改进的蚁群聚类在精准灌溉管理分区中的应用

《改进的蚁群聚类在精准灌溉管理分区中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、Vol.26No.2Feb.2010农业工程学报TransactionsoftheCSAE改进的蚁群聚类在精准灌溉管理分区中的应用姜秋香，付强※，王子龙（东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨150030）摘要：为了便于精准灌溉的田间实际操作和管理，采用改进的蚁群聚类算法进行灌溉管理分区研究。蚁群算法的离散性和并行性特点对于数据的特征聚类非常适用，然而当数据星较大时，蚁群聚类在系统循环过程屮，对数据的搜索时间较长，计算量人，因此将初始聚类中心作为蚂蚁的初始食物源加以引导，减少蚂蚁行走的盲目性，以达到降低计算量「加快聚类的冃的。该文以土壤物理特性作为数据源，在运用主成分分析消除初始指标

2、相关性的基础上，采用改进的蚁群聚类对研究区进行精准灌漑管理分区的划分。将改进的蚁群聚类分区结果与传统的K・均值聚类进行比较，前者分区结果表现出土壤物理特性区内均一性更强、区间差异性更加显著的特点。改进的蚁群聚类分区结果表明，研究区可划分成2个灌溉管理分区，I区土壤的田间持水率、饱和含水率和凋萎含水率均较II区大，表明在相同的气候条件下，I区的土壤耐旱能力较II区强，分区结果可以为精准灌溉的分区管理提供参考依据和数据支持。关键词：蚁群聚类，灌溉管理分区，主成分分析，K-均值聚类doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2010.02.007中图分类号：S274.3文

3、献标识码：A文章编号：1002-6819（2010）-02-0037-06姜秋香，付强，王子龙.改进的蚁群聚类在精准灌溉管理分区中的应用[J].农业工程学报，2010,26（2）：37-42.JiangQiuxiang,FuQiang,WangZilong.Applicationofimprovedantcolonyclusteringmethodinthedelineationofsite-specifiedirrigationmanagementzones[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26（2）:37—42.（inChinesewithEngl

4、ishabstract）0引言受生物进化机理的启发，意大利学者DorigoM等于1991年提出蚁群算法⑴，随后其他科学家根据自然界真实蚂蚁群堆积尸体及分工行为，提出基于蚂蚁的聚类算法〔2⑶。蚁群聚类可以克服K・均值聚类和遗传算法容易陷入局部极值的缺点，可以弥补模拟退火算法的计算fit大、收敛慢的缺点，并IL具冇得棒性强，易于和其他算法结合等特点⑷。随着蚁群聚类的发展和完善，国内外学者进行了大虽的蚁群聚类应用研究。许多学者将蚁群聚类应用到图像的识别和分割〔“]、信息检索〔⑼、数据聚类分析叶⑷等科学问题匕而在农业管理中的应用研究却较少。精准灌溉广义上指按照田间每1个管理分区的具体条件

5、，精细、准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化使用水投入量，以获得更高产量和最大经济效益”•⑹。因此对灌溉管理分区进行划分是精准灌溉实施的首要问题。国内外学者多是采用传统的模糊C•均值聚类，以土壤地形、产量、盐分和养分为数据源进行管理分区1，7-

6、9）,而以土壤物理特性（水分、体积质毘）作为数据源的耕准灌溉管理分区研究却鲜有报道。本研收稿日期：2009-04-17修订日期：2010-01-11基金项目：黑龙江科技攻关项目（No.GB06B106>7）作者简介：姜秋香（1982—），女.黒龙江省佳木斯人.博士生，主要从事土壤空间变异性和精准农业研究。哈尔滨东北农业大学水利

7、与建筑学院，150030。EmaH:jiangqiuxiang914@163.com※通信作者：付强（1973—），男，辽宁锦州人，教授，博士生导师，中国农业工程学会高级会员（E041100051S）,主要从事农业水土资源系统分析.节水谁溉及农业系统工程建模与优化技术研究。哈尔滨东北农业大学水利与建筑学院.150030#Email:fuqiang@neau.cdu.cn究以土壤物理特性作为聚类数拯源，将改进的蚁群聚类应用到精准灌溉的管理分区中，为楮准农业的实施与管理提供新的思路和方法。1材料与方法1.1试验方案本试验选择在査哈阳农场的早作科技示范园区。査哈阳农场位于黑龙江省西部

8、tl•南县境内，属于寒温带大陆性季风气候和半干旱农业气候区，早灾一直是该地区最主要的fl然灾害之一，素有“I•年九春早”之说，因此对该地区进行精准灌溉的研究虑义重大。在试验区选取1hn?的早山作为研究区域，以10mX10m的栅格对试验区进行划分，在栅格中心取样，共设取样点100个。在作物主要根系分布区0〜30cm内，以10cm为间隔的深度处取样点3个，测定其山间持水率（威尔科克斯法）、饱和含水率（环刀法）、凋萎含水率（饱和硫酸钾法）和土壤体积质量（环刀法）㈤】，并求其均值作为该采