Name: spatial multiobjective optimization of agricultural conservation practices using a swat model and an evolutionary algorithm
Uploaded: 2012-12-09T17:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Spatial Multiobjective Optimization of Agricultural Conservation Practices using a SWAT Model and an Evolutionary Algorithm at JoVE.com

Это исследование было профинансировано в частности, от поддержки, полученные от целевой водоразделах охране окружающей среды США агентства грантов (проект № WS97704801), динамика Национального научного фонда связанных естественных и антропогенных систем (проект № DEB1010259-CARD-Клин), а департамент США сельского хозяйства, Национального института скоординированного Проект аграрного Foodand сельского хозяйства (проект № 20116800230190-CARD-).

1. Подготовка водораздела модели и предоставление исходных данных для оптимизации <ol><li> Создание базы данных i_SWAT <ol><li> Используя программу под названием &quot;ротатор&quot;, создания базы данных из нескольких баз данных ввода, включая почвы, погоды, управление и удобрений. </li><li> Кроме того, с...

<ol>
	<li>American Society of Agricultural and Biological Engineers. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+layout,+construction,+and+maintenance+of+terrace+systems.">Design, layout, construction, and maintenance of terrace systems.</a> ASAE Standard. , S268 (2003).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Raccoon River Watershed water quality master plan. , (2011).</li><li>Arabi, M., Govindaraju, R. S., Hantush, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cost-effective+allocation+of+watershed+management+practices+using+a+genetic+algorithm.">Cost-effective allocation of watershed management practices using a genetic algorithm.</a> Water Resour. Res. 42, W10429 (2006).</li><li>Bekele, E. G., Nicklow, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiobjective+management+of+ecosystem+services+by+integrative+watershed+modeling+and+evolutionary+algorithms.">Multiobjective management of ecosystem services by integrative watershed modeling and evolutionary algorithms.</a> Water Resour. Res. 41, W10406 (2005).</li><li>Carpentier, C. L., Bosch, D. J., Batie, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+spatial+information+to+reduce+costs+of+controlling+agricultural+nonpoint+source+pollution.">Using spatial information to reduce costs of controlling agricultural nonpoint source pollution.</a> Am. J. Agr. Econ. 61, 404-413 (1998).</li><li>Gassman, P. W., Reyes, M., Green, C. H., Arnold, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Soil+and+Water+Assessment+Tool:+Historical+development,+applications,+and+future+directions.">The Soil and Water Assessment Tool: Historical development, applications, and future directions.</a> Trans. ASABE. 50 (4), 1211-1250 (2007).</li><li>Gassman, P. W., Campbell, T., Secchi, S., Jha, M., Arnold, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+i_SWAT+software+package:+a+tool+for+supporting+SWAT+watershed+applications.">The i_SWAT software package: a tool for supporting SWAT watershed applications.</a> , 66-69 .</li><li>Gitau, M. W., Veith, T. L., Gburek, W. J., Jarrett, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Watershed+level+best+management+practice+selection+and+placement+in+the+Town+Brook+watershed,+New+York.">Watershed level best management practice selection and placement in the Town Brook watershed, New York.</a> J. Am. Water Resour. Assoc. 42, 1565-1581 (2006).</li><li>Jha, M., Rabotyagov, S., Gassman, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+placement+of+conservation+practices+using+genetic+algorithms+with+SWAT.">Optimal placement of conservation practices using genetic algorithms with SWAT.</a> Int. Agr. Eng. J. 18 (1-2), 41-50 (2009).</li><li>Jha, M. K., Wolter, C. F., Schilling, K. E., Gassman, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+total+maximum+daily+load+implementation+strategies+for+nitrate+impairment+of+the+Raccoon+River,+Iowa.">Assessment of total maximum daily load implementation strategies for nitrate impairment of the Raccoon River, Iowa.</a> J. Envir. Qual. 39, 1317-1327 (2010).</li><li>Kanna, M., Yang, W., Farnsworth, R., Onal, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cost+effective+targeting+of+CREP+to+improve+water+quality+with+endogenous+sediment+deposition+coefficients.">Cost effective targeting of CREP to improve water quality with endogenous sediment deposition coefficients.</a> Am. J. Agr. Econ. 85, 538-553 (2003).