 9 9 6 年7月1 日全国农业技术推广服务中心成立了旱作农业节水管理处，专门负责全国旱作节水项目的立项审查及项目实施的管理工作。如何利用计算机技术来辅助旱作农业项目的立项和实施管理，提高旱作节水项目决策的科学性，是当前旱农项目迫切需要解决的问题。为此从1 9 9 9 年开始，旱作节水农业处和中国农业大学合作，借助6 I S 技术及n e t 技术成功研发了中国旱作节水农业项目管理系统。但该系统在构建的过程中，由于时间紧迫、条件有限，只是完成了旱作农业项目管理的文字资料的处理，缺乏分析、评价和智能化审查等辅助功能，因此本论文研究重点就是探讨如何构建旱作节水农业项目立项审查和规划模型，通过选择合适的评价因子，构建评价指标体系、确定评价指标权重系数等，完成数据无量纲化处理，构造定量评价模型以实现旱作节水农业的初审和项目区的规划筛选评价，以使旱作节水农业项目管理信息系统能够为政府部门对早作农业项目的管理提供科学决策依据。关键词：旱作农业管理，地理信息系统( G I s ) ，决策支持，评价因子，权重A b s t r a c tN o w a d a y s , t h ew a t e rr e s o u r c ei ns h o r ts u p p l yh a sa l r e a d yb e c o m eo n eo ft h ew o r l dg e s o u r o 。c r i s e s O u rc o u n t r yi st h er e l a t i v e l yi n s u f f i c i e n tc o u n t r yo faw a t e rr e s o u r c e 1 1 * a r i da r e a st h a ta g es h o r to f w a t e ri n v o l v em o r et h a n2 0p r o v i n c e - g o v e r n e dm u n i c i p a l i t i e s ，a n da c c o u n tf o r5 2 o ft h ew h o l ea r e a o f n a t i o n a l t e r r i t o r y B u t t h ec u l t i v a t e da r e ao f t h e s e a r e j l $ a c P ：o u n t s f o r 6 4 o f t h e w h o l ec o u n t r y ，a m o n gw h i c ht h el a n dh a v i n gn Oc o n d i t i o nf o ri r r i g a t i n ga ta l lh a s4 1 ，3 3 3 , 0 0 0 h m z S ot h ew a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ah a st h ei m p o r t a n tp l a c ei na l la g e s E s p e c i a l l yi nr e c e n ty e a r s , w i t ht h eg l o b a lc o n s t a n ta g g r a v a t i o no fd e g r e ew a r m l ya n da r i d l y , a st h ec i t yr u n su pw i t hw a t e r , t h ew a t e rr e S O u r c ei n s u f f i c i e n t l yh a sb e c o m et h eg r e a to b s t a c l eo fr e s t r i c t i n ga g r i c u l t u r e sl a s t i n gh i g h - e f f i c i e n td e v e l o p m e n t S oh o wt ou s ew a t e rr e S O U r c ee f ：f i c i e n d yt od e v e l o pa g r i c u l t u r a lp r o d u c e sh a sg o tt h en a t i o n a la t t e n t i o n F o rm a n a g i n gt h ew a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ap r o j e c t se f f i c i e n t l y , t h eD e p a r t m e n tf o rm a n a g i n gw a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ap r o j e c t sw a sf o u n d e db yt h eS e r v i c eC e n t e rf o rC o u n t r y w i d eA g r i c u l t u r a lt e c h n o l o g yo n1 。