引用格式：徐梦华, 王秀娟, 冷佩, 张濛濛, 王浩宇, 华净, 康孟珍. 基于连通分量与遗传算法的多目标种植规划方法——以富锦市为例[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(5): 136-145.

DOI： 10.12133/j.smartag.SA202504012

XU Menghua, WANG Xiujuan, LENG Pei, ZHANG Mengmeng, WANG Haoyu, HUA Jing, KANG Mengzhen. Multi-Objective Planting Planning Method Based on Connected Components and Genetic Algorithm: A Case Study of Fujin City[J]. Smart Agriculture, 2025, 7(5): 136-145.

DOI： 10.12133/j.smartag.SA202504012

基于连通分量与遗传算法的多目标种植规划方法——以富锦市为例

徐梦华1，2， 王秀娟1， 冷佩3， 张濛濛1，2， 王浩宇1， 华净1， 康孟珍1，2*

（1.中国科学院自动化研究所/多模态人工智能系统全国重点实验室，北京100190，中国； 2.中国科学院大学人工智能学院，北京100049，中国； 3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081，中国）

摘要：

［目的/意义］针对集约化农业中土壤退化与规模化生产间的矛盾，以黑龙江省富锦市为例，构建地块尺度的种植规划方法。该方法旨在协同优化作物连片布局、土壤恢复、实际生产及经济收益，同时保障国家大豆种植任务。

［方法］基于遗传算法框架，融合连通分量分析，构建了多目标优化模型，综合考虑了收益、大豆种植、连片指数、轮作效益，以及水田-旱田转换5项指标。通过拉丁超立方体采样方法（Latin Hypercube Sampling, LHS）生成高质量的初始种群，并设计了基于连通分量的交叉策略和混合变异策略。利用Distributed Evolutionary Algorithms in Python（DEAP）库实现优化效果，并通过4年的模拟来验证其性能。

［结果和讨论］优化方案显著提升连片指数，从0.48大幅增加并稳定至0.90以上，地块碎片化减少；经济效益保持动态稳定，始终在0.70附近波动，没有出现大幅下降情况；大豆种植面积稳定满足国家设定的阈值，同步实现战略扩种，从0.21增长至0.54；最小化地块属性转换的优化目标考虑了实际生产的因素，取得了良好效果，与轮作收益达到了良好的平衡。

［结论］本方法通过智能算法衔接微观布局与宏观政策，为黑土地保护与生产效益平衡提供量化技术路径。研究成果可为东北粮食主产区种植结构优化、高标准农田建设提供决策支持。

关键词：种植规划；遗传算法；连片种植；多目标优化；黑土地保护

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图1 2019年富锦市作物种植情况

Fig. 1 Crop planting situation in Fujin city in 2019

图2 大豆-水稻-玉米轮作模式示意图

Fig. 2 Schematic diagram of the soybean-rice-corn crop rotation mode

图3 遗传算法流程图

Fig. 3 Flowchart of genetic algorithm

图4 基于连通分量的交叉示例图

Fig. 4 Schematic diagram of crossover based on connected components

图5 2020—2023年富锦市种植规划方案

Fig. 5 Planting plan of Fujin city of 2020 to 2023

图6 遗传算法的进化收敛曲线

Fig. 6 Evolutionary convergence curve of the genetic algorithm

图7 基于地块策略与NSGA-II的种植规划方案对比

Fig. 7 Comparison of planting plans between plot-based strategy and NSGA-II

作者介绍

康孟珍 副研究员

康孟珍，博士，副研究员，中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室，中国科学院大学研究生导师。长期致力于植物模型及人工智能技术在农业、生态中的应用研究，在IEEE Trans of Cybernetics、IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica、New Phytologist、Annals of Botany等期刊及会议发表论文100余篇。担任中国自动化学会理事、智慧生态专委会副主任委员。曾任中法联合实验室cPlant项目中方负责人、多次担任IEEE植物生长建模与可视化国际会议(PMA)大会主席和程序委员会主席。作为负责人承担了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等纵向课题及子课题12项，企业横向项目10余项。

来源：《智慧农业（中英文）》2025年第5期

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