CN112772098A - 一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，属于农业灌溉施肥技术领域。通过处理带有坐标系的土壤或作物信息点数据集，采用反距离权重法，完成点数据到面数据的转换，生成管理区划分所需要的底图；然后采用自然间断点法进行分级归类，划分灌溉施肥等级；根据分类结果及大型喷灌机机组参数，生成若干个大管理区与小管理区；最后生成灌溉施肥处方图。该方法可以根据土壤、作物实时情况及大型喷灌机机组信息精准划分管理区，然后进行变量灌溉施肥，可以节约水肥资源，提高喷灌水肥利用效率与机械化程度，实现定点定量灌溉施肥，为精准农业的发展提供帮助。

Description

一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法

技术领域

本发明属于农业灌溉施肥技术领域，特别涉及一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法。

背景技术

随着我国农业生产集约化、规模化的不断发展，在农田尺度内往往采用统一种植管理方式。然而，大农田尺度中土壤物理特性、作物实时生长情况多存在较大差异，若仍采用统一的灌溉施肥将会引起局部地块的灌水施肥过多或不足，不但会导致作物长势不均，还会降低水分与肥料利用效率。大型喷灌机(圆形喷灌机和平移式喷灌机)作为适应规模化、集约化生产的高效节水灌溉机组，具有机组控制面积大、自动化程度高、适用性强等优点，已成为精准水肥管理的最佳执行平台。田块管理区划分是大型喷灌机变量灌溉施肥技术得以实现的前提，因此针对同一田块内不同土壤或作物生长特性，将田块划分成不同灌溉施肥需要量的管理区，以实现大型喷灌机条件下特定土壤、作物的变量灌溉施肥，充分挖掘整个田块作物生产潜力。因此，管理区划分的科学性和合理性对变量灌溉施肥***的控制精度、投资成本与经济效益均具有重要意义。

综上，如何提供一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，以提高喷灌水肥利用效率，实现定点定量灌溉施肥，并为精准农业的发展提供帮助，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据灌溉施肥位置的边界坐标确定田块位置信息，确定大型喷灌机灌溉施肥管理区域；

步骤2：采用反距离权重法对带有坐标系的土壤或作物信息点数据集进行插值分析补全数据，完成点数据到面数据的转换，生成灌溉施肥管理区划分所需要的底图；

步骤3：利用自然间断点法对数据进行分级归类，采用拟合度判断分类结果的好坏；

步骤4：根据分类结果，生成若干个灌溉施肥大管理区与小管理区；

步骤5：根据灌溉施肥方案生成灌溉施肥处方图，控制大型喷灌机及施肥装置执行自动变量灌溉施肥。

优选的在步骤1中，将灌溉施肥位置的边界坐标最小值与最大值转换到平面直角坐标，为最小值A(X₁，Y₁)及最大值B(X₂，Y₂)，则灌溉施肥管理区域的长度为n和m，其中，n＝X₂-X₁，m＝Y₂-Y₁；生成(n×m)/s个空数据集，向上取整，s为数据集的单位长度，并依次编号为P₁₁、P₁₂…P_1m，P₂₁、P₂₂…P_2m直到P_n1、P_n2……P_nm，然后计算所有数据集间的间距。

优选的，在步骤2中，根据带有地理信息的土壤或作物数据集、边界坐标、分组数、迭代次数、插值分析所使用的已知点个数，采用反距离权重插值法完成点数据到面数据的转换，生成管理区划分所需要的底图，其步骤包括：

A1：将所有采集数据转换为UTM平面直角坐标系，转换后为(x_i，y_i，z_i)，其中x_i、y_i为坐标值，z_i为表征土壤或作物信息的值；

A2：如果X₁≤x_i＜X₁+1×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P₁₁，结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P₁₂,否则继续循环；

否则如果X₁+1×s≤x_i＜X₁+2×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P₂₁,结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P₂₂,否则继续循环；

直至循环到是否X₁+n×s≤x_i＜X₁+(n+1)×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P_n1，结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P_n2，否则继续循环；

A3：对各数据集P中的z值求平均，记做

A4：如果某z值为0，寻找与其间距最小的k个已知z值，按照下式计算其估计

值

权重

估计

值，

其中，W_i为已知点i对于未知点的权重；d_i为已知点i与未知点距离，k为已知点个数；

为各数据集平均值。

优选的，在步骤3中，采用自然间断点法聚类分区的步骤包括：

B1：假设分为j级，对所有z值按照从小到大的顺序排序，第1级中数据量为等于(n×m)/j，且向下取整，前j-1级中数据量与第1级相同，第j级中的数据量为剩下的z值；