7 , 1 9 9 6 ,w h i c hp r e s i d e so v e rm a n a g i n go fw a t e r - s a v i n gf a n n i n gf o r a r i da r e ap r o j e c t s c h e c k i n ga n di m p l e m e n t H o wt om a k eu s co fc o m p u t e rt e c h n i q u et oa s s i s te s t a b f i s h m e n ta n di m p l e m e n to fp r o j e c t sa n dt oa d v a n c er a t i o n a l i l yi st h ee x i g e n tq u e s t i o nm n s lt ob er e s o l v e df o rw a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ap r o j e c tS of r o m1 9 9 6A g r i c u l t u r eD e p a r l m e n to f w a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ah a sc o o p e r a t e dw i t hC A U ，a n dd e v e l o p e dt h em a n a g es y s t e mf o rC h i n aw a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ap r o j e c t sb yG I Sa n d n e t s u c c e s s f u l l y B u t o na c c o u n t o f t i m e s p r e s s u r e a n d c o n d i t i o n s l i m i t , i t h a s b e e n d o n e t h a t t h em a n a g e m e n to fc h a r a c t e ri n f o r m a t i o n , l a c k i n gs o 武a c c e s s o r i a lf u n c t i o n ss u c ha sa n a l y s i s , e s t i m a t ea n di n t e H i g e n tc h e c k i n g S ot h ee m p h a s i so ft h ep a p e ri st or e s e a r c hh o wt od e s i g nt h em o d e lo fw a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ap r o j e c t s e s t a b l i s h m e n ta n dp r o g r a m m i n g B yc h o o s i n gf e a tg e n e sf o re s t i m a t et od e s i g ns y s t e mo fe s t i m a t e di n d e x , c o n f i i mt h em o d u l u so fe s t i m a t e di n d e xe t e , a n dc o m p l e t et h en o nd i m e n s i o nm a n a g e m e n t ，a n dd e s i g ne s t i m a t e dm o d e lf o rf i x e dq u a n t i f yt oi m p l e m e n tt h ef i r s tc h e c k i n go fp r o j e c t sa n dp r o g r a m m i n ge s t i m a t ea b o u tp r o j e c ta r e a s , a n df i n a l l yt om a k et h em a n a g ei n f o r m a t i o ns y s t e mt oo f f e rt h eb a s i st om a k es c i e n t i f i cd e c i s i o n sf o rw a t e r - s a v i n gf a r m i n gf o ra r i da r e ap r o i e c t st og o v e r n m e n ta n de n t e r p r i s e K e y w u r d s ：M a n a g e m e n to fw a t e r - s a v i n gf a m 血gf o ra r i da r e a ，G 1 S ，D e c i s i o nS y s t e m ，S p a t i a lA n a l y s i s ，E f f e c tE v a I u t i o n独创性声明本人声明所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：王丽调时间：7 卵0 年J 1 月硒_ 臼关于论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名：王丽砥时间：切口6 年l f 月纩日导师签名：时间：h 酊年f f 月疗日中国农业大学硕士学位论文第一幸绪论1 1 研究背景第一章绪论当今，水资源紧缺已经成为世界性的资源危机之一我国是一个水资源相对不足的国家，干早缺水的地区涉及到2 0 多个省区市，占全国国土总面积的5 2 。然而这些地区的耕地面积已经占到全国的6 4 。其中完全没有灌溉条件的旱耕地有4 1 3 3 3 万h m 2 因此旱区农业从古到今一直都占有很重要的地位。特别是近年来，随着全球气候变暖和干旱程度的不断加剧，随着城市用水迅速增加，水资源不足已成为制约农业持续高效发展的重大障碍我国是典型的贫水国家和农业大国，水土资源的配置不合理和降水资源的时空分布的不均匀，使得天然降水少的地区造成了诸如旱灾、耕地盐渍化等问题，给农业生产带来了严重危害的同时也给国家农业经济造成了巨大的损失。那么如何有效的利用现有的水资源发展旱区的农业生产，已经引起了国家的高度重视、如何科学而有效的进行旱区农业项目的管理也已经成为迫切需要解决的问题“1 1 9 9 6 年，在国家计委的支持下，农业部安排投资5 0 0 万元，启动了国家级旱作节水农业示范县的建设。