[發明專利]一種顧及SOCD空間異質性的克里格插值模型構建方法

有效

• 申請號: 201710345309.8
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107194054B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 陳奕云;吳子豪;劉以;郭凱;胡家蒙;郭龍
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

本發明公開了一種顧及SOCD空間異質性的克里格插值模型構建方法，結合土地利用信息降低空間異質性和空間異常值對普通克里格法的影響，且根據不同的趨勢項函數，所述克里格插值模型包括虛擬變量回歸克里格法、均值中心化克里格法和中位數中心化克里格法。并利用模型實現更高精度的SOCD預測和制圖，最后根據模型評價指標值選擇最佳預測方法及其預測結果。本發明的模型可靠性、預測合理性、預測精度和決定系數R²均顯著提高；同時，模型實現了更高精度的SOCD空間制圖，對實現精確農業和提高農業生產效率有重要意義。

技術領域

本發明屬于土壤質量評價技術領域，涉及一種土壤有機碳密度(SOCD)空間分布預測和制圖方法，特別涉及一種顧及土壤有機碳密度空間異質性的土地利用-克里格插值模型構建方法。

背景技術

土壤有機碳密度(SOCD)是評價土壤質量的重要指標，深刻影響著土壤的物理化學性質。準確描述區域土壤有機碳密度的空間分布特征，完成SOCD空間分布的精確制圖，對實現精確農業、指導農業生產和提高農業生產效率有重要意義。普通克里格法(OK)作為線性無偏最優的空間插值方法，可以根據采樣點屬性值的空間統計規律，得到區域化變量在全域的空間分布特征。但是，由于外界因素的綜合干擾，使得區域化變量SOCD在全域內存在空間異質性，甚至出現空間異常值，違背了OK的平穩性前提假設，導致模型的可靠性和預測精度下降。

現有研究通常引入輔助環境變量提升模型對SOCD空間變異的解釋能力，主要包括氣候因素(張慧智等，2008年)、植被覆蓋狀況(邱樂豐等，2010年)、土地利用類型(顧成軍等，2014年)、地形地貌(楊順華等，2015年)、和土壤類型(Ku Wang等，2013年)等；近年來，學者們還引入了模糊坡位信息(Qin等，2012年)、高時間分辨率遙感數據(劉峰等，2011年)和近地高光譜信息(劉艷芳等，2017年)用于數字土壤制圖。但是，在人類活動對土壤屬性影響較大的平原農田地區，由于地形起伏度小、區域內自然植被已經基本被農作物取代、區域范圍內的氣候降水差異較小等原因，使用傳統自然要素作為輔助變量時與土壤屬性值的協同程度較低，難以提升模型預測精度。

由于土地利用類型可以由遙感影像直接解譯得到、獲取方便，因此結合土地利用類型提升土壤屬性空間插值模型的精度成為當前平原農田地區精細數字土壤研究的重要方向。在結合土地利用信息進行土壤屬性克里格插值的研究中，有學者根據土地利用類型進行空間分區，分別實現子區域空間插值后將結果合并，但這種方法多用于土地利用方式在空間上大面積連續的情況(Wu Qian等，2017年)；此外還有學者根據土地利用類型屬于名義變量的特性，使用均值中心化與克里格結合的方法(顧成軍等，2014年)或虛擬變量回歸克里格法(Wen Wen等，2015年)進行土壤屬性值空間預測，但是目前還沒有一種模型可以將這兩種方法統一起來，并進行兩種方法預測精度的比較；此外，當校正集存在空間異常值時，這兩種方法的預測精度還有待提升。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種顧及空間異質性的土地利用-克里格模型，應用于受人類影響深刻的平原農田地區，目的是實現更高精度的SOCD空間分布預測及制圖，指導農業生產、實現精確農業。

本發明提供的一種顧及土壤有機碳密度空間異質性的克里格插值模型構建方法，其特征在于：結合土地利用信息降低空間異質性和空間異常值對普通克里格法的影響，且根據不同的趨勢項函數，所述克里格插值模型包括虛擬變量回歸克里格法(DV_RK)、均值中心化克里格法(MC_OK1)和中位數中心化克里格法(MC_OK2)。