文摘
农业是许多亚洲国家的经济的支柱,如印度、中国和孟加拉国。农业可以促进这些国家的国内生产总值(GDP)的主要份额的主要职业是农业或依赖市民主要的农业生产力。是很重要的研究农业经济资源发展潜力的领域。现有的方法不够高效的地图与经济资源开发潜在的农业生产力领域,因此,它激励我们学习方面影响经济资源开发基于农业生产力。有许多因素,如低效率、高灌溉量,劳动费用高、低比例的规划优化和作物产量低,应该考虑研究经济发展和农业生产力之间的关系。首先,潜在的农业经济资源领域发展的空间关系进行了分析。其次,提出了多目标线性规划模型。基于这一多目标模型、最优匹配模型构造地区的农业经济资源开发潜力,和改进的遗传算法用于求解该模型实现的最优匹配农业生产力和经济资源开发潜力的领域。实验结果表明,该方法具有较高的经济效益,低灌溉量,高比例的规划优化作物产量高。
1。介绍
水资源是一个重要因素促进agriculture-based经济增长和农业是中国最大的水资源消费(1]。由于市场价格的影响和不同的作物耗水量,不同作物之间的水资源分配可以带来不同的经济效益2]。为了充分利用水资源,实现最大效益,有必要调整作物种植结构可以使用不同的农业水资源(3]。水资源需要确保地区粮食安全与合理的作物产品的输出结构(1]。尤其是对干旱和半干旱地区,区域农业发展十分重要的实际意义来调整区域种植结构有限的约束下,农业水资源。其他资源也很重要,但不是这些水资源。土壤质量、湿度对植物、天气条件、气候、暴露于阳光,农药、种子质量,温度,经济市场,和进出口政策的所有贡献因素影响农业生产力。本文研究的动机的影响,这些因素在农业生产率和农业生产率之间的关系和经济资源开发。
在[4),作者提出了一种匹配算法为基于线性规划的资源开发潜力的地区。算法把最高的经济效益在不同灌溉技术比例为目标,增加了生态环境综合指数的计算传统约束如农业种植总面积和用水量的农业种植。在此基础上,优化结果的生态效益评估,建立了一个线性规划模型。为了实现区域匹配,该算法没有考虑作物种植结构和低比例的规划优化的问题。在[5],作者提出了一种匹配算法为潜在的区域农业资源开发基于IBM软件。小麦、玉米、棉花、水稻、甜菜、土豆被选为研究对象。的基础上使用Penman-Monteith公式计算单位虚拟水6 14县和64年主要农作物产量主要生产县在新疆,该算法提出了一种匹配算法的潜在地区农业资源开发基于IBM SPSS软件和主要作物的单位虚拟水值。借助IBM SPSS进行对应分析,本文研究了新疆种植主要作物的偏好和布局从虚拟水的角度值。该算法没有考虑农业种植的用水量,高灌溉用水的问题。在[6),作者提出了一个区域匹配算法为基于多瞬时Sentinel-2A农业资源开发潜力。使用的算法多瞬时Sentinel-2A遥感图像作为数据源,计算时间序列归一化植被指数(NDVI)和红边归一化植被指数(RBNDVI)及其组合特征。作物特性曲线分析,利用随机森林方法匹配五个特征参数作为分类特征。该算法没有考虑产量和效益,经济效益低和作物产量低的问题。
在[7],作者探索的使用及其在农业领域的应用。在农业生产力的发展的作用及其对经济的影响进行了研究。它确实帮助农业部门改善其传统的做事方式和对这个国家的经济增加更多的价值。在[8),作者认为农业GDP的贡献显著减少在时间与制造业和其他行业的发展。经济仍增长由于农业部门,可能会崩溃,如果农业部门被忽视了。农产品将占上风的重要性的增长经济。在[9),作者研究了过时的灌溉方式的影响采用小村庄的农民。知识的缺乏导致了一代可怜的收入由于采用过时的方法用于灌溉和农业。经济增长和粮食安全关注作物的产量。贫困的主要问题揭示了贫穷的灌溉方法。在[10),作者提出了一个结构模型,揭示了直接和间接的影响dam-driven用水灌溉农作物的收入。结果得出的结论是,收入直接与水的可用性成正比。水的可用性可以帮助生成高收入。
