(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-28
(45)【発行日】2022-10-06
(54)【発明の名称】農業灌漑水需要量予測方法
(51)【国際特許分類】
G06Q 50/02 20120101AFI20220929BHJP
G06Q 10/04 20120101ALI20220929BHJP
【FI】
G06Q50/02
G06Q10/04
(21)【出願番号】P 2020569847
(86)(22)【出願日】2020-06-10
(86)【国際出願番号】 CN2020095484
(87)【国際公開番号】W WO2021068540
(87)【国際公開日】2021-04-15
【審査請求日】2020-12-14
(31)【優先権主張番号】201910968814.7
(32)【優先日】2019-10-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518098449
【氏名又は名称】チャイナ インスティチュート オブ ウォータ リソースィズ アンド ハイドロパワー リサーチ
【氏名又は名称原語表記】China Institute of Water Resources and Hydropower Research
【住所又は居所原語表記】No.20, Chegongzhuang West Road, Haidian District, Beiijing 100044 China
(74)【代理人】
【識別番号】110001841
【氏名又は名称】弁理士法人ATEN
(72)【発明者】
【氏名】ヤン グゥイユー
(72)【発明者】
【氏名】ワン ハオ
(72)【発明者】
【氏名】ティェン ジュンツァン
(72)【発明者】
【氏名】シー ワンリー
(72)【発明者】
【氏名】ワン リン
(72)【発明者】
【氏名】ヤン チャオフゥイ
【審査官】宮地 匡人
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第106570627(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第107491844(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第107950324(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第108280773(CN,A)
【文献】国際公開第2018/081853(WO,A1)
【文献】特開2000-194833(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06Q 10/00-99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンピュータ
が実行する農業灌漑水需要量予測方法であって、
S1:節水領域の農業統計資料を取得し、前記農業統計資料に基づき作付面積が所定の割合よりも大きい作物を典型作物として選定するステップと、
S2:節水領域内の気象台の基準期間における旬ごとの気象情報データを取得し、前記気象情報データに基づき基準期間における典型作物の生育期における灌漑用水割当量データを計算するステップと、
S3:節水領域内の各気象観測地点の旬降水量データを取得し、前記旬降水量データに基づき基準期間における典型作物の有効降水量データを計算するステップと、
S4:基準期間ならびに同種の典型作物の灌漑用水割当量データおよび有効降水量データに基づき、典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量データを計算するステップと、
S5:少なくとも一種の典型作物の単位面積当たりの前記灌漑水需要量データが、連続した複数の実測年の単位面積当たりの実際の灌漑用水量データの平均値よりも大きい状況が存在するかどうかを判断し、存在する場合、ステップS6に進み、存在しない場合、ステップS7に進むステップと、
S6:典型作物の基準期間における単位面積当たりのすべての灌漑水需要量データおよび連続した複数の実測年の単位面積当たりの実際の灌漑用水量データに基づき、すべての典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量データを修正するステップと、
