技术领域
[0001] 本
发明涉及草地遥感动态监测与放牧预警技术领域，尤其涉及一种草畜动态遥感监测及放牧预警方法。
背景技术
[0002] 天然草地合理利用是草地
畜牧业发展的重要方向“,生态、绿色、健康”是草地畜牧业发展的重要标志。“如何在保护好生态环境的同时，发展好草地畜牧业是青海省等广大牧区生态建设面临的重大课题”。该地区生态环境保护与草地畜牧业的关系在“保护与发展，促进与调控,推进与限制”之间无疑存在着许多的矛盾和问题，其焦点反映在草畜优化生产模式的建立上，实行草畜优化生产模式是从根本上保护生态环境的有效途径。草畜优化生产模式的核心是草畜营养平衡，草畜营养平衡是实现这一目标的根本所在。
[0003] 草畜营养平衡是
基础，是保护“生态环境”的重要基础工作。近年来，国内外对“草畜平衡”的研究，正在发生着根本性的变化，已从原来仅仅以“牧草与
家畜”数量之间的一般平衡进入到“牧草与家畜”之间的营养平衡为主导方向。“草畜平衡”含义不仅是指牧草数量与家畜数量之间的“数量”平衡关系，更重要的是要达到“营养”平衡关系，只有达到营养平衡关系才能保证草畜平衡，才能真正建立优化合理的草畜生产模式。
[0004] 基于遥感技术具有的大尺度、大范围、多时相的优点，充分发挥高
光谱遥感在草地动态预测和监测中的先进性，使其发展成为天然草地合理利用，保护生态并提高畜牧业经济效益的重要技术，从而实现动态的草畜营养平衡。草畜优化模式的关键是动态监测及管理载畜量的问题，提高草地载畜量从而提高草畜平衡点，是实现草畜营养平衡的一条重要途径。
[0005] 目前，国内外关于草地遥感动态监测与放牧预警的研究主要分析草场信息获取、全国及省级草畜平衡、草地营养参数反演及草地退化监测等内容，而未建立基于草畜营养平衡的动态监测与放牧预警方法，这方面研究还很有限，不能全面、深入，定量的服务于高效放牧技术
支撑研究。
[0006] 基于上述分析，建立草地遥感动态监测与放牧预警是生态环境保护及合理利用的重要技术，也是我国遥感精细监测，动态分析，开展信息化平台的重要工作。
发明内容
[0007] 本发明要解决的技术问题是如何利用高分遥感数据进行草地遥感动态监测与放牧预警，如何克服
现有技术中的定量研究的不足，形成基于高分遥感数据的草畜动态高分遥感监测及放牧预警方法。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0009] 一种草畜动态遥感监测及放牧预警方法，包括：
[0010] 步骤S1、利用遥感影像处理工具处理多源遥感数据，计算得到设定年份内每月的地物反射率影像数据集；在地物反射率影像数据集中，计算植被指数模型，结合实地采集实验室分析营养数据，将计算的指标指数作为X，将营养数据作为Y，通过二次多项式Y＝aX2+bX+c，将Y和X进行拟合反演，通过均方误差根(RMSE)和拟合度(R2)的大小，选择最优植被指数模型，最终反演牧草营养价值的系列营养参数；
[0011] 步骤S2、基于牧草营养价值的系列营养参数，综合分析家畜放牧制度及轮牧路线，分析每一时间段内轮牧小区家畜结构及营养需求，将每一个放牧时期内家畜的结构、数量、营养需求、营养补饲等信息，按照放牧时间及所占时间比例，剖分到设定年份内的每个月际，在每个月际中，将家畜营养需求及营养补饲信息，折算为每个月际的家畜载畜量数值，最终得到月际家畜营养动态数据；
[0012] 步骤S3、通过载畜量计算方法，从数量载畜量及营养载畜量这两个层次分别监测计算草地的家畜载畜量；
[0013] 步骤S4、按照草畜数量平衡及草畜营养平衡分析，逐月逐小区分析营养供需，基于月际家畜营养动态数据和监测计算草地的家畜载畜量数据进行对比，形成载畜量超载与否判定，结合冷季营养补饲信息，提出监测预警及提出建议，并在采取预警建议后，重新计算平衡情况并更新预警。
[0014] 所述步骤S1中，所述植被指数包括NDVI、EVI、RVI、PVI和/或MSAVI植被指数。
[0015] 所述步骤S1中，所述系列营养参数包括
生物量(BM)、
粗蛋白(CP)、中性洗涤
纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、
钙(Ca)和/或磷(P)参数。
[0016] 所述步骤S2中，所述折算为每个月际的家畜载畜量数值，包括：
[0017]
绵羊1个羊单位，公羊母羊羯羊1个羊单位，公
牛母牛为5个羊单位，犊牛为2个羊单位，羔羊为0.6个羊单位。
[0018] 所述步骤S2中，所述营养补饲的折算，是将补饲
饲料以
含水量14％，粗蛋白含量17％，DCP消化率71.19％，每羊单位需要1.33kg干物质或0.2kg的DCP为参数进行补饲精料载畜量折算。