B2：计算整体的偏差平方和d

其中

为整体的平均值；

计算各级均值的平均偏差平方和的总和

其中

为各级平均值，n₁、n₂、…n_j为各级中数据量；

B3：计算拟合度GFV

B4：重复步骤B2和B3，进行迭代；

B5：GFV越接近1越好，该组合为最优组合。

优选的，在步骤4中，根据权利要求4所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤4中，根据喷灌机机组长度、喷头数量及喷头间距进行分区，其中大分区的划分依据为喷灌机的运行方向，小分区的划分依据为喷灌机喷头数量及喷头间距。对于圆形喷灌机，以中心支轴为中心，沿行走旋转方向划分角度不同的扇形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及喷头间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区。对于平移式喷灌机，则沿喷灌机行走方向划分若干个矩形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及喷头间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区。

优选的，在步骤5中，根据灌溉施肥方案生成灌溉施肥处方图，计算各管理区的喷灌机行走速度、喷头电磁阀占空比及施肥装置的注肥流量，执行自动变量灌溉施肥。

优选的，带有地理信息的数据集包括土壤表观电导率、土壤有效养分含量、植株高度、冠气温差、植株冠层光谱指数、叶绿素值、植株地上部分氮积累量。

优选的，在步骤2中，在插值分析前，将带有地理信息的数据及转换成平面直角坐标数据。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：本发明的一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，可以根据土壤、作物实时情况及大型喷灌机机组信息精准划分管理区，并通过采用大型喷灌机进行变量灌溉施肥，节约水肥资源，提高机械化程度。

附图说明

图1为本发明生成数据空间分布图步骤图；

图2为本发明生成的大型喷灌机变量灌溉施肥管理区划分步骤图；

图3为本发明生成的圆形喷灌机变量灌溉施肥管理区示意图；

图4为本发明生成的平移式喷灌机变量灌溉施肥管理区示意图；

图5为本发明的优选实施例生成的分区结果；

图6为本发明的优选实施例生成的灌溉施肥处方图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图，对本发明的一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法进行详细描述。

如图1-图3所示，一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据灌溉施肥位置的边界坐标确定田块位置信息，确定大型喷灌机灌溉施肥管理区域；

步骤2：采用反距离权重法对带有坐标系的土壤或作物信息点数据集进行插值分析补全数据，完成点数据到面数据的转换，生成灌溉施肥管理区划分所需要的底图；

步骤3：利用自然间断点法对数据进行分级归类，采用拟合度判断分类结果的好坏；

步骤4：根据分类结果，生成若干个灌溉施肥大管理区与小管理区；

步骤5：根据灌溉施肥方案生成灌溉施肥处方图，控制大型喷灌机及施肥装置执行自动变量灌溉施肥。

优选的，在步骤1中，将灌溉施肥位置的边界坐标最小值与最大值转换到平面直角坐标，为最小值A(X₁，Y₁)及最大值B(X₂，Y₂)，则灌溉施肥管理区域的长度为n和m，其中，n＝X₂-X₁，m＝Y₂-Y₁；生成(n×m)/s个空数据集，向上取整，s为数据集的单位长度，并依次编号为P₁₁、P₁₂…P_1m，P₂₁、P₂₂…P_2m直到P_n1、P_n2……P_nm，然后计算所有数据集间的间距。

优选的，在步骤2中，根据带有地理信息的土壤或作物数据集、边界坐标、分组数、迭代次数、插值分析所使用的已知点个数，采用反距离权重插值法完成点数据到面数据的转换，生成管理区划分所需要的底图，其步骤包括：

A1：将所有采集数据转换为UTM平面直角坐标系，转换后为(x_i，y_i，z_i)，其中x_i、y_i为坐标值，z_i为表征土壤或作物信息的值；

A2：如果X₁≤x_i＜X₁+1×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P₁₁，结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P₁₂,否则继续循环；

否则如果X₁+1×s≤x_i＜X₁+2×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P₂₁,结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P₂₂,否则继续循环；

直至循环到是否X₁+n×s≤x_i＜X₁+(n+1)×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P_n1，结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P_n2，否则继续循环；