S7:各典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量データおよび翌年度の栽培面積データを用いて、翌年度の総水需要量データを計算するステップとを含み、
前記ステップ2は、
S21:気象情報データに基づき、ペンマン式
【数1】
(式中、ET
0は、典型作物の基準期間における旬ごとの蒸発散位であり、Δは、飽和水蒸気圧-温度曲線の勾配であり、R
nは、典型作物のキャノピーの純放射量であり、Gは、土壌を加熱するために消費されるエネルギーであり、γは乾湿計定数であり、Tは平均気温であり、U
2は、高さ2mにおける風速であり、e
aは、飽和水蒸気圧であり、e
dは、実測水蒸気圧である。)を用いて典型作物の基準期間における旬ごとの蒸発散位を計算するステップと、
S22:同種の典型作物の旬ごとの作物蒸発散位および生育期における旬ごとの作物係数に基づき、典型作物の旬水需要量データ
【数2】
(式中、ET
i,j,kは、典型作物iのj年目の生育期におけるk旬目の旬水需要量データであり、Kc
i,kは、典型作物iの生育期におけるk旬目の旬ごとの作物係数である。)
を計算するステップと、
S23:生育期におけるすべての旬水需要量データを累積し、典型作物の灌漑用水割当量データ
【数3】
(式中、Nは、基準期間における作物生長期の旬総数である。)を得るステップとを含み、
前記旬降水量データに基づき基準期間における典型作物の有効降水量データを計算するステップは、
S31:旬降水量データに基づき、空間内挿法を用いて、典型作物の基準期間における旬地域降水量データを計算するステップと、
S32:同種の典型作物の旬における旬地域降水量データおよび旬水需要量データに基づき、旬降水量データ
【数4】
(式中、P
i、j、kは、典型作物iのj年目の生育期におけるk旬目の旬地域降水量データである。)
を得るステップと、
S33:生育期におけるすべての旬降水量データを累積し、典型作物の有効降水量データ
【数5】
を得るステップとを含むことを特徴とする農業灌漑水需要量予測方法。
【請求項2】
翌年度の総水需要量データを修正するステップをさらに含み、
このステップにおいて、翌年度の計画用水量データを取得し、計画用水量データと総水需要量データとを比較し、
総水需要量データが翌年度の計画用水量データよりも大きい場合、調整戦略に基づき典型作物の栽培面積データを調整し、ステップS7に戻り、
総水需要量データが翌年度の計画用水量データ以下である場合、翌年度の総水需要量データおよびすべての典型作物の現在の栽培面積データを出力する請求項1に記載の農業灌漑水需要量予測方法。
【請求項3】
前記調整戦略は、経済価値が最も小さい典型作物を選定し、所定のしきい値に基づき栽培面積データを縮小するか、または灌漑水需要量データが最も大きい典型作物を選定し、所定のしきい値に基づき栽培面積データを縮小するか、またはすべての典型作物の栽培面積データを、所定の割合に基づき縮小することであり、前記所定のしきい値は、前記所定の割合よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の農業灌漑水需要量予測方法。
【請求項4】
典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量データを修正する計算式は、
【数8】
(式中、q
iは、典型作物iの単位面積当たりの灌漑水需要量データであり、q
ijは、典型作物iのj年目の単位面積当たりの灌漑水需要量データであり、mは、年を単位とした基準期間であり、q
i,gは、典型作物iのg年目の実際の灌漑用水量データであり、nは、典型作物の総数であり、k’は連続した実測年である。)であることを特徴とする請求項1に記載の農業灌漑水需要量予測方法。
【請求項5】
前記典型作物iの単位面積当たりの灌漑水需要量データq
iの計算方法は、
S41:典型作物iのj年目の単位面積当たりの灌漑水需要量データ
【数6】
を計算するステップと、
S42:灌漑水需要量データIR
i,jに基づき、典型作物iの単位面積当たりの灌漑水需要量データ
【数7】
を計算するステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載の農業灌漑水需要量予測方法。
【請求項6】