</li><li>Kramer, R. A., McSweeny, W. T., Kerns, W. R., Stravros, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+evaluation+of+alternative+policies+for+controlling+agricultural+nonpoint+source+pollution.">An evaluation of alternative policies for controlling agricultural nonpoint source pollution.</a> Water Resour. Bull. 20, 841-8446 (1984).</li><li>Lant, C. L., Kraft, S. E., Beaulieu, J., Bennett, D., Loftus, T., Nicklow, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+GIS-based+ecological-economic+modeling+to+evaluate+policies+affecting+agricultural+watersheds.">Using GIS-based ecological-economic modeling to evaluate policies affecting agricultural watersheds.</a> Ecol. Econ. 55, 467-484 (2005).</li><li>Muleta, M. K., Nicklow, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+algorithms+for+multiobjective+evaluation+of+watershed+management+decisions.">Evolutionary algorithms for multiobjective evaluation of watershed management decisions.</a> J. Hydroinform. 4 (2), 83-97 (2002).</li><li>Muleta, M. K., Nicklow, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decision+support+for+watershed+management+using+evolutionary+algorithms.">Decision support for watershed management using evolutionary algorithms.</a> J. Water Resour. Plan. Manag. 131 (1), 35-44 (2005).</li><li>Rabotyagov, S. S., Campbell, T., Jha, M., Gassman, P. W., Arnold, J., Kurkalova, L., Secchi, S., Feng, H., Kling, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Least+Cost+Control+of+Agricultural+Nutrient+Contributions+to+the+Gulf+of+Mexico+Hypoxic+Zone.">Least Cost Control of Agricultural Nutrient Contributions to the Gulf of Mexico Hypoxic Zone.</a> Ecol. Appl. 20, 1542-1555 (2010).</li><li>Rabotyagov, S., Jha, M., Campbell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+crop+rotations+on+optimal+selection+of+conservation+practices+for+water+quality+protection.">Impact of crop rotations on optimal selection of conservation practices for water quality protection.</a> J. Soil. Water Conserv. 65 (6), 369-380 (2010).</li><li>Rabotyagov, S. S., Jha, M., Campbell, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonpoint-source+pollution+for+an+Iowa+watershed:+An+application+of+evolutionary+algorithms.">Nonpoint-source pollution for an Iowa watershed: An application of evolutionary algorithms.</a> Canadian Journal of Agricultural Economics/Revue canadienne d'agroeconomie. , (2010).</li><li>Rabotyagov, S. S., Jha, M., Campbell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Searching+for+Efficiency:+Least+Cost+Nonpoint+Source+Pollution+Control+with+Multiple+Pollutants,+Practices,+and+Targets.">Searching for Efficiency: Least Cost Nonpoint Source Pollution Control with Multiple Pollutants, Practices, and Targets.</a> J. Nat. and Environ. Sci. 1, 75-90 (2010).</li><li>Ribaudo, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consideration+of+off-site+impacts+in+targeting+soil+conservation+programs.">Consideration of off-site impacts in targeting soil conservation programs.</a> Land Econ. 62, 402-411 (1986).</li><li>Ribaudo, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+the+conservation+reserve+program+to+maximize+water+quality+benefits.">Targeting the conservation reserve program to maximize water quality benefits.</a> Land Econ. 65, 320-332 (1989).</li><li>Srivastava, P., Hamlett, J. M., Robillard, P. D., Day, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Watershed+optimization+of+best+management+practices+using+AnnAGNPS+and+a+genetic+algorithm.">Watershed optimization of best management practices using AnnAGNPS and a genetic algorithm.</a> Water Resour. Res. 38 (3), 1-14 (2002).</li><li>Veith, T. L., Wolfe, M. L., Heatwole, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+optimization+procedure+for+cost-effective+BMP+placement.">Development of optimization procedure for cost-effective BMP placement.</a> J. Am. Water Resour. Assoc. 39 (6), 1331-1343 (2003).</li><li>Whittaker, G., Confesor, R., Griffith, S. M., F&#228;re, R., Grosskopf, S., Steiner, J. J., Mueller-Warrant, G. W., Banowetz, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Hybrid+Genetic+Algorithm+for+Multiobjective+Problems+with+Activity+Analysis-based+Local+Search.">A Hybrid Genetic Algorithm for Multiobjective Problems with Activity Analysis-based Local Search.</a> Eur. J. Operat. Res. , (2007).</li><li>Zitzler, E., Laumanns, M., Thiele, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SPEA2:+Improving+the+Strength+Pareto+Evolutionary+Algorithm+for+Multiobjective+Optimization.">SPEA2: Improving the Strength Pareto Evolutionary Algorithm for Multiobjective Optimization.</a> CIMNE. , 95-100 (2002).</li></ol>