截至目前。已累计安排中央投资1 4 6 亿元，地方配套投资2 亿多元。分四批建设了2 0 0 多个旱作节水农业示范县。同时也为了加强对旱作节水农业的建设工作的宏观指导，提高旱作节水农业项目的科学管理与决策水平，国家发展计划司于2 0 0 3 年2 月2 6 日正式成立了。早作节水农业项目专家组”1 随着国家对旱作节水农业的重视，当前国家也将进一步加大旱作节水农业项目建设，加大了单个项目的建设规模。这对旱作节水农业项目的争取和管理工作提出了新的要求，必须要加强旱作节水农业工作的系统性，科学性和前瞻性。随着信息技术的发展，地理信息系统( G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m ，简称G I S ) 已经成为- - f 3 单独的、成熟的技术。它以计算机为基础的新兴技术，主要用于存储和处理并分析管理地理空间分布有关的海量数据。2 0 世纪8 0 年代我国开展了G I S 的研究和实验性的应用。进入9 0 年代后，包括农业在内的很多行业开始了实质性的应用和开发”。本论文依托的就是农业部全国农业技术服务推广中心的科研项目一中国旱作节水农业项目管理决策支持系统的研发。这个系统已经完成了一期和二期的分析和设计，能够对全国旱作农业节水动态发展的各类信息进行输入、存储、查询、检索并为各级有关部门的投资决策和技术咨询提供自动化的管理和服务。但系统中还存在许多不足的地方。比如如何针对早作农业项目地理空间信息，利用G I S 技术辅助项目的审批和规划是我们这一阶段需要迫切解决的问题。本论文就是要探讨如何使得早作节水农业项目的工作更加自动化、信息化。即应用地理信息系统辅助早作节水农业项目审批和规划工作，使旱作节水农业项目的审批工作更加科学化、规范化，提高节水项目管理工作的工作效率。在其他的行业中将G I S 应用于政府部门的辅助决策已经有很长时间，并取得了许多有效成果。事实证明6 I S 辅助决策具有决策依据科学、信息资源全面、决策稍度高等优点。旱作农业的主要考察要素降雨量、土壤类型，土壤墒情、干燥度、积温、种植业布局等具有较强的地域特点，并且项目区高程、坡度、坡向等基础地理要素对项中国农业大学硕士学位论文第一章绪论I I目区的规划及节水措施影响较强，建立基于G I S 的适应性评价模型、分析模型，从而更准确的规划出适宜作旱作节永农业项目的区域，辅助早作农业项目初审。是实现科学、高效旱作节水农业项目管理的有效方法。本文就是在这样的背景下，应用G I S 技术，结合旱作农业管理中的特点，对旱作农业管理决策支持模型中的关键问题做了相应的探讨和研究1 2 研究意义当今，由于世界性水资源和能源的紧张，如何有效地利用现有水资源发展旱区的农业生产，已经引起许多国家的高度重视，并在一些国家和地区取得了成功的经验由于我国是典型的缺水大国，因此我国劳动人民在同干旱做斗争的过程中也积累了相当丰富的经验。建国以来，特别是。六五”以来的科技攻关，也产生了许多新的成果。1 9 9 6 年农业部将旱作农业技术列为。九五”期间十大推广技术之一，并启动了全国旱作农业技术示范县建设项目。同时，农业部还拨出专款进行旱作农业信息系统的建设，引导旱作农业项目和技术管理走向信息化，科学化的道路。农业部大力支持早作农业项目和技术管理的信息化，投入大量的人力、物力和财力，历经9 年的努力，取得了丰硕的成果。早作节水农业管理信息系统，中国节水农业信息网、旱作农业决策支持系统等一批信息系统相继竣工，并在实际应用中取得了良好的效果。在此系统的基础上，快速科学的审批新申报的旱作农业区、对旱作农业区的信息进行加工和提取、对项目区规划以及项目评估等相关的信息建立模型，提高项目管理的技术水平，实现早作节水农业项目自动化管理功能，帮助职能部门进行科学管理和决策是今后旱作节水农业项目管理的重心。随着信息技术的飞速发展，新技术的不断涌现和成熟，特别是计算机技术和3 S技术的发展，使得利用计算机和3 s 技术进行辅助决策的需求日益突出”，原有的早作节水农业项目管理决策支持系统已经满足不了旱作节水农业项目和技术管理的新形势。原有的系统暴露出许多问题和不足。因此本论文的研究意义有以下几点：由于各个地区上报的项目较多，但是在管理人员比较缺少的情况下，进行科学而准确的项目审查存在很大困难。本研究就是通过计算机辅助管理来增加管理工作的科学性与准确性，提高管理工作的效率。由于每个项目是人工审查，审查的要素很难考虑周全，如地形地貌因素，特别是针对“退耕还林、还草”的政策，人工审查很难精确判读。本研究通过建立审批模型，可以比较精确的对审查每个要素。计算机辅助管理，增加了项目审查的透明度，有利于提高项目审查的公正性、合理性。在项目区的规划方面，影响项目区的因素有很多，但以往的规划单纯的考虑项目区的土壤、气候因素，缺少科学性，因此本研究主要增加了地形地貌因素，增强了对旱作节水农业项目区筛选的科学性、准确性。本研究主要从旱作节水农业项目管理的角度出发，对旱作节水农业项目进行规划。对该区农业项目的建设布局、农业技术模式、建设标准都提供了基础参数和估算依据。发展旱作节水农业，坚持以十五届三中全会决定为指导，以全国生态环境建设规划为依据，确定旱作节水农业重点开发带在重点开发带中，选择建立旱作节水农业典型示范基地，建立合理的旱作节水2中国农业大学硕士学位论文第一章绪论农业发展结构，努力促进旱区有限水资源的可持续利用，并进而促进农业生态环境的整体改善，实现生态，经济和社会效益相统一。本文研究的重点就是探讨如何将基于G S 的评价模型更好的应用到旱作节水农业项目管理中，实现早作节水农业项目管理智能化审查和项目区的规划。I 3 研究目标与研究内容本论文除了把农业部的早作节水农业项目管理系统做了进一步的完善之外，根据旱作农业节水项目的特点并结合项目管理的方法，主要研究旱作节水农业项目管理中的审批模型和规划模型的建立，并利用模型辅助项目管理人员对旱作节水项目区进行更好的审批和规划，进而辅助管理人员进行科学的管理。