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人工神经网络及其与地统计的混合模型在小面积丘陵区土壤有机碳预测制图上的应用研究

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土壤通报 2020年第6期51卷 1313-1322页

作者：赖雨晴孙孝林王会利中山大学地理科学与规划学院广东广州510275 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 江苏南京210008 广西壮族自治区林业科学研究院广西南宁530002

当前,随着大数据和人工智能的快速发展,深度学习也逐渐被引入数字土壤制图(DSM)研究中。作为深度学习的重要基础之一,人工神经网络(ANN)在DSM中的应用已比较广泛。然而,ANN在40 km2以下的小区域上应用较少,且与其它常用模型的比较研究... 详细信息

当前,随着大数据和人工智能的快速发展,深度学习也逐渐被引入数字土壤制图(DSM)研究中。作为深度学习的重要基础之一,人工神经网络(ANN)在DSM中的应用已比较广泛。然而,ANN在40 km2以下的小区域上应用较少,且与其它常用模型的比较研究还不多。因此,在不同的情况下,还没有充分的依据来选用复杂的ANN及其与地统计的混合模型,还是简单的多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、普通克里格(OK)、回归克里格(RK)等方法进行土壤制图。为此,本文以广西高峰林场内一地形变异明显的小区域(面积约3.03 km2)为研究区,以13个地形因子和1个植被因子作为辅助变量,用ANN中常用的径向基神经网络(RBFNN)及其与OK相结合的模型(RBFNN-OK),对土壤有机碳(SOC)含量的空间分布进行预测,并与MLR、RF、OK、RK方法所得结果相比较。结果表明,与其他方法相比,RBFNN-OK和RBFNN在独立随机样本的验证集上预测准确性明显偏低;RBFNN-OK及RBFNN模型预测值的均方根误差值(RMSE)分别为6.57 g kg^(-1)和6.26 g kg^(-1),比MLR、RF、OK、RK高26.54%~31.17%。这可能是因为在小区域上,基于小样本的RBFNN模型泛化能力降低,以至于对训练集以外的样点预测准确性较差。因此,可以认为以RBFNN为典型的ANN及其与地统计的混合模型在小样本、小区域的DSM中适用性可能较差。

关键词：神经网络数字土壤制图克里格土壤有机碳

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黑土区小流域土壤速效磷空间分布模拟方法

水土保持研究 2021年第2期28卷 33-40页

作者：王雪珊沈庆松高凤杰张兴义张少良王力东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨150081 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

为探索东北黑土小流域土壤AP空间分布模拟的最佳方法,综合考虑区域尺度、景观格局和采样方法等信息,选取两个典型黑土小流域(光荣和海沟河流域)作为研究对象,结合半变异分析、回归分析、主成分分析等方法,比较了不同空间插值方法(反距... 详细信息

为探索东北黑土小流域土壤AP空间分布模拟的最佳方法,综合考虑区域尺度、景观格局和采样方法等信息,选取两个典型黑土小流域(光荣和海沟河流域)作为研究对象,结合半变异分析、回归分析、主成分分析等方法,比较了不同空间插值方法(反距离权重法、径向基函数法、普通克里格、协同克里格、多元线性回归模型、地理加权回归模型、回归克里格和地理加权回归克里格)对AP空间模拟精度的影响。结果表明:(1)引入主成分分析后能够提高回归克里格和地理加权回归克里格方法的模拟精度(4.5%和2.4%);(2)地理加权回归克里格方法可以作为最优空间插值方法模拟黑土区小流域AP的空间分布格局。地理加权回归克里格方法相较于传统插值方法能在一定程度上提高黑土小流域土壤AP空间模拟精度,为小流域尺度黑土养分管理提供技术支撑。

关键词：典型黑土磷空间插值方法克里格精度

基于地统计学插值方法的局部奇异性指数计算比较研究

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地理科学 2012年第2期32卷 136-142页

作者：李晓晖袁峰贾蔡张明明周涛发合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

以铜陵矿集区土壤Pb元素为例,研究稀疏采样条件下地统计学克里格方法,序贯高斯模拟方法对奇异性指数计算的影响。研究结果表明,序贯高斯模拟方法强调了短距离范围内的空间不确定性,弥补了克里格方法平滑效应的不足,对于精细重建土壤元... 详细信息

以铜陵矿集区土壤Pb元素为例,研究稀疏采样条件下地统计学克里格方法,序贯高斯模拟方法对奇异性指数计算的影响。研究结果表明,序贯高斯模拟方法强调了短距离范围内的空间不确定性,弥补了克里格方法平滑效应的不足,对于精细重建土壤元素的空间分布特征具有更好的效果。对于稀疏采样的数据集,较之原始数据和克里格方法,基于序贯高斯模拟方法获取的奇异性指数能够更精细的刻画局部空间结构,更好的应用于土壤地球化学异常的提取和识别。

