基于傳統(tǒng)土壤圖的土壤-環(huán)境關(guān)系獲取與驗(yàn)證.pdf

1、傳統(tǒng)土壤圖是土壤普查專家經(jīng)過野外實(shí)地調(diào)查和航片解譯后得到的成果，是流域管理、生態(tài)水文等研究領(lǐng)域所需土壤空間分布相關(guān)信息的主要數(shù)據(jù)來源。隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)土壤調(diào)查方法已經(jīng)難以滿足其他科學(xué)領(lǐng)域?qū)ν寥佬畔⒎?wù)提出的要求，主要原因有以下幾個(gè)方面:傳統(tǒng)土壤調(diào)查方法主要以專家經(jīng)驗(yàn)的思維模式為基礎(chǔ)，通常難以表達(dá)、交流以及存儲;傳統(tǒng)土壤調(diào)查方法在描述土壤實(shí)體的定性特征方面與土壤的實(shí)際空間分布特征難以匹配，導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果的精度準(zhǔn)確性較差;傳統(tǒng)土壤

2、調(diào)查的成本高且具有區(qū)域限制，不利于土壤信息的更新。因此，在數(shù)字土壤制圖(DSM)中如何利用已有的歷史資源和數(shù)據(jù)有效地獲取精度較高的土壤圖十分重要。本研究從傳統(tǒng)土壤圖和地形數(shù)據(jù)中提取土壤類型以及環(huán)境數(shù)據(jù)信息，采用空間數(shù)據(jù)挖掘方法建立土壤-環(huán)境關(guān)系，并通過實(shí)地采樣進(jìn)行了可靠性和準(zhǔn)確性驗(yàn)證。本文以湖北省黃岡市紅安縣華家河鎮(zhèn)灄水河流域研究區(qū)為例，利用全國二次土壤普查時(shí)獲得的傳統(tǒng)土壤圖為知識獲取源來呈現(xiàn)這一研究過程。該方法主要包括五個(gè)步驟:

3、>　　1)首先，為確保土壤環(huán)境知識的準(zhǔn)確性，選擇了與當(dāng)?shù)爻赏吝^程密切相關(guān)的7個(gè)環(huán)境因子并建立地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)庫，這些因子包括改進(jìn)后的成土母質(zhì)圖和由分辨率為10m的數(shù)字高程模型(DEM)生成的高程、坡度、坡向、沿平面曲率、沿剖面曲率、地形濕度指數(shù)共6個(gè)地形因子數(shù)據(jù);
　　2)由于傳統(tǒng)制圖主要由手工制成，通常會因?yàn)楸壤叽笮?、邊界誤置等原因產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致圖內(nèi)包含難以表達(dá)專家正確關(guān)系模型知識的錯(cuò)誤，因此進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理十分重要

4、。為了減少傳統(tǒng)土壤圖中因上述原因產(chǎn)生的噪聲、異常數(shù)據(jù)等誤差，利用頻率分布原理建立環(huán)境直方圖，提煉得到1410個(gè)土壤類型與環(huán)境因子典型樣本數(shù)據(jù);
　　3)利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對典型樣本集進(jìn)行處理，獲取蘊(yùn)含在傳統(tǒng)土壤圖中的詳細(xì)專家知識。而與其他的算法相比，決策樹算法具有精度高且容易理解等優(yōu)勢，適用于提取和表達(dá)土壤環(huán)境模型知識。本研究采用See5.0決策樹方法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)挖掘，獲取土壤-環(huán)境關(guān)系知識;
　　4)利用步驟3）中獲取的

5、土壤-環(huán)境關(guān)系知識和1）中的環(huán)境因子數(shù)據(jù)圖層在土壤-景觀推理模型(SoLIM)中進(jìn)行推理制圖，并根據(jù)推理結(jié)果來預(yù)測當(dāng)前土壤的空間分布情況。大量案例研究已表明SoLIM方法比傳統(tǒng)人工、主觀的土壤制圖方法更精確，其利用相似度作為度量參數(shù)，以模糊邏輯為基礎(chǔ)進(jìn)行土壤隸屬度的計(jì)算，然后將每一個(gè)像元的相似度向量中對應(yīng)于最大隸屬度值的土壤類型作為該像元的土壤類型，得到最終的土壤類型分布圖;
　　5)通過對比分析原始土壤圖和推理土壤圖間的差異，采

6、用均勻采樣、主觀采樣和橫截面采樣三種方式獲取270個(gè)實(shí)地采樣點(diǎn)，以便整體反映土壤的分布狀況。利用混淆矩陣中的指標(biāo)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證土壤圖的精度。
　　研究表明:通過模糊推理得到的土壤圖比原始土壤圖呈現(xiàn)了更詳細(xì)的空間分布信息，并且經(jīng)驗(yàn)證，三種采樣方式下推理土壤圖的精度分別為73％、76％和71％，均高于原始土壤圖，推理土壤圖總體分類精度為75％，相比于原始土壤圖約提高了11％，而且圖斑的數(shù)量相比于原始圖明顯增加。因此，這種以傳統(tǒng)土壤