早作节水农业项目区的审批模型的建立项目区的审批是通过应用审批模型对全国范围内上报的早作节水农业示范基地进行审查，以此来判断此地区是否适宜做旱作节水农业项副基。目前审批过程中主要依据当地的积温、降雨量、干燥度、土壤墒情、土壤类型等因素来审批旱作节水农业项目区。用这些参数与相关技术模型的参数进行匹配，从而判断当前区域适宜的节水技术类别。本项目研究，试图在原早作节水农业项目管理考虑的因素基础上，加上地形地貌如坡度和坡向以及海拔等因素，结合G I S技术分析全国以县界为单元的地理空问区域的旱作节水农业项目区的适宜性。旱作节水农业项目区规划模型的建立项目区的规划则是作为在全国范围内选择旱作节水农业示范基地的依据。在建立模型的过程中。首先确定评价因子，进而建立评价模型，由于该评价涉及的园子数较多。所以本论文把层次分析模型和专家打分模型结合起来应用这样就可以对项目区的规划做出科学而合理的决策。3中国农业大学硕士学位论文第二章相关研究综述第二章相关研究综述2 1 地理信息系统技术概述G I S 是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件支持下对地理空间数据进行采集、存储、管理、分析和描述的空间信息系统。G I S 的特点是具有强大的空间数据处理和对现实世界的模拟能力，并能在空间要素的叠置过程中产生与这些要素相关的新信息，为用户决策服务。G I S 技术作为存储、分析、处理和表达空间信息的计算机软件平台，技术上已成熟。它为土地资源的管理和规划提供了一个革命性工具。随着计算机技术、多媒体技术的迅速发展，G I S 应用的领域将会更加广泛。现在把G I S 应用到农业项目管理领域的文章很多如把G I S 应用到农业生态地质调查的应用中；把G I S 应用到区域地下水资源管理中，通过调出区域内的水文，气象，地质，地下水动态及水质监测资料，模型结果等，节省了工作时间，提高了工作效率。G I S 技术在精确农业中主要用于建立农田土壤数据、自然条件、作物长势、病虫草害情况，作物产量空间分布等空间数据库和及其地理统计等，为产量差异性分析和实施调控提供信息，作出综合判断，进而生成G I s 图层。在通常情况下，把G I s 与作物长势预测模拟模型、投入产出分析模拟模型和智能化农作专家系统连在一起，通过决策者的参与，可以从历年的产量图分析看出田问产量变异情况，这样就可以通过产量图与其他相关的因素图层进行比较分析，找出影响产量的主要限制性因素，在此基础可以制定出该田块的优化管理信息系统，通过G I S 图层和M I s 等相结合，综合考虑社会经济信息，作出投入和产出计算，提出实施计划。同时把当前各项管理措施又作为一个新的G I S 图层储存起来，用于下一季作物管理的决策参考再如运用G I S 技术进行土地资源信息系统的研究是对土地资源进行有效管理实现数据查询检索、分析评价，为合理开发、利用、整治和规划土地资源提供科学决策的依据。国际土壤参比中心( I S R I C ) 的专家在国际土壤学会和联合国环境署的支持下，依照G I S 技术创建了“土壤与地体数字化数据库”( S O T E R ) 的方法论，依据地形图、岩性图、土壤图等要素构造s o m R 特性单元图，以此作为各种土壤一土地属性赋值的基本空间框架，建立起了s c r r 2 E R 属性数据库，用于对土地适宜性、土地退化以及土壤肥力、土地生产潜力的调查与评价等，成为土壤与土地可持续利用研究方法的一个热点。福建省土地资源信息系统建立了数学模型子系统及土地生产潜力和适宜性评价两个应用模型。该系统把土地与其他自然资源要素联系起来分析土地资源信息，根据可持续利用原则。解决土地资源粮食生产潜力与人口需求之问的平衡关系，以及土地利用现状与土地适宜性之间的协调关系，这些新的信息和成果为土地资源的可持续利用提供了有利的依据，并打下了良好的基础。总之，G I S 不仅可以实现资源信息的高效管理，而且能生成常规方法无法获得的信息，提高分析的准确性和灵活性，有效实现对土地资源各项因素的综合分析与动态监测、模式评价与辅助决策，具有巨大的应用潜力。4中国农业大学硕士学位论文第= 章相关研究综述2 1 1 空间分析空间分析是研究物体的空间位置关系的一门科学，是对分析空间数据有关技术的统称，包括空间物体的数据特性，位置关系、分布情况以及空间形态，其目的是提取空间信息。随着计算机技术的不断发展，运用计算机技术模拟现实世界，对现实世界进行存储、分析、运用，已成为多个学科领域首要研究的方向和发展的目标。自有地图以来，人们就始终在自觉或不自觉地进行着各种类型的空间分析。如在地图上量测地理要素之间的距离、方位、面积，乃至利用地图进行战术研究和战略决策等，都是利用地图进行空间分析的实例。地理信息系统集成了多学科的最新技术，如关系数据库管理、高效图形算法、插值、区划和网络分析，为空间分析提供了强大的工具，使得过去复杂困难的高级空间分析任务变得简单易行。目前绝大多数地理信息系统软件都有空间分析功能。空间分析早已成为地理信息系统的核心内容之一，它特有的对地理信息提取，表现和传输功能，是地理信息系统区剐于一般信息系统的主要功能特征。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，以实现辅助决策的目的。2 1 2 坡度、坡向分析坡度坡向是一种描述地形表面特征的重要变量。坡度是指表示地表面在某点的倾斜程度的一个量，它是矢量坡度矢量从数学上讲，其模等于地表曲面函数在该点的切平面与水平面的夹角的正切，其方向等于在该切平面上沿最大倾斜方向的某一矢量在水平面上的投影方向，亦即坡向。在军事地形分析中，坡度坡向是影响武器性能、部队机动、阵地设置的重要因素。基于D E Y 进行的坡度坡向计算方法较多，其精度与计算效率各不相同，在此列举一种方法：如图1 所示，计算任意一点e 的坡度( T ) ，可采用公式2 1 的算法：r = t a n - 1 疗+ f ；( 公式2 - 1 )t l = ，。l 一口2 L ，t 2 = ( e 4 一口2 L( e l 为格网点的高程，L 为格网间距) 。