典型作物の基準期間における旬地域降水量データを計算するための前記空間内挿法は、
節水領域の標高と、採用する気象観測地点から計算領域までの距離とが所定の値よりも小さい場合、ティーセン多角形法を用いて典型作物の基準期間における旬地域降水量データを計算することと、
節水領域の標高と、採用する気象観測地点から計算領域までの距離とが所定の値以上である場合、逆距離加重法を用いて典型作物の基準期間における旬地域降水量データを計算することをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の農業灌漑水需要量予測方法。
【請求項7】
前記ステップS7は、
S71:各典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量データおよび翌年度の栽培面積データを用いて、各典型作物の翌年度の理論水需要量
【数9】
(式中、Q
iは、典型作物iの翌年度の理論水需要量であり、A
iは、典型作物iの翌年度の栽培面積データである。)を計算するステップと、
S72:すべての典型作物の理論水需要量を累積し、翌年の総水需要量データ
【数10】
を得るステップとをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の農業灌漑水需要量予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、農業灌漑技術に関し、具体的には、農業灌漑水需要量予測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
用水総量規制および割当量管理は、「節水優先」方針政策を全面的に徹底させるための重要な切り口である。農業は、水の大規模利用者であり、その用水プロセスは、農業栽培構成と関連するだけでなく、気候ならびに節水技術措置の普及および節水灌漑制度の実施状況などの多くの要因と密接に関係している。複雑な作用要因によって、現在、農業に関する用水量を合理的に確定することが難しく、通常、過去の栽培構成および対応する条件の灌漑割当量水準の全体的な平均を採用して決定している。必要なチェックに欠け、農業節水措置によってもたらされる効果を真に表すことが難しく、現在、大多数の地域の農業用水基準が高めになっており、農業用水コストが増加し、農業灌漑節水を実現することが難しくなっている。水資源を合理的に効率的に利用することができず、栽培時のコスト投入が上昇し、農業生産が低下する。
【発明の概要】
【0003】
先行技術における上述した課題に対し、本発明で提供する農業灌漑水需要量予測方法は、翌年度の総水需要量を正確に予測することが可能である。
【0004】
上述した発明の目的を達成するため、本発明で提供する技術手法は以下のとおりである。
【0005】
次のステップを含む農業灌漑水需要量予測方法を提供する。
【0006】
S1:節水領域の農業統計資料を取得し、農業統計資料に基づき作付面積が所定の割合よりも大きい作物を典型作物として選定する。
【0007】
S2:節水領域内の気象台の基準期間における旬(本明細書において10日間を意味する)ごとの気象情報を取得し、気象情報に基づき基準期間における典型作物の生育期における灌漑用水割当量を計算する。
【0008】
S3:節水領域内の各気象観測地点の旬降水量を取得し、旬降水量に基づき基準期間の典型作物の有効降水量を計算する。
【0009】
S4:基準期間ならびに同種の典型作物の灌漑用水割当量および有効降水量に基づき、典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量を計算する。
【0010】
S5:少なくとも一種の典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量が、連続した実測年の単位面積当たりの実際の灌漑用水量の平均値よりも大きい状況が存在するかどうかを判断し、存在する場合、ステップS6に進み、存在しない場合、ステップS7に進む。
【0011】
S6:典型作物の基準期間における単位面積当たりのすべての灌漑水需要量および連続した複数の実測年の単位面積当たりの実際の灌漑用水量に基づき、すべての典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量を修正する。
【0012】