除了水资源,我们试图研究更多的因素,影响生产力和经济资源开发。给出了主要强调如下:(我)有许多因素,如低效率、高灌溉量,劳动费用高、低比例的规划优化和作物产量低,被认为是研究经济发展和农业生产率之间的关系本文而不是集中在一个因素就像水/灌溉资源。(2)在第一阶段,潜在的农业经济领域资源的空间关系发展的影响因素进行分析,以了解农业生产率和经济增长。(3)然后,提出了多目标线性规划模型。多目标模型同时考虑约束和优化多个目标。(iv)基于多目标模型、最优匹配模型潜在的农业经济资源开发领域,和改进的遗传算法用于求解该模型实现的最佳匹配的农业生产力和经济资源开发潜力的领域。
探讨了该模型在两个阶段,并在下一节中解释了该模型。第三部分着重提出了研究的结果。最后一部分总结了本文中给出的研究工作。
2。提出了研究
本节解释的最佳匹配模型的潜在区域农业经济资源开发。
2.1。该映射模型对农业生产力和经济资源
基于空间关系,最优匹配算法的潜在区域农业经济资源开发认为发展潜力区域之间的空间关系和构造最优匹配模型的潜在区域农业经济资源发展通过三个子下面讨论。(1)流的多目标优化配置模型和时间主要和分支构造运河,和最低的两个目标波动分发水的流量和最小的输水损失是同时实现的。(2)运河和桶运河灌溉集团分公司模型构造配水时间和最小化获得分支管的流量和时间分布和水桶运河,从而获得优化的配水。(3)基于结果的运河水分布主要和分支,基于机会约束规划的线性分式规划模型构建各种作物的种植结构优化的灌溉区域,以获得单位种植面积最大的好处。
具体的过程如图1。
2.1.1。流和时间分配的多目标线性规划模型在运河系统
树枝运河被称为连续的渠道。水是可以在中国的运河在整个配水周期(11,12]。该算法是优化的建模思想的流动和配水时间主要和分支渠道灌溉面积,满足以下条款:(1)实际配水范围内可用的水灌溉面积。(2)配水时间内指定的旋转。(3)实际的配水应该满足作物灌溉的要求。(4)在任何时候,每个低的配水流动的总和等于频道配水流动的通道,和配水流之间的上下通道应该改变的0.6和1.2倍设计流程尽可能以满足要求的配水的通道,防止崩溃造成的溢出的渠道。根据上面的建模思想,配水的多目标线性规划模型主要和分支构造运河。第一个目标函数考虑配水流动的最小波动比运河在不同的时间;第二目标函数是最小化运河系统的水分流失,从而反映运河系统的实际情况符合要求的运河系统。
目标函数(1)给出如下: 在哪里
目标函数(2)是由方程(3由方程(设计)和替代4)。 在那里,
灌溉供水的约束中给出以下方程:
一个圆形的约束是由以下方程:
流约束较低的渠道在以下方程:
流约束的优势通道节点在以下联合方程给出:
在上面的方程中,是时间,是低级别的渠道的数量,是一个圆形灌溉运河分支的数量,的总流动分布是低级的每一轮灌溉渠道,的开始时间是th底层的通道,的灌溉时间吗 - - - - - -th底层的通道,灌溉的结束时间吗th低级别的频道,的时间步长是吗期。灌溉周期和旋转吗是净配水上层通道的时间吗等于流之和的底层水在这一刻分销渠道。
是一个连续函数,描述了连续配水通道旋转期间的状态。如果 ,然后 ,否则, ; 是上层的净配水渠道,总配水的吗th降低通道;是上层渠道水利用系数的运河系统;水利用系数的吗th降低通道;的设计流量吗较低的通道。 , , , ,和上通道的设计流程是每个节点对应 , , , ,和分别。和允许运行的通道流阈值系数,分别和水用于灌溉的时间吗 。
2.1.2。作物种植结构的优化
作物种植结构的优化的运河系统是研究作物种植比例在每个管通过合理安排减少灌溉用水需求和增加灌溉收入13,14]。研究确定性模型的作物种植结构优化国内外包括单目标模型和多目标模型。单目标模型通常旨在最大化整个灌区的经济效益,并计算方法通常采用线性规划方法(15]。单目标模型相对简单,但它未能实现谈判的整体发展和决策者之间的协调和模型(16,17]。灌区可持续发展的概念,许多学者开始研究作物种植结构的多目标规划模型(18]。常用的多目标优化方法种植结构包括客观权重的方法,灰色分析,妥协约束、模糊优化理论,和秩序度模式(19]。这些研究有一定指导意义的调整作物种植结构,但大多数作物种植结构的多目标模型基于上述方法主观因素的计算系数和目标函数的确定指标权重20.]。为了克服上述的缺点,该算法引入了部分编程种植结构的多目标优化模型。考虑可用水源的随机性,引入随机change-constrained编程构建种植结构的多目标的不确定性模型基于分步编程和随机机会约束规划。的表达模型中给出了方程(9)和约束条件给出了方程(10)和(11)。