坡向( A ) 的计算方法如公式2 - 2 ：互n5( 公式2 - 2 )中胃农业大学硕士学位论文第二章相关研究综述如晚窖旬已e ，P le 4e ，图2 _ D E N 格罔8 个邻域2 2 地理信息技术应用概述在农业项目管理中，南京农业大学初步建立了基于作物模型的农田水分管理决策支持系统( D S s n f M ) “1 ，着重阐述了系统的实现原理，包括系统的结构和功能、系统管理决策且标的确立和水分管理决策的机制。此系统的完成支持和加强用户对农田水分管理的策略分析和判断效率。把模型和决策支持系统相结合，以作物生长模型为核心，结合系统优化原理、节水灌溉理论和计算机技术，与基于作物水分生产函数的优化灌溉管理模型和农田水分管理专家系统相比显示出较强的机理性，解释性、预测性、广适性。河海大学水利水电学院的农田灌溉决策支持系统是基于农田灌溉用水管理的复杂性和实时性，结合江苏省锡山市安镇农田灌溉管理的具体情况研制的。系统根据采集的土壤墒情、作物旱情、水源水情等信息，进行计算、分析，决策，作出灌溉预报，确定精确的灌溉时间和最佳灌溉水量，利用决策结果对灌溉设备进行自动控制与监测，从而达到高效、节水的目的从以上农业项目管理的经验来看，都是制定决策目标，建立相应的模型，把模型的决策支持系统相结合，结合自身项目的特点，进行计算、分析、决策，对整个项目管理提供科学的决策手段和方法。2 3 农业规划决策支持在农业规划决策支持方面，我们以作物布局，资源分配为例。首先建立作物环境资源的空间数据库，并利用遥感实时动态监测得到的数据和全球定位系统的实时定位对空间数据库不断进行更新。3 S 技术与作物布局和资源分配模型结合，为灌区规划资源分配提供有关的作物环境资源数据。作物布局分析模型利用地理信息系统的空间数据运算功能、拓扑功能和图示功能，对不同区域作物适宜性、作物配置、产量潜力和效益进行分析并将结果用直观的地图形式输出，为作物区划、种植制度规划和灌溉计划等决策服务田1 如图2 - 2 所示。本论文也正是利用3 S技术实现早区规划和初审，同样结合评价模型，为规划、初审提供决策支持。6中国农业大学硕士学位论文第二章相关研究综述图2 - 23 S 与作物布局、资源分配模型的结合示意图2 4G I S 在项目管理决策中的应用概述目前国内在早作农业项目管理决策方面的应用有以下几个典型的事例。中国科学院研究生院的孙钊和国家林业局调查规划研究院的陈君帜合作完成的基于G I S的旱作节水农业项目管理系统的设计与实现“”。这个研究主要是以早作节水农业项目管理工作的特点和要求为出发点，设计了一套基于G I S 技术的早作节水农业项目管理的技术方案，另外根据基于G I S 技术的早作节水农业项目管理的思想，研发了旱作节水农业项目管理系统。重点实现了早作节水农业项目的自动化管理和G I S 数据与属性数据的一体化管理，提高了旱作农业项目管理的效率和准确性。本研究中也存在了一些需要解决的问题，比如本研究只对二维数据做了研究，没有做三维分析。对于众多的地形属性如绝对高程、相对高程、平均密度、等高线、坡度、坡向等这些早区的三维信息对项目管理中项目区的规划，节水地点的选择，适宜性评价都具有非常重要的意义。本论文正是对这些问题的探讨和研究。河北省水利研究院苗慧英完成的河北节水农业决策支持系统研究与开发。这个项目主要研究河北省节水农业信息管理数据库、灌溉水的优化调度管理模型及节水农业分区，并应用现代计算机技术、模型技术及系统优化技术，结合节水灌溉原理，灌溉技术方法等方面的内容开发设计了节水农业决策支持系统软件1 。2 5G l s 在农业地适宜性评价中的应用概述早在1 9 6 1 年F R 吉本斯就明确指出：“对土地不能简单地按从最好至最差的尺度7中国农业大学硕士学位论文第二章相关研究综述上进行分等，而不考虑到它的利用方式”。F A O 经过多次讨论和大量实践后，于1 9 7 6 年颁布了 只只，Y 8 0 0 0地貌类型平原冲积扇平原山地台地湖泊低河漫滩黄土粱峁4 3 4 旱区规划评价模型的建立考虑到筛选旱作节水农业区涉及到多个评价因子，因此我们选用层次分析和专家打分模型进行评价。其数学表达式如公式4 - 1 所示：1 8中国农业大学硕士学位论文第四章旱作节水决策模型的建立q 。善善雌_ gc 馘4 - 1 )式中缘示适宜度分值，M 表示各评价因子的权重值，表示各评价因子中的不同范围因子的权重值，g 为每个评价因子的得分情况。如下所示：目标层适宜评价分析准则层气象条件指标层降雨量干燥度积温舨一件纛型人为活动+ 土地衬用方式图4 - I 旱区节水规划模型的层次分析图根据这个模型，就可以对全国所有县的适宜情况做一个分析和筛选。这里面就涉及到了以上所提到的5 个因子中每个因子对应的不同范围的权重。利用这个公式，我对全国所有县的数据进行了全部处理。得到了全国所有县的总分值有个这个基础，现在我们来对数据进行分析。对所有的数据划分等级。从而确定适宜度的程度在这里我们估且把适宜度划分为四个等级，分别是最适宜区，较适宜区，次适宜区，不适宜区。根据以上我们所计算出来的县的得分情况，我们可以计算出适宜度的范围。下面来叙述如何对这些数据进行划分。4 3 5 旱区规划评价等级的划分利用上述模型我们把全国所有县的分值全部计算了出来。从以上数据处理得到的结果可以看出来得分最高县的分值为1 6 5 0 3 ，最低得分为3 6 2 为了计算出范围，我们采取的方法是用x 轴表示每一个分值。Y 轴表示这一个分值代表的县的个数。然后描点画图，再根据不同的分值所对应的面积相等的原则确定出来等级的划分。我们把早区划分为四个等级。分别是最适宜区( - 。级) 较适宜区( 二级) 次适宜区( 三级网不适宜区( 四级) 。划分结果如下表4 - 1 5 所示：表4 - 1 5 适宜区划分结果划分结果最适宜区( 四级)较适宜区( 三级)次适宜区( - - 级)不适宜区( 一级)中国农业大学硕士学位论文第四章旱作节水决策模型的建立适宜值范围3 6 2 s A 4 1 5 64 1 5 5 S A 5 7 0 65 7 0 6 s A 8 4 0 38 4 0 3 墨A 1 6 5 0 3根据以上模型就可以判断全国各个县的早区规划情况。