S7:各典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量および翌年度の栽培面積を用いて、翌年度の総水需要量を計算する。
【0013】
本発明の有益な効果は以下のとおりである。本手法は、基準期間における気象情報により計算された灌漑用水割当量および有効降水量によって作物の単位面積当たりの灌漑水需要量を確定し、灌漑水需要量が実際の灌漑用水量よりも小さい場合、実際の灌漑用水量に基づき灌漑水需要量を修正して、予測される灌漑水需要量が真実値に無限に近づくようにし、予測される灌漑水需要量の正確性を高め、得られる総水需要量予測の正確性を保証する。灌漑水需要量を年ごとに修正することにより、真実値に近いプロセスを実現し、灌漑用水量を減少させ、農業灌漑用水の効果を高めることができる。
【0014】
節水領域の管理者は、正確性が高い総水需要量により、農業部計画用水を満たす状況の下で、大きな栽培面積をできる限り保証することができ、これにより農作物の最終的な経済的収益を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、当業者が本発明を理解できるよう、本発明の具体的な実施形態について説明する。なお、本発明は、具体的な実施形態の範囲に限られず、本技術分野の通常の技術者にとって、各種変更が、特許請求の範囲で限定され確定されている本発明の主旨および範囲内にある限り、これらの変更は自明のものであり、本発明の概念を用いたあらゆる発明は、いずれも保護の対象となる。
【0017】
図1は、農業灌漑水需要
量予測方法の流れ図であり、
図1に示すように、この方法Sは、ステップS1からステップS7までを含む。
【0018】
ステップS1において、節水領域の農業統計資料を取得し、農業統計資料に基づき作付面積が所定の割合よりも大きい作物を典型作物として選定する。
【0019】
本手法において、節水領域における農作物の総作付面積の比が10%を超える農作物を典型作物として確定し、対応する作付面積をAi(i=1,2,3,……n)とし、式中、iは節水領域の典型農作物の種類であり、nは典型作物の総数量である。
【0020】
ステップS2において、節水領域内の気象台の基準期間における旬ごとの気象情報を取得し、気象情報に基づき基準期間における典型作物の生育期における灌漑用水割当量を計算する。
【0021】
本発明の一つの実施例において、ステップ2は、次のステップをさらに含む。
【0022】
S21:気象情報に基づき、ペンマン式を
用いて典型作物の基準期間における旬ごとの蒸発散位を計算する。
【数1】
【0023】
式中、ET0は、典型作物の基準期間における旬ごとの蒸発散位であり、Δは、飽和水蒸気圧-温度曲線の勾配であり、Rnは、典型作物のキャノピーの純放射量であり、Gは、土壌を加熱するために消費されるエネルギーであり、γは乾湿計定数であり、Tは平均気温であり、U2は、高さ2mにおける風速であり、eaは、飽和水蒸気圧であり、edは、実測水蒸気圧である。
【0024】
S22:同種の典型作物の旬ごとの作物蒸発散位および生育期における旬ごとの作物係数に基づき、典型作物の旬水需要
量を計算する。
【数2】
【0025】
式中、ETi,j,kは、典型作物iのj年目の生育期におけるk旬目の旬水需要量であり、単位はmmであり、Kci,kは、典型作物iの生育期におけるk旬目の旬ごとの作物係数である。
【0026】
S23:生育期におけるすべての旬水需要
量を累積し、典型作物の灌漑用水
割当量ET
i,jとする。
【数3】
【0027】
ステップS3において、節水領域内の各気象観測地点の旬降水量を取得し、旬降水量に基づき典型作物の有効降水量を計算する。
【0028】
実施時に、本手法は、旬降水量および旬水需要量に基づき典型作物の有効降水量を計算するステップは、次のステップをさらに含むことが好ましい。
【0029】
S31:旬降水量に基づき、空間内挿法を用いて、典型作物の基準期間における旬地域降水量を計算する。
【0030】
節水領域の地形が所定の高さよりも低い場合、ティーセン多角形法を用いて典型作物の基準期間における旬地域降水量を計算する。
【0031】
節水領域の地形が所定の高さ以上である場合、逆距離加重法を用いて典型作物の基準期間における旬地域降水量を計算する。
【0032】
S32:同種の典型作物の同じ旬の旬地域降水量および旬水需要
量に基づき、旬降水量PE
