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运用模糊隶属度进行土壤属性制图的研究——以黑龙江鹤山农场研究区为例
  • ISSN号:0564-3929
  • 期刊名称:土壤学报
  • 时间:0
  • 页码:3385-3392
  • 语言:中文
  • 分类:P934[天文地球—自然地理学]
  • 作者机构:[1]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, [2]中国科学院研究生院,北京100049, [3]南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室,南京210008, [4]北京师范大学地理学与遥感科学学院,北京100875
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划项目(2007CB407207)、中国科学院创新团队国际合作伙伴计划“人类活动与生态系统变化”(CXTDZ2005-1)、国家自然科学基金项目(40501056)、土壤与农业町持续发展国家重点实验室基金课题(0551000015)、中国科学院地理科学与资源研究所领域前沿项目、中国科学院“百人计划”项目、国家自然科学基金项目(40601078)资助
  • 相关项目:自适应多流向算法(MFD)研究
中文摘要:

通过传统土壤类型图所得的土壤属性图已不能满足精准农业和生态环境模型所需土壤属性的精度,而目前应用较多的统计方法和地统计方法均存在一定的局限性。鉴于此,本文探索了一种采用模糊聚类获取模糊隶属度进行土壤属性制图的方法。首先,采用模糊C均值聚类(Fuzzy c—means clustering,FCM)方法对环境因子进行聚类,通过野外采样(称为建模点)建立土壤-环境关系知识;然后,计算区域内各像元点对土壤类型的模糊隶属度;最后,对模糊隶属度采用加权平均的方法获取土壤属性值。将该方法应用于黑龙江鹤山农场老莱河流域的研究小区,以土体厚度和表层有机质为例进行土壤属性制图。为了评价该方法的有效性,将其与采用环境因子所建立的多元线性回归模型进行比较,通过野外验证点集评价两种模型所得的土壤属性,评价指标为观测值和预测值的相关系数、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和准确度(AC)。结果表明,尽管通过建模点建立的多元线性回归方程砰较大,但该方程并不适用于研究区内的其他样本点,这表明多元线性回归方法在该区具有一定的局限性。与之相比,模糊隶属度加权平均的方法则可以通过较少的建模点得到更好的预测效果。

英文摘要:

Use of fuzzy membership values obtained with the fuzzy c-means clustering (FCM) method was explored to predict soil properties over space. First, environmental factors were fuzzy-clustered. Then, soil samples were collected at modeling points in the fields to determine soil-environment relationship and fuzzy membership of each pixel point to soil type in the study region was calculated. Finally, the weighted average model was applied to fuzzy membership, thus acquiring soil properties. To evaluate effectiveness of this method, it was compared with the multiple linear regression model based on environmental factors in soil property and terrain attributes. Four indices were set up for evaluation of the performance of these two models, i.e. correlation coefficient between predicted and observed values, mean absolute error (MAE), root mean square (RMSE) and agreement coefficient (AC). To validate the method, it was applied to a study area, in the Laolai River Valley, Heshan Farm of Nenjiang County in Heilongjiang Province of China. Two soil properties were chosen, i. e. A-horizon organic matter and soil thickness. Results show that the fuzzy membership weighted method produced reasonably better performance than the regression model by using less modeling points, while the linear regression model demonstrated its limitations in the study area. Although R^2 of the regression equations based on modeling points was high, the equation does not fit other sampling points of the area. It is, therefore, concluded that the weighted average method using fuzzy membership was an efficient way to predict soil properties, and it is more extendable than the regression approach.

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期刊信息
  • 《土壤学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国土壤学会
  • 主编:史学正
  • 地址:南京市北京东路71号
  • 邮编:210008
  • 邮箱:actapedo@issas.ac.cn
  • 电话:025-86881237
  • 国际标准刊号:ISSN:0564-3929
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1119/P
  • 邮发代号:2-560
  • 获奖情况:
  • 2003年荣获“百种中国杰出学术期刊”称号,2002年荣获“第三届华东地区优秀期刊奖”,2002年荣获“第三届中国科协优秀期刊二等奖”
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40223