[0019] 所述步骤S3中，营养载畜量是指依据草地营养物质输出量和家畜对营养的实际需求计算载畜量。
[0020] 所述步骤S3中，计算模型分别为：
[0021] 1)
[0022] 2)
[0023] 3)
[0024] 4)
[0025] 其中，所述蛋白DCP(Digestible Crude Protein)载畜量是指按粗蛋白的可消化率求出DCP的百分数，计算每个羊单位DCP日需量与草场DCP供给量；所述DM(Dry Matter)表示牧草干物质，ΣX表示通过步骤S1计算反演的营养参数逐像元统计营养含量的总量，0.5及0.6表示暖季及冷季草地牧草利用率，放牧天数(d)表示每个月际的天数，1.33表示每个羊单位每天需要1.33kg干草，0.0539表示每个羊单位每天需要0.0539kg可消化粗蛋白，0.6225表示暖季牧草可消化利用率为62.25％，0.39表示冷季牧草可消化利用率为39％。
[0026] 所述步骤S4中，所述结合冷季营养补饲信息，是指综合考虑草地营养月际变化动态，结合家畜对各营养指标的需求，分析草地营养供需盈缺及平衡情况，为全年哪些月份需要补饲、补饲饲料类型(例如高
能量饲料、高蛋白饲料、钙磷平衡补饲饲料等)提出建议。
[0027] 所述步骤S4中，所述提出监测预警及提出建议，是在逐月逐小区中，对基于步骤S2计算的月际家畜营养动态数据和基于步骤S3反演监测的草地的家畜载畜量数据进行对比，若实际载畜量大于监测的载畜量，则预警本小区超载，提出建议该小区应该到别的小区放牧，或者按照步骤S3的营养参数，计算并提示该小区需要补饲多少量的饲料，以此类推，逐月计算全部小区并给出预警提示。
[0028] 所述步骤S4中，所述重新计算平衡情况并更新预警，是在各小区采取上述预警建议后，将调整后的家畜信息或补饲的饲料信息，及时更新到监测预警系统进行平衡分析，再次提出监测预警及建议的动态过程。
[0029] 本发明的有益效果是：
[0030] 通过对草地营养遥感动态监测各环节指标进行定量化研究，从而可以实现对草畜营养平衡及放牧监测预警的定量研究，保证了较高
精度的反映划区牧场的草地营养变化以及草畜营养平衡动态，为营养平衡决策提供更精确的信息。
附图说明
[0031] 图1所示为本发明具体实施方式涉及的草畜遥感定量监测及放牧预警方法
流程图。
具体实施方式
[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0033] 实施例一
[0034] 如图1所示，本发明实施例一提供了一种草畜动态遥感监测及放牧预警方法，包括：
[0035] 步骤S1、利用遥感影像处理工具处理多源遥感数据，计算得到设定年份内每月的地物反射率影像数据集；在地物反射率影像数据集中，计算植被指数模型，结合实地采集实验室分析营养数据，将计算的指标指数作为X，将营养数据作为Y，通过二次多项式Y＝aX2+bX+c，将Y和X进行拟合反演，通过均方误差根(RMSE)和拟合度(R2)的大小，选择最优植被指数模型，最终反演牧草营养价值的系列营养参数；
[0036] 步骤S2、基于牧草营养价值的系列营养参数，综合分析家畜放牧制度及轮牧路线，分析每一时间段内轮牧小区家畜结构及营养需求，将每一个放牧时期内家畜的结构、数量、营养需求、营养补饲等信息，按照放牧时间及所占时间比例，剖分到设定年份内的每个月际，在每个月际中，将家畜营养需求及营养补饲信息，折算为每个月际的家畜载畜量数值，最终得到月际家畜营养动态数据；
[0037] 步骤S3、通过载畜量计算方法，从数量载畜量及营养载畜量这两个层次分别监测计算草地的家畜载畜量；
[0038] 步骤S4、按照草畜数量平衡及草畜营养平衡分析，逐月逐小区分析营养供需，基于月际家畜营养动态数据和监测计算草地的家畜载畜量数据进行对比，形成载畜量超载与否判定，结合冷季营养补饲信息，提出监测预警及提出建议，并在采取预警建议后，重新计算平衡情况并更新预警。
[0039] 所述步骤S1中，所述植被指数包括NDVI、EVI、RVI、PVI和/或MSAVI植被指数。
[0040] 所述步骤S1中，所述系列营养参数包括生物量(BM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、钙(Ca)和/或磷(P)参数。
[0041] 所述步骤S2中，所述折算为每个月际的家畜载畜量数值，包括：
[0042] 绵羊1个羊单位，公羊母羊羯羊1个羊单位，
公牛母牛为5个羊单位，犊牛为2个羊单位，羔羊为0.6个羊单位。
[0043] 所述步骤S2中，所述营养补饲的折算，是将补饲饲料以含水量14％，粗蛋白含量17％，DCP消化率71.19％，每羊单位需要1.33kg干物质或0.2kg的DCP为参数进行补饲精料载畜量折算。