Мы строим интегрированного моделирования оптимизации рамки для поиска Парето-эффективный набор водораздел конфигураций с участием самой дешевой смеси и расположения сельскохозяйственных методов сохранения для достижения диапазона водораздел уровня питательных цели сокращения. К?...

spatial multiobjective optimization of agricultural conservation practices using a swat model and an evolutionary algorithm

Поиск экономичный (например, низкая стоимость) способы ориентации инвестиций сохранение практики для достижения конкретных целей качества воды по всему ландшафту имеет первостепенное значение в водосборов. Традиционные методы экономической найти самые дешевые решения в бассейне контекста (например, 5,12,20) предполагают, что за пределами площадки последствия могут быть точно описаны как доля на месте загрязнения, создаваемого. Такой подход вряд ли будет представитель самого процесса загрязнения в районе водораздела, где воздействие источников загрязнения часто определяются комплекса биофизических процессов. Использование современной физической основе, пространственно-распределенных гидрологических имитационных моделей позволяет в большей степени реализма в терминах процесса представления, но требует развития моделирования оптимизации рамки, где модель становится неотъемлемой частью оптимизации. Эволюцияарной алгоритмы оказаться особенно полезной оптимизации инструмент, способный справиться с комбинаторной природе водораздел моделировании задачи оптимизации и позволяет использовать модель полного качества воды. Эволюционные алгоритмы лечения конкретного пространственного распределения сохранения практики в водоразделом в качестве кандидата решение и использовать наборы (группы) из вариантов решения итеративного применения стохастических операторов выбора, рекомбинации и мутации, чтобы найти улучшения в отношении оптимизации целей. Оптимизация цели в этом случае, чтобы минимизировать рассредоточенных источников загрязнения в бассейне, одновременно минимизируя затраты на сохранение практики. Последнее и расширение набора исследование пытается использовать подобные методы и объединяет модели качества воды в широком смысле эволюционные методы оптимизации 3,4,9,10,13-15,17-19,22,23,25. В этом приложении мы демонстрируем программы, которые следует Работягов соавт. С соответствуюACH и интегрирует современные и широко используется SWAT модели качества воды 7 с многокритериальной эволюционного алгоритма SPEA2 26, и пользователю определенный набор методов сохранения и их стоимость для поиска полного границы компромисса между издержками сохранения практики и указанный пользователем качества воды целей. Границы количественного компромиссов, с которыми сталкиваются менеджеры водораздел, представляя полный спектр расходов, связанных с различными целями улучшения качества воды. Программа позволяет производить выбор конфигураций водораздел достижения указанной улучшению качества воды целей и производства карты оптимизированного размещения сохранения практики.

Watch this Scientific Journal Video about Spatial Multiobjective Optimization of Agricultural Conservation Practices using a SWAT Model and an Evolutionary Algorithm at JoVE.com

Spatial Multiobjective Optimization of Agricultural Conservation Practices using a SWAT Model and an Evolutionary Algorithm

Эта работа демонстрирует интеграцию модели качества воды с использованием оптимизации компонентов эволюционные алгоритмы решения для оптимального (низкая стоимость) размещения сельскохозяйственной практики сохранения для определенного набора воды целях улучшения качества. Решений, с использованием многоцелевой подход, позволяющий явное количественное компромиссы.

Пространственное многокритериальной оптимизации методов ведения сельского хозяйства по сохранению помощью SWAT Модель и эволюционного алгоритма

Finding the cost-efficient (i.e., lowest-cost) ways of targeting conservation practice investments for the achievement of specific water quality goals ...