关键词：序贯高斯模拟克里格奇异性指数地统计学

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空间软数据及其插值方法研究进展

地理科学进展 2009年第5期28卷 663-672页

作者：罗明裴韬中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院研究生院北京100049 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200062

由于对地观测技术的迅速发展,空间数据的种类和数量增长迅猛,由空间数据反演得到的各种信息日趋膨胀,这些反演结果中的信息不少以软数据的形式出现。在实际应用中,这些软数据往往与空间插值的目标变量具有一定的相关性,甚至成为控制目... 详细信息

由于对地观测技术的迅速发展,空间数据的种类和数量增长迅猛,由空间数据反演得到的各种信息日趋膨胀,这些反演结果中的信息不少以软数据的形式出现。在实际应用中,这些软数据往往与空间插值的目标变量具有一定的相关性,甚至成为控制目标变量空间分布特征的重要因素。然而,由于这些数据通常表示为非数值形式,在计算和处理上存在着一定困难,以致被传统的插值方法所忽视,从而造成信息浪费。近来出现的空间软插值方法是一种利用空间软数据作为辅助信息并以改善插值效果的方法,能够较好的处理并利用软数据所隐含的信息,具有较好的应用发展前景。本文根据空间软数据的特点及其分类,系统综述了空间软插值方法及其应用领域。首先分析了空间数据软硬性质的根本区别,论述了软数据的分类和"硬化"方法,然后介绍空间插值模型中对空间软数据的集成方法和原理,最后对空间软插值方法及其应用研究领域进行了展望。

关键词：软数据空间插值空间信息统计克里格回归分析贝叶斯最大熵

基于变异函数的耕地质量等别监测点布设分析——以四川省中江县和北京市大兴区为例

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中国土地科学 2012年第8期26卷 80-86页

作者：王倩尚月敏冯锐胡晓涛吴克宁中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 国土资源部土地整治重点实验室北京100035 河北省国土资源利用规划院河北石家庄050051 国土资源部农用地质量与监控重点实验室北京100035

研究目的:研究丘陵与平原区耕地质量变异情况的差异,总结不同地貌类型监测点布设原则,为合理布设耕地质量监测点提供依据。研究方法:采用地统计学的变异函数分析耕地质量变异情况,分析对比平原区与丘陵区耕地质量变异影响因素,依据变异... 详细信息

研究目的:研究丘陵与平原区耕地质量变异情况的差异,总结不同地貌类型监测点布设原则,为合理布设耕地质量监测点提供依据。研究方法:采用地统计学的变异函数分析耕地质量变异情况,分析对比平原区与丘陵区耕地质量变异影响因素,依据变异分析结果布设监测点。研究结果:中江县和大兴区耕地质量的变异模型均符合球状模型,依据各自变异特征,在区域内品字状布设监测点,并应用克里格插值分析验证,结果表明所布设监测点满足耕地质量等级监测要求。研究结论:平原地区的耕地质量在空间上的变异受结构性因素影响较大,空间变异特征更有规律,品字形布设能够满足监测精度要求;丘陵地区受随机性因素影响较大,需根据实际情况加密监测点。

关键词：土地信息监测布点变异函数克里格耕地质量

多点地质统计学的理论、方法、应用及发展现状

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地质科技情报 2019年第6期38卷 256-268页

作者：王恺其肖凡中山大学地球科学与工程学院广州510275 中山大学广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广州510275 中山大学广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广州510275

基于变差函数建模方法的两点地质统计学在表达和揭示复杂空间结构特征以及重建复杂地质体几何形态等方面存在不足,多点地质统计学,也称之为多点模拟(multiple-points simulations,简称MPS)应用训练图像代替变差函数来表征多点之间的空... 详细信息

基于变差函数建模方法的两点地质统计学在表达和揭示复杂空间结构特征以及重建复杂地质体几何形态等方面存在不足,多点地质统计学,也称之为多点模拟(multiple-points simulations,简称MPS)应用训练图像代替变差函数来表征多点之间的空间关系及分布模式,因而可弥补传统两点地质统计方法的固有缺陷。自MPS理论与方法提出以来,它经历了近二十年的发展与完善,至今已形成了基于迭代和非迭代算法的2类MPS方法,前者主要有Simpat、Dispat、DS-MPS等算法,在研究初期应用较为广泛,但存在收敛条件难以满足、计算速度过于缓慢而难以应用于实际的不足。后者则克服了这些不足,发展较快,逐步取代了前者,是目前主要的MPS方法,具体包括Enisem、Snesim、Growthsim等算法。MPS发展初期主要应用于储层建模,之后逐渐被广泛地应用于解决裂缝模拟、数字岩心重构、地球物理约束反演等其他相关地学难题以及土壤学、计量经济学等诸多学科领域。近年来MPS方法是地质统计学中的热门与前沿研究方向之一,针对算法优化及其应用拓展的研究较多,但是目前仍然存在一些问题,如难以获取适当的训练图像、模拟地质体的连续性受限、与其他建模方法耦合时数据标准不一致等。