从而为我们做旱作节水农业项目区的规划提供一个科学而有效的辅助手段4 4 旱作节水农业项目初审模型4 4 1 早作节水农业项目初审指标的选择在旱作节水农业项目的初步审查中，我们考虑的因素主要是申报单位所申报的项目区的坡度I 、坡向、干燥度、降雨量、地貌类型、海拔因为这几项对项目区的建设有非常重要的影响。首先第一步审查过程中，如果坡度大于2 5 度，则项目一定是不适宜做旱作节水区。因为坡度是描述地形地貌的重要参数。在农业开发利用中，坡度大于2 5 度的土地一般认为是不宜开发的。因此可以否决坡度大于2 5 度的不适宜旱农的地区。土地利用要按不同高度和坡度进行旱区的选择，坡度平缓地段可垦为耕地，种植粮食和饲料作物；坡度1 0 度到1 5 度的应以园地为主，发展茶果等经济作物；坡度2 5 度以上的全部退耕还林还草，采取人工造林措施恢复植被。因此在旱作农业节水项目管理决策审批过程中应根据坡度大小提出什么地区适宜作为旱作节水区的建议。坡向是地面接受日照、风吹、雨水冲刷的重要因素。可分为平坦、东、西、南、北，或平坦，东、西，南、北、东北、西北、东南、西南等不同的等级。在坡度为3 。至4 。的缓坡丘陵上，土壤水分以阳坡( 南坡) 为最高，阴坡( 北坡) 次之，顶部最低。不同部位因贮水量不同造成植物生物量存在差异，顶部的生物量小于南北坡的生物量。同时发现，不同部位土壤中有干土层出现，不同季节干层深浅不同。4 4 2 初审模型的建立同样对于初审模型的建立，由于也是涉及到多个评价因子，所以我们同样采取层次分析法和专家打分模型来实现。如公式4 - 2 =兄一Z K 为g( 公式4 2 )l 。J 。1式中E 表示适宜度分值，K 表示各评价因子的权重值，置，表示各评价因子中的不同范围因子的权重值，g 为每个评价因子的得分情况。模型的评价和项目区规划的评价是一样的，只是在初审过程中加了坡度和坡向两个重要的评价因子。同时我们还应该把人文因素，自然条件因素如旱作区离水源的远近程度等考虑进去。对于坡向来说我们可以把不同的坡向也给于不同的等级分值在计算模型的过程中把坡向这个因子考虑进去就可以了。坡向的等级分值如下表4 1 6 所示规定表4 - 1 6 坡向等级划分同样运用以上的公式把某一项目的得分求出来。根据同样的方法判断该项目是否适宜做旱作节水农业项目区，以此判断是否通过初审。由于条件的限制，我们这里暂时没有上报的项目的情况。以上这个模型可以为今后上报的每一个项目进行初步审查，以此确定这个地区是不是能够做为旱作节水区中国农业大学硕士学位论文第五章模型应用实例第五章模型应用实例在上一章中，我们已经对如何构建一个科学的筛选模型做出了详细的分析。下面就是某个地区的坡度，坡向分析实例图。5 1 筛选模型应用实例5 1 1 坡度分析实例坡度是描述地形地貌的重要参数。在农业开发利用中，坡度大于2 5 度的土地一般认为是不宣开发的。因此通过坡度分析可以否决坡度大于2 5 度的不适宜旱农的地区。我们通过对坡度图层进行栅格重分类，就可以首先否决坡度大于2 5 度的不适宜地区2 5 度以下的地区还可以分为几个等级，在上面的评价模型中我们已经做过介绍。因此我们同样可以提取出不同等级的坡度图。从而为更好的进行旱作节水区的规划，早区的节水模式、建设布局等提供辅助决策的手段。坡度分析非常适宜对上报的旱作节水项目区进行审查。因此在旱作农业节水项目管理决策审批过程中我们就可以根据坡度大小提出这个地区是否适宜作为旱作节水项目区。下面我们以邯郸的等高线图为例在h r c V i e w 中运用坡度分析显示出适合的坡度和坡向，从而为上报的项目进行初审提供一个更简便的，科学的依据。中国农业大学硕七学位论文第五章模型戍用实例图5 1 原某县等高线图中国农业大学硕士学位论文第五章模型应用实例图5 _ 2T I N 模型图图5 _ 3 生成眭- 囝中国农业大学硕士学位论文第五章模型应用实例图5 - 4 坡度分析结果图中国农业大学硕士学位论文第五章模型应用实例5 2 2 坡向分析实例图5 - 5 提取坡度为衢度以下的耕地图坡向是地面接受日照、风吹、雨水冲刷的重要因素。坡向分析图将坡面的朝向用不同的色调表示，可分为平坦、东、西、南、北，或平坦、东、西，南、北、东北、西北，东南、西南等不同的等级。在坡度为3 。至4 。的缓坡丘陵上，土壤水分以阳坡( 南坡) 为最低，阴坡( 北坡)次之，顶部最高。不同部位因贮水量不同造成植物生物量存在差异，顶部的生物量小于南北坡的生物量。同时发现，不同部位土壤中有干土层出现。不同季节干层深浅不同。利用G I S 坡向分析可为旱作农业规划区的种植种类选择提供依据。中国农业大学硕士学位论文第五章模型麻用实例固5 q 坡向分析图以上是对坡度坡向单独进行分析，但是在实际的项目审查过程中，我们要同时把坡度坡向两个因素考虑进去。图5 8 是提取坡度为2 到6 度，并把坡向分析图层叠加进去得到的图。图5 - 7 坡度坡向综合分析图中国农业大学硕士学位论文第六章结论与展埕量曼量鼍曼鼍曼皇皇曼曼曼曼皇曼穹皇曼曼曼曼皇皇曼曼曼曼皇曼曼鲁曼鼍曼曼曼皇皇量曼曼皇I 曼皇皇曼曼曼曼曼皇曼皇苎! 曼皇曼曼曼曼曼詈舅曼毫曼曼鲁6 1 研究结论第六章结论与展望1 针对旱农项目管理的实际需求，本研究尝试解决了旱作节水农业项目管理信息系统中的关键技术问题：旱作节水农业项目初审模型和规划模型2本研究表明，应用G I S 技术辅助旱作节水农业项目的审批和规划工作，对于规范项目审批工作，提高节水农业项目管理的效率是可行的。3 事实证明G I S 辅助决策具有决策依据科学、信息资源全面、决策精度高等优点6 2 研究展望在系统及本文的完成过程中，由于受时间、技术和需求等多方面的限制，还需要在以后的研究工作中，主要对以下的问题做进一步的讨论和研究：( 1 ) 关于早耕地评价指标体系的建立土地资源开发利用是否充分合理，一方面决定了早作农业地区如何更好的实施节水技术，另一方面对于旱区粮食的生产和丰收也有直接的影响。不同地区，指标的选取、指标阈值也不_ 样。