Research

JoVE Journal

Biology

Predicting the Effectiveness of Population Replacement Strategy Using Mathematical Modeling

Прогнозирование эффективности населения Стратегия Замена использованием математического моделирования

Charles Taylor and John Marshall explain the utility of mathematical modeling for evaluating the effectiveness of population replacement strategy.  ...

Non-radioactive in situ Hybridization Protocol Applicable for Norway Spruce and a Range of Plant Species

Non-radioactive in situ Hybridization Protocol Applicable for Norway Spruce and a Range of Plant Species

Нерадиоактивные На месте Гибридизация Протокола, применяемыми для Норвегии ель и диапазон видов растений

The high-throughput expression analysis technologies available today give scientists an overflow of expression profiles but their resolution in terms of ...

An Optimized Protocol for Rearing Fopius arisanus, a Parasitoid of Tephritid Fruit Flies

An Optimized Protocol for Rearing Fopius arisanus, a Parasitoid of Tephritid Fruit Flies

Оптимизированный протокол для разведения Fopius arisanus, Паразитоид из Tephritid плодовых мух

Fopius arisanus (Sonan) is an important parasitoid of Tephritid fruit flies for at least two reasons. First, it is the one of only three opiine ...

Ablation of a Single Cell From Eight-cell Embryos of the Amphipod Crustacean Parhyale hawaiensis

Ablation of a Single Cell From Eight-cell Embryos of the Amphipod Crustacean Parhyale hawaiensis

Устранение одну клетку от Восемь клеток эмбрионов из амфипод ракообразных<em&gt; Parhyale hawaiensis</em

The amphipod Parhyale hawaiensis is a small crustacean found in intertidal marine habitats worldwide. Over the past decade, Parhyale has emerged as a ...

Measuring Spatial and Temporal Ca2+ Signals in Arabidopsis Plants

Measuring Spatial and Temporal Ca2+ Signals in Arabidopsis Plants

Измерение пространственных и временных Ca<sup&gt; 2 +</sup&gt; Сигналы в Arabidopsis растений

Developmental and environmental cues induce Ca2+ fluctuations in plant cells. Stimulus-specific spatial-temporal Ca2+ patterns are sensed by cellular Ca2+ ...

Observation and Quantification of Mating Behavior in the Pinewood Nematode, Bursaphelenchus xylophilus

Observation and Quantification of Mating Behavior in the Pinewood Nematode, Bursaphelenchus xylophilus

Наблюдение и Количественное брачного поведения в Pinewood нематоды,<em&gt; Bursaphelenchus xylophilus</em

A method for observing and quantifying the mating behavior of the pinewood nematode, Bursaphelenchus xylophilus, was established under a stereomicroscope. ...

Transient Expression and Cellular Localization of Recombinant Proteins in Cultured Insect Cells

Кратковременная экспрессия и клеточная локализация рекомбинантных белков в культивируемых клетках насекомых

Heterologous protein expression systems are used for the production of recombinant proteins, the interpretation of cellular trafficking/localization, and ...

Reproductive Techniques for Ovarian Monitoring and Control in Amphibians

Репродуктивные методы мониторинга и контроля яичников у амфибий

Ovarian control and monitoring in amphibians require a multi-faceted approach. There are several applications that can successfully induce reproductive ...

Standardizing a Non-Lethal Method for Characterizing the Reproductive Status and Larval Development of Freshwater Mussels (Bivalvia: Unionida)

Standardizing a Non-Lethal Method for Characterizing the Reproductive Status and Larval Development of Freshwater Mussels Bivalvia: Unionida

Стандартизация нелетального метода для характеристики репродуктивного статуса и ларвал развития пресноводных мидий (Bivalvia: Unionida)

Actively monitoring the timing, development, and reproductive patterns of endangered species is critical when managing for population recovery. Freshwater ...

At-Risk Butterfly Captive Propagation Programs to Enhance Life History Knowledge and Effective Ex Situ Conservation Techniques

На риск бабочка плен программы распространения для повышения знаний истории жизни и эффективных Ex Situ Методы сохранения

Improving knowledge of ex situ best practices for at-risk butterflies is important for generating successful conservation and recovery program outcomes. ...