A3：对各数据集P中的z值求平均，记做

A4：如果某z值为0，寻找与其间距最小的k个已知z值，按照下式计算其估计

值，

权重

估计

值，

其中，W_i为已知点i对于未知点的权重，d_i为已知点i与未知点距离，k为已知点个数，

为各数据集平均值。

优选的，在步骤3中，采用自然间断点法聚类分区的步骤包括：

B1：假设分为j级，对所有z值按照从小到大的顺序排序，第1级中数据量为等于(n×m)/j，且向下取整，前j-1级中数据量与第1级相同，第j级中的数据量为剩下的z值；

B2：计算整体的偏差平方和d

其中

为整体的平均值；

计算各级均值的平均偏差平方和的总和

其中

为各级平均值，n₁、n₂、…n_j为各级中数据量；

B3：计算拟合度GFV

B4：重复步骤B2和B3，进行迭代；

B5：GFV越接近1越好，该组合为最优组合。根据喷灌机机组长度、喷头数量及喷头间距进行分区，其中大分区的划分依据为喷灌机的运行方向，小分区的划分依据为喷灌机喷头数量及喷头间距。对于圆形喷灌机，以中心支轴为中心，沿行走旋转方向划分角度不同的扇形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及喷头间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区。对于平移式喷灌机，则沿喷灌机行走方向划分若干个矩形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及喷头间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区。

优选的，在步骤5中，根据灌溉施肥方案生成灌溉施肥处方图，计算各管理区的喷灌机行走速度、喷头电磁阀占空比及施肥装置的注肥流量，执行自动变量灌溉施肥。

优选的，带有地理信息的数据集包括土壤表观电导率、土壤有效养分含量、植株高度、冠气温差、植株冠层光谱指数、叶绿素值、植株地上部分氮积累量。

优选的，在步骤2中，在插值分析前，将带有地理信息的数据及转换成平面直角坐标数据。

优选的，在步骤3中，使用自然间断点法进行分级归类，采用拟合度GFV判断分类结果的好坏，GFV越接近1越好。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合优选实施例和附图，对本发明进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不限制本发明。下面以一工程实例具体说明设计步骤：

某地块边界以球面坐标系表示的最小值坐标A(X₁，Y₁)为(115.850866°，39.460402°)和最大值坐标B(X₂，Y₂)为(115.851661°，39.461052°)，转换为UTM平面直角坐标分别为A(4403984.768767896,39450223.713761464)和B(4404184.020349907,39450414.229417)，取整为A(4403985,39450224)和B(4404184,39450414)。该地块采用圆形喷灌机进行变量灌溉施肥。

(1)将地块内的29个土壤表观电导率数据集转换为平面直角坐标为(x_i，y_i，z_i)。其中(x_i，y_i)平面直角坐标，单位为m；z_i为对应坐标点0～90cm土层深度的土壤表观电导率值，单位为mS/m。利用横墨卡托投影原理，采用UTM***进行转换，转换后的结果分别为(4404117,39450268,2)、(4404001,39450272,7)、(4404053,39450338,5)、(4404161,39450364，14)、(4404025,39450228,7)、(4403993,39450344,10)、(4404001,39450308,10)、(4404037,39450400,7)、(4404149，39450272,9)、(4404065，39450232,11)、(4404101，39450348,8)、(4404117,39450264,13)、(4404161,39450308,11)、(4404169,39450308,4)、(4404025,39450352,9)、(4404093,39450388,10)、(4404149,39450372,7)、(4404093,39450316,11)、(4404061,39450252,6)、(4404093,39450312,4)、(4404117,39450364,7)、(4404137,39450236,10)、(4404169,39450224,10)、(4403989,39450388,3)、(4404053,39450236,5)、(4404013,39450316,3)、(4404133,39450392,12)、(4404161,39450356,7)、(4404093,39450248,3)。

(2)划分灌溉施肥单元区域。

①计算圆形喷灌机变量灌溉施肥区域

为方便列取数据，本实施例将灌溉施肥单元长度设置为s＝40m，则n＝(X₂-X₁)/s＝(4404184.020349907-4403984.768767896)/40＝4.98m＝(Y₂-Y₁)/s＝(39450414.229417-39450223.713761464)/40＝4.75(两者都向上取整)