关键词：地质统计学多点模拟克里格随机建模

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基于地统计学的尺度下推方法综述

遥感技术与应用 2015年第1期30卷 1-7页

作者：梁永忠葛咏王江浩中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

尺度转换一直是地学研究的重要内容,尺度下推对于比较和整合不同的遥感数据集,校准和验证一系列遥感模型具有重要意义。针对地统计尺度下推方法,首先介绍基于地统计学尺度下推的基本理论,阐明面与点、面与面协方差函数的构造;然后叙述... 详细信息

尺度转换一直是地学研究的重要内容,尺度下推对于比较和整合不同的遥感数据集,校准和验证一系列遥感模型具有重要意义。针对地统计尺度下推方法,首先介绍基于地统计学尺度下推的基本理论,阐明面与点、面与面协方差函数的构造;然后叙述从面尺度数据推断点尺度空间相关性的基本思路;最后从有无辅助数据两方面系统地介绍了地统计尺度下推的进展与应用案例。无辅助数据的地统计主要拓展到服从泊松分布面尺度数据的尺度下推;有辅助数据的主要考虑如何合理地兼容其他不同尺度数据,使下推结果更为精确。最后指出,在实际应用中应结合试验区所获取的数据,有针对性地选择合适的尺度下推方法,同时提出现有地统计尺度下推方法忽略的一些基本问题,并对其发展方向进行展望。

关键词：尺度下推面—点面—面地统计克里格去卷积

基于GIS和GS~+的耕地土壤阳离子交换量的序贯高斯模拟

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中国农业科学 2010年第18期43卷 3759-3766页

作者：杨奇勇杨劲松中国科学院南京土壤研究所

【目的】研究山东省禹城市盐渍土改良区耕地土壤阳离子交换量(CEC)的空间变异特征,可以为盐渍土改良及其土壤肥力管理提供理论依据。【方法】在GIS技术支持下,利用地统计学中的OrdinaryKriging(OK法)插值和序贯高斯模拟方法(SGSV模拟和S... 详细信息

【目的】研究山东省禹城市盐渍土改良区耕地土壤阳离子交换量(CEC)的空间变异特征,可以为盐渍土改良及其土壤肥力管理提供理论依据。【方法】在GIS技术支持下,利用地统计学中的OrdinaryKriging(OK法)插值和序贯高斯模拟方法(SGSV模拟和SGSA模拟)探讨了禹城市耕地土壤CEC的空间变异特征,并将SGSV、SGSA、OK法与实测数据从统计参数、空间结构特征、空间分布趋势等方面进行了对比分析。【结果】(1)SGSV具有与实测数据相同的空间自相关结构,对预测点的模拟值具有不确定性;(2)OK、SGSA改变了土壤CEC数据的空间结构,具有"平滑"效应,SGSA在消除平滑影响方面优于OK插值;(3)研究区域土壤CEC含量高的地区主要分布在研究区域中偏北部和东部,土壤CEC含量低的区域主要分布在北部、西北和南部。【结论】SGSA模拟获取了研究区域土壤CEC空间分布,该结果对研究区域土壤盐碱障碍消减、土壤培肥具有重要的意义。

关键词： GIS 土壤CEC 半方差函数克里格序贯高斯模拟

大尺度采样下不同模型方法预测土壤全氮空间分布研究——以海南岛为例

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中国土壤与肥料 2015年第6期 9-17页

作者：邵娜张认连张维理曾建华符传良谢良商徐爱国中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 海南省农业科学院农业环境与土壤研究所海南海口571100

在大区域尺度、有限土壤样点情况下,为探索准确预测土壤属性的方法,以海南岛为研究区,采用近似网格采样方法,采集130个样点,用多元线性回归（MLR）、普通克里格（OK）和回归克里格（RK）3种模型方法进行土壤全氮预测,并以29个验证点比... 详细信息

在大区域尺度、有限土壤样点情况下,为探索准确预测土壤属性的方法,以海南岛为研究区,采用近似网格采样方法,采集130个样点,用多元线性回归（MLR）、普通克里格（OK）和回归克里格（RK）3种模型方法进行土壤全氮预测,并以29个验证点比较了预测精度。结果显示：1）对较大区域进行土壤全氮的空间分布的预测精度为OK〉RK〉MLR;2）3种模型对土壤全氮含量空间预测分布趋势基本一致,总趋势为岛内自东向西方向逐渐降低;3）0～5 cm土壤全氮含量与土地利用方式呈极显著相关关系,0～20 cm土壤全氮含量与归一化植被指数呈显著相关,20～40、40～60 cm土壤全氮含量与归一化植被指数、坡度呈极显著或显著相关。

关键词：大尺度全氮克里格空间分布