给出了目标函数如下:
可用水资源约束给出如下:
种植面积约束给出如下:
在上面的方程中,是目标函数,经济效益目标,灌溉用水的目标,作物品种,的单价是作物,的单位面积产量作物,的种植面积是作物,经济作物的种植面积,是夏天的种植面积,零担货物。是灌溉区域的运营成本包括管理费用、维护费用和运营费用。
的灌溉定额作物,的净可用的水资源灌溉区域,的最大总灌溉面积灌溉面积,和的最大经济作物种植面积和粮食作物的种植面积最小,然后呢的最低种植面积是作物。
上面的模型是一个单层的编程模型,有不同的解决方法。解决方案的想法是将单层部分线性规划模型转换为一个普通的线性规划模型,然后解决它。一个典型的部分编程模型可以表示为以下方程:
在上面的方程中,是一个 矩阵,和是 - - - - - -维, - - - - - -维列向量,分别和是 - - - - - -维行向量,分别和是参数。如果上面的公式是满意,以下将适用。
d= 0。 。(1)对所有 , (2)目标函数是连续可微的(3)可行的区域非空的和有界
然后上面的公式可以被转换为以下方程:
在上面的方程中,表示矩阵的转置,是一个列向量元素,是一个标量。上述公式是一般线性规划模型,及其最优解 可以很容易地获得。放松列向量介绍了用 和 。让模型的最优解是放松列向量 和 。根据松弛定理,如果 和 ,模型(12)和(13)有相同的最优解。因此,线性分式规划模型可以解决上述转换。
2.1.3。部门轮运河灌溉组织制度的典范
建模的想法有一些假设。分支管的水流量确定当水分布沟,沟里的指定数量的水从恒流的分支管所需的农业地区(21]。一旦打开每个沟,应在指定的时间内送水不断保持其稳定的流到指定数量的水到达指定的地方(22]。优化配水的结果是减少漏失的沟里。当分支管中的每个沟划分成圆形灌溉组,每组只有一个沟需要转移水(23]。任何低沟的出口只打开一次旋转时期(24]。当导流沟的一群即将完成,分支转移流动管应保持不变(25]。这时,导流沟流之和加上漏失是平衡的转移流程分支管。为了便于管理,每一轮灌溉组的引水时间等于或类似。
圆形灌溉组的最小灌溉时间为目标函数,采用0 - 1整数规划建立圆形灌溉组的分工模式分支管和桶运河;约束最大净灌溉量和旋转等时期。的表达模型中给出以下方程:
在上面的方程中,是水的总和每一轮的灌溉集团的交货时间是圆的序数灌溉组织分支管/桶运河,是每个bucket运河的数量是分支管/桶的序数运河,是圆的灌溉组的数量,每个分支管的供水时间/在圆桶运河灌溉组,然后呢净的水需求吗分支管/桶运河。代表的漏失分支管/桶运河,总值流量的吗分支管/桶运河,决策变量 这意味着开关的状态吗分支管/桶的运河th圆形灌溉组和= 0,当分支管/桶管门是关闭的。等于1意味着门分支管/桶的运河被打开。表达的约束函数方程(15)和(16)。
一轮约束给出如下:
一次转移约束给出如下:
0 - 1的约束: 。 和的最大和最小转移时间上分支管。
结合上面的模型中,农业经济资源开发潜力的最佳匹配模型构造见以下方程:
3所示。映射模型对农业生产力和经济发展
映射的潜在区域农业经济资源发展空间关系的基础上,改进的遗传算法(GA)用于解决是最好的匹配模型的潜在区域农业经济资源发展达到最佳匹配。具体步骤如下:(1)编码模式:使用二进制编码的编码模式。二进制编码中使用的编码符号集是由“0”和“1”,和二进制符号字符串构成了个体基因型(22]。假设一个参数的值范围 ,和二进制代码符号字符串的长度表示该参数 ,相应的参数编码之间的关系是由以下方程: 二进制编码的编码精度是由以下方程: 如果代码的一个人 ,是由相应的解码公式 (2)初始种群:初始种群的生成,采用随机生成方法。(3)适应度函数是由以下方程: 是原来的健身价值。如果有需要找到最低被认为是目标函数。如果问题是找到最大的问题需要转化为问题找到最低。