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龙图腾网获悉中国农业大学申请的专利一种多目标、多尺度的作物种植结构优化方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116797046B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-01发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310786286.X，技术领域涉及：G06Q10/0637；该发明授权一种多目标、多尺度的作物种植结构优化方法是由牛俊;刘琦;廖德海;卫文婷设计研发完成，并于2023-06-29向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种多目标、多尺度的作物种植结构优化方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于多尺度、全方位评价的作物种植结构优化方法，利用SWAT‑WF分布式水文模型模拟区域作物水分生产力和生产水足迹，建立以最大化区域经济水生产力、最小化蓝水依赖度和最小化灰水足迹为目标的多目标空间作物种植结构优化模型；结合多层次效益指标，构建基于地区、省份和国家尺度的全面评价指标体系；通过熵权‑TOPSIS综合评价模型，从而实现了多种作物种植结构优化方案的优选。本发明所述方法考虑区域内的综合效益和对区域外粮食贸易格局的影响，为区域的种植布局调整提供合理建议，对多尺度农业系统的可持续发展具有重要意义。

本发明授权一种多目标、多尺度的作物种植结构优化方法在权利要求书中公布了：1.一种基于多目标、多尺度的作物种植结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：选取拟种植农作物的区域作为作物种植结构优化研究区，确定主要农作物种植种类，构建区域作物生长与生产水足迹模拟模型； 步骤2：基于作物生产水足迹与区域供需平衡分析确定虚拟水贸易对象，设定贸易系数，确定区域作物种植结构优化方案； 步骤3：构建区域多目标作物种植结构优化模型，在各优化方案下实现区域种植结构最优布局调整； 所述步骤3包括作物生长空间适宜性分析和区域多目标作物种植结构优化模型构建两个过程；其中，所述作物生长空间适宜性分析是对特定区域种植某种作物的适宜程度做出定性定量评价的过程，用于预测区域的作物生产潜力和限制；所述作物生长的适宜性以适宜性指数进行衡量，该适宜性指数是各评价指标隶属度值与指标权重的乘积，数值介于0-1之间；所述评价指标包括八项土壤因子和两项地形因子，所述八项土壤因子包括土壤质地、容重、pH值、全氮、碱解氮、速效磷、有效钾和有机质；两项地形因子包括高程和坡度；依据S型函数为各类作物的多项评级指标确定隶属度数值，以偏最小二乘回归方法计算各评价指标对作物水分生产力变化的贡献率，并以贡献率作为各指标的指标权重，计算公式表示为如式1所示： 式中：Wi为第i个评价指标因素对作物水分生产力变化的贡献率；VIPi为第i个指标因素的变量投影重要性；R代表PLS回归模型的复相关系数，通过SPSS软件计算；n代表PLS回归模型中评价指标的个数； 利用自然断点法将每种作物的适宜性划分为5个等级，等级越高，适宜性越低； 所述区域多目标作物种植结构优化模型以元胞自动机和SWAT模型为基础进行构建，以作物种植的栅格单元为元胞，整个研究区的网格单元矩阵为元胞空间，以摩尔型邻居，即围绕中心细胞8个方向的栅格为元胞邻居；将转换规则作为决定每个元胞单元下一状态的依据，考虑模型中设定的限制条件；所述区域多目标作物种植结构优化模型以提升经济水分生产力EWP作为经济层面的优化目标，以降低蓝水依赖度BWFrate作为资源层面的优化目标，以减少灰水足迹GWFgrey作为生态效益层面的优化目标；其中，BWFrate是作物生产的蓝水足迹与作物水足迹总量的比值，BWFrate越小代表作物生产对农业灌溉的依赖程度越小，即水资源的利用效率越高；利用归一化处理解决多目标规划中多个目标函数量纲不统一问题； 步骤4：量化区域种植结构变化对省域粮食供需平衡状态的影响以及省际间粮食贸易格局的改变； 步骤5：结合多层次效益指标，构建基于地区、省份和国家尺度的全面评价指标体系； 所述步骤5中建立基于区域、省和国家三个尺度的多层次效益评价指标体系，用于从不同的贸易组合中选择最优方案，即选择区域内效益最大、对区域外粮食贸易负面影响最小的贸易系数组合；所述评价指标体系的顶层为目标层，即区域不同贸易组合方案；第二层是标准层，包括区域效益、省级效益和国家效益；第三层是指标层，由各尺度的相关效益指标组成，具体是以经济收入、蓝水依赖度和灰水足迹三项指标代表区域效益指标；将粮食贸易收入和环境可持续性指数作为省级效益指标；将总运输成本、贸易能值节约以及贸易不可再生能值节约三项指标作为国家效益指标；所述经济收入由作物产量与单位产量的净收益来计算，所述灰水足迹GWFgrey由SWAT-WF模型模拟获得，所述蓝水依赖度根据式5计算；所述粮食贸易收入以省域的粮食贸易交易额差来量化，所述总运输成本以运价与运量的乘积进行计算；环境可持续指数、贸易能值节约和贸易不可再生能值节约与能值系统的计算相关，具体的指标含义和计算公式如式12-14所示： 式中：ESI代表环境可持续指数，EYR和ELR分别代表系统产出率与环境负载率，U、P、S分别代表作物生产的总能值消耗、采购资源和服务资源，R和N分别代表能值投入的可再生部分和不可再生部分；Usaving和UNsaving分别代表多种作物贸易格局的贸易能值节约量与贸易不可再生能值节约量，当作物从生产能值低的地区贸易至能值高的地区就代表能值节约；X代表作物总量，UEVi,a和UEVi,b分别代表在a省和b省生产单位产量作物i的能值消耗量，UEVN代表单位产量作物的不可再生能值量；TVi,a,b代表作物i从a省到b省的贸易量； 步骤6：基于所构建的全面评价指标体系与熵权-TOPSIS综合评价模型，评选种植结构优化方案，确定出适合区域发展的最优种植布局。

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