所以灌溉施肥管理区域为5×5个边长为40m的正方形。

②生成25个空数据集，并依次编号为P₁₁、P₁₂、P₁₃…P₁₅、P₂₁、P₂₂…P₂₅直到P₅₁、P₅₂……P₅₅。

③计算所有数据集的间距得到表1，计算公式如下，例如P_ab、P_AB的间距为

则P₂₁与P₅₅的间距为

表1点的间距表

(3)针对数据采集过程中遇到的某些特殊情况导致某一区域内的空值，采用反距离权重法对控制区域进行插值分析，z_i为坐标为(x_i，y_i)点的土壤表观电导率值。

首先对数据集进行分组，对于(x,y,z)＝(4404117,39450268,2),因为X₁+3×40≤x＜X₁+4×40且Y₁+1×40≤y＜Y₁+2×40，所以该数据集归属于P₄₂，其他数据集分组规则与此相同，具体分组如下：

数据集P₁₁为空集，P₂₁＝{7,5,6}、P₃₁＝{11,3}、P₄₁＝{10}、P₅₁＝{10}、P₁₂＝{7}、P₂₂＝空集、P₃₂＝空集、P₄₂＝{2,13}、P₅₂＝{9}、P₁₃＝{10,3}、P₂₃为空集、P₃₃＝{11,4}、P₄₃为空集、P₅₃＝{11,4}、P₁₄＝{10}、P₂₄＝{9}、P₃₄＝{8}、P₄₄＝{7,7}、P₅₄＝{7,14}、P₁₅＝{3}、P₂₅＝{5,7}、P₃₅＝{10}、P₄₅＝{12}、P₅₅为空集。

其次对各数据集P中的z值求平均，记做

分别为

最后进行插值，由于数据集P₁₁、P₂₂、P₃₂、P₂₃、P₄₃、P₅₅中

寻找与其间距最小的前12个已知z值，按照下式计算其估计

值，即为未知点的土壤表观电导率值

权重

估计

值，

其中，W_i为已知点i对于未知点的权重；d_i为已知点i与未知点距离，12为已知点个数。

插值后各数据集的z值结果如下：P₁₁＝{7.0}，P₂₁＝{6}、P₃₁＝{7}、P₄₁＝{10}、P₅₁＝{10}、P₁₂＝{7}、P₂₂＝{7.3}、P₃₂＝{7.6}、P₄₂＝{7.5}、P₅₂＝{9}、P₁₃＝{6.5}、P₂₃＝{7.6}、P₃₃＝{7.5}、P₄₃＝{8.2}、P₅₃＝{7.5}、P₁₄＝{10}、P₂₄＝{9}、P₃₄＝{8}、P₄₄＝{7}、P₅₄＝{10.5}、P₁₅＝{3}、P₂₅＝{6}、P₃₅＝{10}、P₄₅＝{12}、P₅₅＝{9.4}。

(4)采用自然间断点法对数据进行分级归类，采用拟合度GFV判断分类结果的好坏。

①将所有数据按照降序分为3级，对所有z值按照从小到大的顺序排序，第1级中数据量为等于25/3＝8.33，根据分级规则，第1,2和3级的数据量分别为8，8和9。分级如下：

第一级为P₁₅＝{3}、P₂₁＝{6}、P₂₅＝{6}、P₁₃＝{6.5}、P₁₁＝{7.0}、P₃₁＝{7}、P₁₂＝{7}、P₄₄＝{7}；

第二级为P₂₂＝{7.3}、P₄₂＝{7.5}、P₃₃＝{7.5}、P₅₃＝{7.5}、P₃₂＝{7.6}、P₂₃＝{7.6}、P₃₄＝{8}、P₄₃＝{8.2}；

第三级为P₅₂＝{9}、P₂₄＝{9}、P₅₅＝{9.4}、P₄₁＝{10}、P₅₁＝{10}、P₁₄＝{10}、P₃₅＝{10}、P₅₄＝{10.5}、P₄₅＝{12}。

②计算整体的偏差平方和d

其中

为整体的均值；

计算三级均值的偏差平方和的总和

其中n₁，n₂，n₃分别为第1,2和3级的数据量，即8，8，9；

为各级均值。

计算拟合度GFV

重复上述步骤，进行迭代；GFV越接近1，表明分类结果越好，各组内数据属性越相近，一般GFV要求为0.9以上，需要迭代20000次左右，迭代次数越多，分类结果越好，耗时越长。

(5)根据圆形喷灌机机组长度、喷头数量、喷头间距、大分区角度、小分区长度进行分区，确定小分区对应喷头映射。以圆形喷灌机中心支轴为中心，沿行走旋转方向划分角度不同的扇形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区。

(6)根据制定的灌溉施肥计划，在管理分布图上添加灌溉施肥信息，生成的新图被称为处方图。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据灌溉施肥位置的边界坐标确定田块位置信息，确定大型喷灌机灌溉施肥管理区域；