i,j,kを得る。
【数4】
【0033】
式中、Pi,j,kは、典型作物iのj年目の生育期におけるk旬目の旬地域降水量であり、単位はmmである。
【0034】
S33:生育期におけるすべての旬降水量を累積し、典型作物の有効降水量PE
i,jとする。
【数5】
【0035】
ステップS4において、基準期間ならびに同種の典型作物の灌漑用水割当量および有効降水量に基づき、典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量を計算する。典型作物iの単位面積当たりの灌漑水需要量qiの計算方法は、次のものを含む。
【0036】
S41:典型作物iのj年目の単位面積
当たりの灌漑水需要
量IR
i,jを計算する。
【数6】
【0037】
S42:灌漑水需要
量IR
i,jに基づき、典型作物iの単位面積
当たりの灌漑水需要
量q
iを計算する。
【数7】
【0038】
ステップS5において、少なくとも一種の典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量が、連続した複数の実測年の単位面積当たりの実際の灌漑用水量の平均値よりも大きい状況が存在するかどうかを判断し、存在する場合、ステップS6に進み、存在しない場合、ステップS7に進む。
【0039】
ステップS6において、典型作物の基準期間における単位面積当たりのすべての灌漑水需要量および連続した複数の実測年の単位面積当たりの実際の灌漑用水量に基づき、すべての典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量を修正する。
【0040】
ここで、典型作物の単位面積
当たりの灌漑水需要
量を修正する計算式は、次のとおりである。
【数8】
【0041】
式中、qiは、典型作物iの単位面積当たりの灌漑水需要量であり、単位はm3であり、qijは、典型作物iのj年目の単位面積当たりの灌漑水需要量であり、単位はm3であり、mは、基準期間である。qi,gは、典型作物iのg年目の実際の灌漑用水量であり、このデータは、各レベルの官公庁が発表した用水状況および対応する典型作物栽培面積により直接計算して得ることができ、単位はm3である。nは、典型作物の総数であり、k’は連続した複数の実測年である。
【0042】
ここで、基準期間の長さは5年であり、翌年度の前の5年間であり、例えば、翌年度が2020年である場合、基準期間とは、2015年、2016年、2017年、2018年、2019年をいう。連続した実測年は、予測年の直前の数年間連続したデータを選定することができる。
【0043】
ステップS7において、各典型作物の単位面積当たりの灌漑水需要量および翌年度の栽培面積を採用して、翌年度の総水需要量を計算する。ステップS7は、次のステップをさらに含む。
【0044】
S71:
各典型作物の単位面積
当たりの灌漑水需要
量および翌年度の栽培面積を
用いて、
各典型作物の翌年度の理論水需要
量を計算する。
【数9】
【0045】
式中、Qiは、典型作物iの翌年度の理論水需要量であり、Aiは、典型作物iの翌年度の栽培面積である。
【0046】
S72、すべての典型作物の理論水需要
量を累積し、翌年の総水需要量Qを得る。
【数10】
【0047】
本発明の一つの実施例において、農業灌漑水需要量予測方法は、翌年度の総水需要量を修正することをさらに含む。
【0048】
翌年度の計画用水量(各レベルの官公庁が発表した計画により確定してもよい)を取得し、計画用水量と総水需要量とを比較する。
【0049】
総水需要量が翌年度の計画用水量よりも大きい場合、調整戦略に基づき典型作物の栽培面積を調整し、ステップS7に戻る。
【0050】
総水需要量が翌年度の計画用水量以下である場合、翌年度の総水需要量およびすべての典型作物の現在の栽培面積を出力する。
【0051】
ここで、調整戦略とは、経済価値が最も小さい典型作物を選定し、所定のしきい値に基づき栽培面積を縮小するか、または灌漑水需要量が最も大きい典型作物を選定し、所定のしきい値に基づき栽培面積を縮小するか、またはすべての典型作物の栽培面積を、所定の割合に基づき縮小することであり、所定のしきい値は、所定の割合よりも大きい。
【0052】
以下に、具体的な実施例により、本手法で提供する方法について説明する。
【0053】