因此，根据不同地区的不同特点以及存在的不同自然条件以及人文因素问题，可适当调整某些评价指标和评价标准，避免遗漏对某些地区来说是比较重要的指标，或者选择了不重要的指标而增加工作量且掩盖重要指标的影响作用。但是早地资源宜耕评价指标体系建立的共同原则是：保证旱作农业项目地区的水量能得到最大程度的利用，同时通过评价能指导早作节水农业项目区的节水技术的实施。( 2 ) 将遥感( I i S ) 技术应用到旱作节水农业项目管理与决策系统”本课题主要研究了如何将G I S 等信息技术融入到旱作节水农业项目管理工作中；因此，本课题只研究了空间数据如何使用在旱作节水农业项目管理工作中。今后对早作节水农业项目的要求的提高，单一的G I S 地理空间图形还不能完全满足“直观”管理项目的需要，遥感是一种非接触地快速、大面积观测地物状态的现代化手段。随着遥感影像数据价格的降低，R S 技术应用到早作节水农业项且管理与决策系统中来将会提高早作节水农业项目管理实时性，遥感影像不仅能为早作节水农业项目的规划提供直观的信息资料，更为监督项目实施的进度、实施质量和效果，社绝瞒报、多报现象提供了很好的辅助工具。中国农业大学硕士学位论文参考文献参考文献 1 彭世琪，朱德海，张晓东中国早作节水农业项目管理决策支持系统的设计农业工程报，2 0 0 3 ，1 9 ( 6 ) ：7 7 3 2 焦险峰，徐刚，彭世琪中国旱作节水农业管理信息系统农业工程学报，2 0 0 0 ，1 6 ( 5 ) ：4 8 - 5 1 3 盖艾鸿，李纯斌，杨昌裕基于G I S 的节水农业支持系统建立初探遥感技术与应用，2 0 0 4 ，1 9 ( 5 ) ：3 9 2 3 9 5 4 康世瀛，康珉，文化一i n t e r n e t 网上早地农业土壤灌溉和需水管理决策支持系统中国管理学，2 0 0 2 ，1 0 ( 3 ) ：6 8 7 2 5 姜长云中国节水农业：现状与发展方向农业经济问题，2 0 0 1 ，1 9 6 张正栋中国农业高效节水技术体系及其展望农业现代化研究，2 0 0 1 ，2 1 ( 1 ) ：4 l 一4 4 7 朱艳，胡继超，曹卫星，基于作物模型的农田水分管理决策支持系统研究水土保持学报，2 0 0 5 ，1 9 ( 2 ) ：1 6 1 1 6 2 1 8 夏继红。严忠民农田灌溉决策支持系统的设计与实现中国农村水利水电，2 0 0 1 ，8 ：1 0 - 1 2 9 薛志士，罗其友，宫连英，陶陶节水农业宏观决策基础研究 1 0 陈莹，陈勇，刘昌明节水型社会评价研究资源科学，2 0 0 4 。2 0 ( 6 ) ：8 3 - 8 9 “】高峰，雷声隆，庞鸿宾节水灌溉工程模糊神经网络综合评价模型研究2 0 0 3 ，1 9 ( 7 ) ：8 4 埔7 1 2 苗慧英，李素丽河北省节水农业决策支持系统研究与开发河北水利科技，2 0 0 2 ，2 2( 2 ) ：1 - 5 1 3 孙钊，陈君帜基于G I S 的早作节水农业项目管理系统设计与实现微电子学与计算机，2 0 0 5 ，2 2 ( 5 ) ：1 1 7 1 2 3 1 4 武强，陈萍，董东林，李树文，陈佩佩基于G I S 技术的农业土地适宜性综合评价中国矿业大学学报，2 0 0 2 。4 4 4 7 1 5 李国安因子分析法在土地整理后效益分析与评价中的应用宁波大学学报，2 0 0 5 ，1 8( 1 ) ：2 l 2 3 1 6 唐嘉平，刘钊基于G I S 的特色经济作物种植适宜性评价系统农业系统科学与综合研究。2 0 0 2 ，1 8 ( 1 ) ：9 - 1 2 1 7 周勇基于G I S 的耕地定级方法及其应用长江流域资源与环境，2 0 0 5 ，1 4 ( 3 ) ：3 4 2 - 3 4 6 1 8 毛峰，沈小华等A r e G I S 8 开发与实践北京：科学出版社，2 0 0 2 1 9 薛华成管理信息系统清华大学出版社1 9 9 3 3 2 0 熊范纶农业专家系统及开发工具清华大学出版社1 9 9 2 。2 2 1 严泰来，张荣群数字高程模型D E M 的建立及应用计算机与农业，2 0 0 0 63 1中国农业大学硕士学位论文参考文献 2 2 雷波，姜文来，节水农业综合效益评价研究进展灌溉捧水学报，2 0 0 4 ，2 3 ( 3 ) 6 5 娟9 2 3 】刘维峰农业节水决策支持系统 盯决策与决策支持系统。1 9 9 6 ，6 ( 2 ) ：3 1 - 3 6 2 4 罗金耀节水灌溉技术指标与综合评价理论及应用研究 D 武汉：武汉水利电力大学，1 9 9 8 2 5 王龙昌，王立祥，贾志宽，冯金侠，旱作农区应变型种植制度决策系统的建立及效益作物学报。2 0 0 3 ，2 9 ( 4 ) ：5 5 7 5 6 1【2 6 倪绍祥，土地类型与土地评价概论 M 北京：高等教育出版社，1 9 9 9 ：1 7 0 1 7 2 2 7 王桂芝，基于G I S 的三亚市热作土地适宜性评价模型的建立【J 测绘信息与工程1 1 9 9 7 ( 2 ) ：2 3 以8 l 2 8 史清华，姚建民农用土地适宜性评价方法及实践 J 资源开发与市场，1 9 9 4 ，1 0 ( 6 ) ：2 4 9 2 5 1 2 9 崔功豪，魏清泉，陈宗兴区域分析与规划 M 北京：高等教育出版社，1 9 9 9 ，2 4 5 - 2 6 3 3 0 J 张成才，马双梅，孙喜梅基于D E M 模型的流域参数识别方法研究灌溉排水，2 0 0 2 ，2 1( 1 ) ：3 4 - 3 5 3 1 胡俊鹏，孙平阳，黄天柱陕西旱作节水农业制约因素及对策研究C h i n e s eA g r i c u l t u r eS c i e n c eB u l l e t i n , 2 0 0 5 ( 2 ) ：3 4 2 - 3 4 4 3 2 E n v i r o n m e n t a lS y s t e mI n s t i t u e , M a p O h j e c t sG I S a n dM a p p i n gC