步骤2：采用反距离权重法对带有坐标系的土壤或作物信息点数据集进行插值分析补全数据，完成点数据到面数据的转换，生成灌溉施肥管理区划分所需要的底图；

步骤3：利用自然间断点法对数据进行分级归类，采用拟合度判断分类结果的好坏；

步骤4：根据分类结果，生成若干个灌溉施肥大管理区与小管理区；

步骤5：根据灌溉施肥方案生成灌溉施肥处方图，控制大型喷灌机及施肥装置执行自动变量灌溉施肥。

2.根据权利要求1所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤1中，将灌溉施肥位置的边界坐标最小值与最大值转换到平面直角坐标，为最小值A(X₁，Y₁)及最大值B(X₂，Y₂)，则灌溉施肥管理区域的长度为n和m，其中，n＝X₂-X₁，m＝Y₂-Y₁；生成(n×m)/s个空数据集，向上取整，s为数据集的单位长度，并依次编号为P₁₁、P₁₂…P_1m，P₂₁、P₂₂…P_2m直到P_n1、P_n2……P_nm，然后计算所有数据集间的间距。

3.根据权利要求2所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤2中，根据带有地理信息的土壤或作物数据集、边界坐标、分组数、迭代次数、插值分析所使用的已知点个数，采用反距离权重插值法完成点数据到面数据的转换，生成管理区划分所需要的底图，其步骤包括：

A1：将所有采集数据转换为UTM平面直角坐标系，转换后为(x_i，y_i，z_i)，其中x_i、y_i为坐标值，z_i为表征土壤或作物信息的值；

A2：如果X₁≤x_i＜X₁+1×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P₁₁，结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P₁₂,否则继续循环；

否则如果X₁+1×s≤x_i＜X₁+2×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P₂₁,结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P₂₂,否则继续循环；

直至循环到是否X₁+n×s≤x_i＜X₁+(n+1)×s，

则判断是否Y₁≤y_i＜Y₁+1×s，如果成立的话则把(x_i，y_i，z_i)归属于P_n1，结束循环，否则的话，继续判断是否Y₁+1×s≤y_i＜Y₁+2×s，是的话归属于P_n2，否则继续循环；

A3：对各数据集P中的z值求平均，记做

A4：如果某z值为0，寻找与其间距最小的k个已知z值，按照下式计算其估计

值，

权重

估计

值，

其中，W_i为已知点i对于未知点的权重,d_i为已知点i与未知点距离，k为已知点个数，

为各数据集平均值。

4.根据权利要求3所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤3中，采用自然间断点法聚类分区的步骤包括：

B1：假设分为j级，对所有z值按照从小到大的顺序排序，第1级中数据量为等于(n×m)/j，且向下取整，前j-1级中数据量与第1级相同，第j级中的数据量为剩下的z值；

B2：计算整体的偏差平方和d

其中

为整体的平均值；

计算各级均值的平均偏差平方和的总和

其中

为各级平均值，n₁、n₂、…n_j为各级中数据量；

B3：计算拟合度GFV

B4：重复步骤B2和B3，进行迭代；

B5：GFV越接近1越好，该组合为最优组合。

5.根据权利要求4所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤4中，根据喷灌机机组长度、喷头数量及喷头间距进行分区，其中大分区的划分依据为喷灌机的运行方向，小分区的划分依据为喷灌机喷头数量及喷头间距；

在步骤4中,对于圆形喷灌机，以中心支轴为中心，沿行走旋转方向划分角度不同的扇形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及喷头间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区；对于平移式喷灌机，则沿喷灌机行走方向划分若干个矩形为大管理区，若同一大管理区内含有不同的灌溉施肥等级，再按照喷头数量及喷头间距在该管理区内划分不同的小管理区；若只有一个灌溉施肥等级，则不划分小管理区。

6.根据权利要求1所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤5中，根据灌溉施肥方案生成灌溉施肥处方图，计算各管理区的喷灌机行走速度、喷头电磁阀占空比及施肥装置的注肥流量，执行自动变量灌溉施肥。

7.根据权利要求3所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤2中，带有地理信息的数据集包括土壤表观电导率、土壤有效养分含量、植株高度、冠气温差、植株冠层光谱指数、叶绿素值、植株地上部分氮积累量。

8.根据权利要求3所述的大型喷灌机变量灌溉施肥分区方法，其特征在于：在步骤2中，在插值分析前，将带有地理信息的数据及转换成平面直角坐标数据。

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