平均每个当代人群的健康。之间的差异每个人的价值计算,代表个人的不同范围的数量(−10、10),和代表的最大绝对值的大小的值之间的差异和 。(4)选择操作:一个战略结合轮盘赌选择和最优保存策略是用来取代过去个人在交叉和变异后的人口个体与父的顶级健身价值的基因,所以孩子和父母可以一起参与竞争17]。实现步骤如下:(一)所有的个体在当前人口排名根据健身价值,和个人选择前排。(b)让所有的人在当代人口参与交叉和变异操作产生下一代的人口。(c)下一代种群中所有个体的排名是根据健身价值,和未来人发现。(d)的个人从1是用来取代生产新一代个人从3。(e)交叉算子:使用单点交叉算子,和交叉概率计算由以下方程: 在那里,是最大的个人健身价值和是最小的个人健身价值。(5)变异算子:基本单位使用变异算子,变异概率是由以下公式计算的方程: (6)设置迭代次数。如果达到最大迭代次数,最好的匹配模型的最优解区域农业经济资源的发展潜力。具体流程图如图2。
4所示。结果与讨论
为了验证提出的最优匹配算法的整体效率的潜在地区农业经济资源开发基于空间关系,有必要评估性能和比较它与现有的其他方法。提出最优算法称为“算法1”的结果。其他比较方法考虑的比较研究是algorithm-2(参考文献[4]),algorithm-3(在参考文献[5])和algorithm-4(在参考文献[6])。最大的收益和最小灌溉量的上述算法进行了比较。测试结果如图3。
(一)
(b)
(c)
(d)
通过分析结果图3可以看出,相比之下,algorithm-2 [4],algorithm-3 [5],algorithm-4 [6],提出的“algorithm-1”在不同的农业地区获得最大的经济效益。相反,最小灌溉需水量的算法相对较小的比其他方法。它表明algorithm-1可以获得更大的经济效益和灌溉用水的需求。作为运河Algorithm-1构造一个多目标线性规划模型系统流量和时间配置,它可以获得更大的经济效益最低的灌溉用水。
algorithm-1的有效性,algorithm-2 [4],algorithm-3 [5],algorithm-4 [6)是测试通过的规划优化率作为试验指标。测试结果如图4。
通过分析结果图4可以看出,优化algorithm-1比例高于algorithm-2 [4],algorithm-3 [5],algorithm-4 [6在不同的地区]。比例较高的规划是一个指标的合理比例的作物。从上面的分析,可以看出algorithm-1能有效和合理地实现作物分配资源开发潜力的地区。自algorithm-1构造一个种植结构的多目标的不确定性模型,它可以合理配置不同作物的种植区域和领域,可以提高规划优化算法的比例。
algorithm-1的作物产量,algorithm-2 [4],algorithm-3 [5],algorithm-4 [6)如图5。
(一)
和(b)
根据图中的数据5获得的作物产量,提出algorithm-1远高于algorithm-2 [4],algorithm-3 [5],algorithm-4 [6在多个领域。自从algorithm-1运河系统的结构划分模型,优化配水,减少漏失的沟,提高区域作物产量。
5。结论
发展节水高效农业是农业可持续发展的战略选择。农业水土资源的合理配置是一个重要的方式提高农业资源的利用效率来提高国家的经济增长。农业水土资源的分配在不同的空间尺度上有不同的特征和对农业生产的影响。气候变化和人类活动导致的不确定性的最优农业水土资源的利用率。因此,研究具有重要意义的多目标模型可以映射农业需求与现有的自然资源。农业经济资源的增长潜力是肯定的,设计一个智能机制地图可用资源的需求和我们的方法能够将需求映射的可用资源最优利用农业资源的经济发展。本文构造的最优映射模型农业资源的最优利用。结果证明,该模型提高了经济效益,减少水的需求也提高了作物的产量经济发展。
数据可用性
从相应的作者使用的数据是可用的。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这项研究的出版物。