o m p o n e n t s ，1 9 9 9 3 3 h t t p ：s u r p o r t e s r i c 3 4 E S R I ，A r c S D EC o n f i g u r a t i o na n dT u n i n gG u i d ef o rM i c r o s o f tS Q LS e r v e r , G I Sb yE S R I 2 0 0 0 3 5 】王人潮，农业资源信息系统中国农业出版社 3 6 罗金耀，李道西节水灌溉多层次灰色关联综合评价研究灌溉排水学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 5 ) ：3 8 4 1 3 7 刘黎明，土地资源调查与评价 3 8 水利部农村水利司，中国灌溉技术开发培训中心，水土资源评价与节水灌溉规划中国水利水电出版社 3 9 骆殉，项目管理教程机械工业出版社 4 0 司俊飞。杜继英张家口农业节水项目经济评价河北水利水电技术，2 0 0 4 ，2 0 ( 4 ) ：2 1 - 2 2【4 1 周旭，安裕伦等R S G I S 支持下都匀毛尖茶种植适宜地评价贵洲农业科学，2 0 0 5 ，3 3 ( 5 ) ：1 0 1 4 4 2 周春芳，朱德举北京市后备土地资源宜耕评价指标体系研究；【硕士论文 北京：中国农业大学，2 0 0 4 4 3 崔远来，李远华，黄河流域典型灌区灌溉节水管理模型研究中国农村水利水电2 0 0 2 ，4 ：1 4 1 6 4 4 As a i da n diA P e a r l e a n An e w , f a s ta n de f f i c i e n ti m a g ec o d e cb a s e do ns e tp a r t i t i o n i n gi nh i e r a r c h i c a lt r e e s J I E E ET r a i n so nC i r c u i t sa n dS y s t e m sf o rv i d e oT e c h n o l o g y ，1 9 9 6 ，6 ( 3 ) ：2 4 3 2 5 0 中国农业大学硕士学位论文参考文献 4 5 JL ia n dSL e i A ne m b e d d e ds t i l li m a g ec o d e rw i t hr a t e d i s t o r t i o no p t i m i z a t i o n J I E E Et r a n so nI m a g eP r o c e s s i n g 1 9 9 9 ，8 ( 7 ) ：9 1 4 - 9 2 4 【4 6 h t t p ：w w w , c h i n a i n f o , g o v c n 4 7 照主主坠；Z Z ! 曼匣：鱼i 主：曼照坠：生旦Z b i 皇璺旦g i 墨 4 8 h t t p ：w w w , i n t e r g r a p h , c o m 4 9 丛姐；Z Z ! 塑：Q 4 b 匹笪! ：鲤 5 0 h t t p ：w w w , s u o e r m a p , c o m c n 5 1 SDS e r v e t t o KR a m o n a n d r a n ，MTo r c h a r d ，I m a g eC o d i n gb a s e do nm o r p h o l o g i c a lr e p r e s e n t a t i o no fw a v e l e td a t a J I E E ET r a n sO nI m a g eP r o c e s s i n g , 1 9 9 9 ，8 ( 9 ) ：1 1 6 1 - 1 1 7 4 中国农业大学硕士学位论文致谢致谢本论文选题依托农业部节水农业处课题“中国旱作节水农业管理系统”。首先要深切的感谢导师杨永侠副教授! 本论文是在导师杨永侠副教授的悉心指导和严格要求下完成的。入学两年来，杨老师一直在学业和生活等各方面关心、指导着我的成长。杨老师渊博的学识和豁达的处世态度给我影响很大，将使我受益终身。在整个课题研究期间，从课题研究到论文的写作，杨永侠老师倾入了大量的心血，给予了我很多的指导，提出了许多非常有益的建议和意见。导师严谨求实、开拓创新的治学态度和精神激励着我完成学业和论文的写作，在此向导师表示我最诚挚的感谢!同时，深深地感谢严泰来教授! 严泰来教授是我国土地信息系统领域重要的开拓者之一，两年来，严老师的言传身教使我受益匪浅。在此向严老师表示衷心的感谢!感谢本系的朱德海、王鹏新、张晓东、张玮，刘俊明、尹健玲、秦淑勤等老师对我在学习工作和生活上的关心和爱护，他们都给与过我无私的帮助。感谢和我同级的陈靓、吴清华等同学，以及师兄袁志华、付宪坤、张晓沛，师姐彭玉群等。和大家相处的2 年时光让我学习到了很多东西。同时也感谢农业电气工程自动化的冯凯师兄、计算机科学与技术系的王小飞师弟和武汉理工大学的甘宇航同学。谢谢他们在我写论文过程中给我的鼓励和帮助。感谢我的父母，正是他们无私的爱帮我克服了各种困难，让我顺利完成了论文的写作。姓名：王丽明性别：女出生年月：1 9 8 1 年1 月籍贯：河北石家庄市正定教育经历；1 9 9 9 年9 月- - 2 0 0 3 年7 月获工学学士学位。2 0 0 4 年9 月一2 0 0 6 年7 月作者简介就读于中国农业大学信息与电气工程学院计算机科学与技术系就读于中国农业大学信息管理系，攻读硕士学位。在校期间参与的科研项目：【1 】参与北京市大兴区房产交易登记管理系统的设计和编码工作【2 1 参与中国旱作节水农业项目管理决策支持系统的设计和开发工作在校期间发表的论文有：王丽明，杨永侠：三维图形学在心电向量图中的应用。农业网络信息。2 0 0 6 年第六期王丽明，杨永侠：基于G I S 技术的旱作节水农业项目管理决策模型研究。农业网络信息2 0 0 6年第九期