AquaCrop-ABSESpy

基于 AquaCrop 和 ABSESpy 的农业灌溉和作物生长多主体模拟系统。

简介

AquaCrop-ABSESpy 是一个集成了联合国粮农组织（FAO）AquaCrop 模型和 ABSESpy 多主体建模框架的系统，用于模拟农业灌溉决策和作物生长过程。本系统支持：

• 🌾 17种作物模拟：涵盖粮食、经济、蔬菜和糖料作物
• 💧 多种灌溉策略：从无灌溉到优化灌溉的6种方法
• 🗺️ 空间异质性：支持栅格数据和空间分布建模
• 👨‍🌾 主体决策：模拟农民的灌溉决策行为
• 📊 气候响应：整合气象数据评估作物-水分关系

支持的作物

系统现支持 17种作物，完整配置了生长周期、Kc系数和物候期参数：

粮食作物 (10种)

• 水稻 (Rice) - 150天生长期
• 冬小麦 (Winter_Wheat) - 255天生长期
• 春小麦 (Spring_Wheat) - 130天生长期
• 春玉米 (Spring_Maize) - 145天生长期
• 夏玉米 (Summer_Maize) - 100天生长期
• 春大麦 (Spring_Barley) - 120天生长期
• 冬大麦 (Winter_Barley) - 210天生长期
• 小米 (Millet) - 140天生长期

经济作物 (5种)

• 大豆 (Soybean) - 140天生长期
• 棉花 (Cotton) - 180天生长期
• 油菜籽 (Rapeseed) - 110天生长期
• 花生 (Groundnut) - 130天生长期
• 向日葵 (Sunflower) - 130天生长期

蔬菜和块茎作物 (2种)

• 马铃薯 (Potato) - 145天生长期
• 西红柿 (Tomato) - 135天生长期

糖料作物 (2种)

• 甘蔗 (Sugarcane) - 105天生长期
• 甜菜 (Sugarbeet) - 160天生长期

注意: 系统保留 Wheat 和 Maize 作为 Spring_Wheat 和 Spring_Maize 的别名，确保向后兼容。

快速开始

安装

pip install aquacrop-abses

或从源码安装：

git clone https://github.com/SongshGeo/aquacrop_abses.git
cd aquacrop_abses
poetry install

基本使用

from abses import MainModel
from aquacrop_abses import CropLand, CropCell, Farmer
from aquacrop_abses.load_datasets import crop_name_to_crop

# 创建模型和农田模块
model = MainModel()
cropland = model.nature.create_module(
    name="cropland",
    module_cls=CropLand,
    shape=(3, 4),  # 创建 3x4 的网格
    cell_cls=CropCell,
)

# 获取一个单元格
cell = cropland.random.choice()

# 添加作物
cell.add_crop("Rice")
cell.soil = 1  # 设置土壤类型

# 创建作物对象并查看信息
rice = crop_name_to_crop("Rice")
print(f"水稻种植日期: {rice.planting_date}")  # 05/15
print(f"水稻收获日期: {rice.harvest_date}")    # 10/12

多作物轮作示例

from abses import MainModel
from aquacrop_abses import CropLand, CropCell

# 创建模型和农田模块
model = MainModel()
cropland = model.nature.create_module(
    name="cropland",
    module_cls=CropLand,
    shape=(3, 4),
    cell_cls=CropCell,
)

# 获取单元格并添加冬小麦和夏玉米（轮作）
cell = cropland.random.choice()
cell.add_crop("Winter_Wheat")  # 10/01-06/13
cell.add_crop("Summer_Maize")   # 06/15-09/23 (无重叠)

# 查看种植的作物
print(f"种植了 {cell.has_crops} 种作物")
for name, crop in cell.crops.items():
    print(f"  - {name}: {crop.planting_date} 至 {crop.harvest_date}")

灌溉策略

系统支持6种灌溉方法（irr_method 0-5）：

• 0: 无灌溉（雨养农业）
• 1-3: 基于土壤水分阈值的灌溉（保守、中等、激进）
• 4: 净灌溉（精确补水）
• 5: 优化灌溉（最大产量）

from aquacrop_abses import Farmer

# 创建使用净灌溉策略的农民
farmer = Farmer(irr_method=4)

主要功能

作物生长模拟

• 完整的作物物候期建模（初始、发育、中期、成熟）
• 基于Kc系数的蒸腾蒸发计算
• 水分胁迫对产量的影响

空间建模

• 栅格化农田空间表示
• 空间异质的土壤和气象条件
• 作物空间分布配置

主体决策

• 农民灌溉决策模拟
• 不同灌溉策略的优化
• 资源约束下的行为

数据集成

• 气象数据（温度、降水、蒸发）
• 土壤数据（质地、水分特性）
• 作物参数（生长周期、系数）

文档

完整文档请访问: Documentation

• 配置说明
• 农民主体
• 自然环境
• 优化方法
• 作物使用指南

测试

# 运行所有测试
poetry run pytest tests/ -v

# 运行特定测试
poetry run pytest tests/test_datasets.py -v

引用

如果您在研究中使用了本系统，请引用：

@software{aquacrop_abses,
  author = {Song, Shuang},
  title = {AquaCrop-ABSESpy: Agent-Based Modeling for Agricultural Irrigation},
  year = {2024},
  url = {https://github.com/SongshGeo/aquacrop_abses}
}

贡献

欢迎贡献！请查看 贡献指南 了解详情。

许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件。

致谢

• AquaCrop - FAO作物-水分生产力模型
• ABSESpy - 多主体建模框架
• aquacrop - Python实现的AquaCrop模型