[0044] 所述步骤S3中，营养载畜量是指依据草地营养物质输出量和家畜对营养的实际需求计算载畜量。
[0045] 所述步骤S3中，计算模型分别为：
[0046] 1)
[0047] 2)
[0048] 3)
[0049] 4)
[0050] 其中，所述蛋白DCP(Digestible Crude Protein)载畜量是指按粗蛋白的可消化率求出DCP的百分数，计算每个羊单位DCP日需量与草场DCP供给量；所述DM(Dry Matter)表示牧草干物质，ΣX表示通过步骤S1计算反演的营养参数逐像元统计营养含量的总量，0.5及0.6表示暖季及冷季草地牧草利用率，放牧天数(d)表示每个月际的天数，1.33表示每个羊单位每天需要1.33kg干草，0.0539表示每个羊单位每天需要0.0539kg可消化粗蛋白，0.6225表示暖季牧草可消化利用率为62.25％，0.39表示冷季牧草可消化利用率为39％。
[0051] 所述步骤S4中，所述结合冷季营养补饲信息，是指综合考虑草地营养月际变化动态，结合家畜对各营养指标的需求，分析草地营养供需盈缺及平衡情况，为全年哪些月份需要补饲、补饲饲料类型(例如高能量饲料、高蛋白饲料、钙磷平衡补饲饲料等)提出建议。
[0052] 所述步骤S4中，所述提出监测预警及提出建议，是在逐月逐小区中，对基于步骤S2计算的月际家畜营养动态数据和基于步骤S3反演监测的草地的家畜载畜量数据进行对比，若实际载畜量大于监测的载畜量，则预警本小区超载，提出建议该小区应该到别的小区放牧，或者按照步骤S3的营养参数，计算并提示该小区需要补饲多少量的饲料，以此类推，逐月计算全部小区并给出预警提示。
[0053] 所述步骤S4中，所述重新计算平衡情况并更新预警，是在各小区采取上述预警建议后，将调整后的家畜信息或补饲的饲料信息，及时更新到监测预警系统进行平衡分析，再次提出监测预警及建议的动态过程。
[0054] 一具体实施例：
[0055] 在青海省海晏县划区牧场实施该技术方案，如图1所示，一种草畜遥感定量监测及放牧预警方法，包括以下步骤：
[0056] (1)选择地势相对平坦，草地类型有3-5种，草地
覆盖比较复杂，牧场包括冬季草场、夏季草场或包括冬季草场、夏季草场及秋季草场的具有完整轮牧周期的划区放牧草场为研究区。
[0057] (2)采用野外实测法，逐月在各轮牧小区采集牧草样品，并分析测定对应的牧草营养价值。至少采集3个样方，样方大小为1平方米，齐地面采集，样方间隔大于200米，测定方法采用国标法。
[0058] (3)选择高
分辨率遥感影像(GF1、GF2、ZY等)进行影像预处理，归档逐月数据集，计算NDVI、EVI、RVI及MSAVI等4种植被指数，同时多源数据融合为高精度底图，结合上面分析所得营养家畜，建模反演牧草营养含量动态图。
[0059] (4)分析研究区放牧制度，基于高精度底图协同差分GPS精确
定位牧场边界。
[0060] (5)基于以上牧草营养价值，牧草边界及家畜放牧制度，分轮牧区分时段计算各轮牧小区草地牧草营养输出量，数量及营养载畜量。
[0061] (6)基于家畜放牧制度及畜群结构调整，将家畜信息转化为羊单位，并细化落实到轮牧小区及逐月细度网格。
[0062] (7)按照家畜干物质需求量及可消化蛋白需求量标准，计算各轮牧小区逐月的家畜营养需求量，数量载畜量及营养载畜量。
[0063] (8)对照分析草营养输出量，数量及营养载畜量与家畜营养需求量，数量载畜量及营养载畜量，进行草畜营养平衡核算分析
[0064] (9)基于上一步草畜营养平衡核算结果，将补饲
饲草料折算为家畜数量及营养载畜量，结合家畜生长繁殖营养需求特性，提出草畜营养平衡决策以及下一步放牧及补饲预警信息。
[0065] 本发明实施例一的有益效果是：
[0066] 通过对草地营养遥感动态监测各环节指标进行定量化研究，从而可以实现对草畜营养平衡及放牧监测预警的定量研究，保证了较高精度的反映划区牧场的草地营养变化以及草畜营养平衡动态，为营养平衡决策提供更精确的信息。
[0067] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0068] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，
说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模
块并不一定是本发明所必须的。
[0069] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。
