冬小麦种植面积空间抽样样本布局的优化设计

• 作者: 刘佳 周清波 王迪 陈仲新
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 空间抽样 冬小麦 种植面积 样本布局 地统计学 空间相关性
• 年，卷（期）: 2014,（18）
• 所属期刊栏目: 耕作栽培?生理生化?农业信息技术
• 页码范围: 3545-3556
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.18.003

摘要

【目的】样本布局是空间抽样调查方案设计中的关键要素。优化设计样本布局对于提高抽样样本对总体的代表性、降低抽样调查成本、改善抽样外推总体精度具有重要意义。论文针对现有农作物种植面积空间抽样调查技术体系中存在样本布局设计合理性不足的问题（如采用简单随机抽样进行样本布局设计时，无法保证各样本单元间相互独立、彼此间不存在空间相关性；而以往系统等距布样方式又存在样本间隔的制定缺乏科学依据），进一步提高现行农作物种植面积空间抽样调查效率。【方法】选取安徽省蒙城县和冬小麦种植面积为研究区和研究对象，以正方形网格作为抽样基础单元，基于蒙城县2009年和2010年的冬小麦空间分布数据（分别源自 ALOS AVNIR-2和Landsat5 TM影像提取结果），通过地统计学理论与“3S”技术（遥感、地理信息系统和全球定位技术）及传统抽样方法相结合，首先，设计8种抽样单元尺寸水平，利用不同种尺寸水平的抽样单元离散抽样区、构建抽样框；其次，选取简单随机抽样方法初选样本单元，利用初选样本构建抽样单元内冬小麦种植面积比例的变异函数理论模型，基于该模型分析抽样单元间空间关联性和异质性，定量确定抽样单元空间关联阈值；然后，遵循传统抽样理论要求样本间相互独立原则，以抽样单元空间关联阈值为抽样间隔，采用空间系统等距的布局方式对冬小麦种植面积空间抽样样本布局进行了优化设计；最后，以简单随机抽样方法为对照，选取抽样外推总体相对误差、总体总值估计量的变异系数（CV）及样本容量为评价指标，对布局优化设计后的抽样样本外推总体精度、稳定性（通过变异系数反映）及抽样成本（通过样本容量反映）进行定量评价试验研究。【结果】抽样单元内冬小麦种植面积比例的变异性随单元尺度的增大而增大，8种单元尺度下的抽样单元内冬小麦种植面积比例的变异系数变化范围为32.75%-43.46%，属中等变异；抽样单元内冬小麦种植面积比例在一定范围内存在强烈的空间相关性，该空间相关性主要由结构性因素（如气候、地形、土壤类型等自然因素）决定。抽样单元内冬小麦种植面积比例的空间关联阈值随抽样单元尺寸的增大而增大；当抽样单元尺寸较小时（500 m×500 m-2000 m×2000 m），在样本容量相同条件下，经布局优化设计后的抽样样本外推总体的相对误差和变异系数明显低于简单随机抽样；当抽样单元尺寸较大时（2500 m×2500 m-4000 m×4000 m），布局优化设计后的抽样样本外推总体的相对误差和变异系数虽未明显降低，但样本容量却显著减小。【结论】该文可为改善农作物种植面积空间抽样调查效率提供试验依据。