本実施例は、河北省滄州節水モデル試験区を例とし、2010~2014年を基準期間とし、2015年を翌年度として、その灌漑水需要量を予測した。
【0054】
典型作物の確定
【0055】
『河北省統計年鑑』、『石家荘統計年鑑』および『滄州市社会経済統計情報』を依拠とし、基準期間(2010~2014年)の滄州節水灌漑試験区の農業栽培構成および対応する作物の作付面積を得た(表1参照)。表中、その他は、モロコシおよびマメ類を含む。各種作物の作付面積が領域の作物の総作付面積に占める割合を計算し、10%を超えるものを領域の典型農作物と確定し、典型作物は主に冬小麦、トウモロコシであると確定した。
【表1】
【0056】
気象情報の取得
【0057】
国家気象台ネットワークおよび滄州地区気象モニタリングデータにより、雨量観測所がまばらであることにより気象情報の値の確定の正確性に影響を及ぼすことを避けるため、滄州気象台を選択し、新華区からの位置が相対的に近い気象台である滄州、泊頭、滄県の3つの気象台を選択し、降水量、気温、風速、湿度、水蒸気圧などを含む、基準期間における気象台の日ごとの典型的な気象要素情報を選択し、主な気象要素は日データを含み、旬気象情報を総括的に得た。
【0058】
基準期間における典型作物の生育期における灌漑用水割当量の確定
【0059】
PM式を
用いて、取得した気象情報を用いて、典型作物の基準期間における旬ごとの蒸発散位ET0を計算した。新華区の基準期間の旬ごとの蒸発散位は、表2を参照。次いで、典型作物の旬ごとの作物係数Kcを乗じて、基準期間における典型農作物の旬ごとの用水量を得た。
【表2】
【0060】
ここで、作物係数の確定は、河北省および滄州市の農作物生長発育試験データを組み合わせて得た。新華区の冬小麦の生育期は、9月下旬から翌年6月中旬、夏トウモロコシは6月中下旬から9月中下旬である。冬小麦および夏トウモロコシの生育期全体の作物係数は、表3を参照。生育期におけるすべての旬用水量を累積し、典型作物である冬小麦および夏トウモロコシの灌漑用水
割当量とした。具体的には、表4を参照。
【表3】
【表4】
【0061】
典型作物の生育期における有効降水量の確定
【0062】
選定した領域内の気象観測地点の旬降水量を基礎とし、今回は、ティーセン多角形法を用いて旬地域降水量を計算し、典型作物の旬水需要量を組み合わせて、典型作物生育期における有効降水量を計算した。典型作物の灌漑基準期間における用水割当量は、冬小麦230mm、夏トウモロコシ85.6mm/と確定した。
【0063】
本手法のステップS4を用いて、計算して冬小麦の基準期間における単位面積当たりの平均灌漑用水量229.9mm(153.3m3/ムー)、夏トウモロコシの基準期間における単位面積当たりの平均灌漑用水量85.6mm(57.1m3/ムー)を得た。
【0064】
実際には、2010~2014年に官公庁が通達した用水計量に基づき、冬小麦の栽培面積を減らすことを要求したと同時に、領域内で節水計画プロジェクトを実現し、すなわち、構成調整および冬小麦夏トウモロコシ水肥一体化節水技術措置を実施した。以上の政策の実施により、2010~2014の連続した実測年に得られた試験領域における単位面積当たりの実際の灌漑用水量の平均値は、夏小麦は156.4m3/ムーでしかなく、夏トウモロコシは55.4m3/ムーでしかなかった。
【0065】
基準期間の典型作物の単位面積
当たりの灌漑水需要
量と実測
された単位面積当たりの典型作物
の灌漑
量を比較した後、夏トウモロコシの実測
された単位面積
当たりの灌漑水需要
量が基準期間の理論値よりも小さく、修正が必要であることがわかった。これに基づき、ステップS6の方式を
用いて、夏小麦および夏トウモロコシの単位面積
当たりの灌漑水需要
量を修正した。修正後の典型作物冬小麦
の単位面積
当たりの水需要
量は138.9m
3/ムーであり、単位面積
当たりの理論用水量よりも9.3%少なく、夏トウモロコシ単位面積
当たりの水需要
量は53.4m
3/ムーであり、単位面積
当たりの理論用水量よりも6.5%少なかった。修正前後の各計算指標の対比は、表5を参照。
【表5】
【0066】
上述したように、本手法で提供している予測方法により得られた単位面積当たりの灌漑水需要量は、実際の測定値に比較的近く、相対的に言って、翌年の単位面積当たりの灌漑水需要量を比較的正確に予測することができ、これにより、翌年度の総水需要量予測の正確性が保証される。