[發明專利]一種基于多源數據輔助的農田土壤有機碳時空數據獲取方法

有效

• 申請號: 202010169850.X
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111398561B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 趙占輝;李軍杰;李會杰;張宏敏;魯春陽;楊鋒;楊甲
• 申請（專利權）人: 河南城建學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N21/17
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

本發明涉及一種基于多源數據輔助的農田土壤有機碳時空數據獲取方法，以少量樣本點數據為基礎，設計應用多源數據輔助處理方法，結合重采樣、插值分析，快速獲取時空尺度高分辨率數據，所獲數據具有可靠性高的優勢，解決了成本與樣本點數量之間的矛盾，即利用單一時期少量樣本點數據進行時、空尺度拓展，獲得時空分辨率更高的土壤采樣點數據，為數字農業大數據分析提供了數據支撐，填補了當前數據獲取困難的技術空白，時間尺度數據得到快速拓展，空間尺度樣點分辨率大幅提高，具有數據獲取速度快、數據可靠的技術優勢，并且本發明設計方法能夠大幅降低了數據獲取所需時間和經濟成本，為數字農業土壤質量監測快速提供分辨率更高的時、空數據。

技術領域

本發明涉及一種基于多源數據輔助的農田土壤有機碳時空數據獲取方法，屬于數字農業土壤質量監測技術領域。

背景技術

由于土壤形態和演化過程十分復雜，難以進行土壤形態與性質定量化描述，而且空間變異特征及空間相關性等定量化描述更加復雜，如何快速獲取所需的土壤關鍵信息已經成為科研工作者面臨的熱點問題。

在土壤監測領域，目前大范圍采樣調查工序十分繁瑣，需要前往樣點具體位置采集樣品，將樣品帶回實驗室做進一步分析，需要耗費大量人力、時間，并隨著調查范圍、樣點數量增加而大幅增加人力與時間成本，導致大尺度土壤質量調查工作通常間隔在10年或10年以上進行一次，完成大范圍調查需要1-3年時間，數據獲取效率十分低下，對樣本采樣和實驗室分析具有強烈的依賴性，具有費時費力費錢的缺陷，因其工作效率低而限制了其實用性，難以滿足當今快速發展的現代農業需求，特別是隨著數字農業的發展，獲取農業大數據能力嚴重不足，急需研發能夠快速獲取農業土壤屬性數據的技術。

隨著遙感技術的興起，為土壤普查與動態監測提供了強有力的數據支持，盡管遙感數據不能直接探測土壤理化性質（機械組成、濕度、有機碳含量等）空間分布，只能獲取土壤表面客觀的輻射信息，但是可以依靠相應的指標轉換模擬，反演土壤有機碳上時空分異特征。此外，遙感數據具有高時空分辨率、獲取互數據效率高、周期短能諸多優點，能有效補充傳統直接清查法時空分辨率不足的缺陷。因此，直接調查估算法能獲取第一手土壤信息數據，但時空分辨率有限，難以滿足當前高時空分辨率數據需要。基于碳循環過程模型的間接估測土壤有機碳變化方法，其模擬精度受制于參數復雜程度，進而影響模擬土壤有機碳估算精度。如果能將遙感高時空分辨率特征與生態系統碳循環過程模擬以及實測數據結合起來，既能保證估測數據準確性，又能確保土壤有機碳估測結果具有較高時空精度。有效集成多源數據，綜合評估時空尺度土壤有機碳變化規律已經成為當前學術界研究的熱點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于多源數據輔助的農田土壤有機碳時空數據獲取方法，能夠利用少量樣本數據、快速獲取時空尺度土壤有機碳密度，快速獲取面域高分辨率下、時空尺度土壤有機碳密度，提高工作效率。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種基于多源數據輔助的農田土壤有機碳時空數據獲取方法，用于獲得目標區域中各位置土壤有機碳密度隨預設觀測時刻序列的變化，包括如下步驟：

步驟A. 分別針對目標區域中預設數量、預設分布的各個樣本點，獲得樣本點位置的土壤有機碳密度，并根據目標區域各樣本點位置的土壤有機碳密度，針對目標區域進行土壤有機碳密度插值處理，獲得目標區域中各位置土壤有機碳密度，然后進入步驟B；

步驟B. 分別針對目標區域中的各個樣本點位置，根據樣本點位置的土壤有機碳密度、以及該樣本點位置的預設各類型模擬參數，應用硝化-反硝化模型進行預設時間分辨率的模擬，獲得該樣本點位置土壤有機碳密度隨預設觀測時刻序列的變化；進而獲得目標區域中各樣本點位置土壤有機碳密度隨預設觀測時刻序列的變化，然后進入步驟C；

步驟C. 針對土壤有機碳密度取值范圍、按預設間隔進行等級劃分，獲得覆蓋土壤有機碳密度取值范圍的各個有機碳密度等級間隔，并將各個有機碳密度等級間隔分別與預設各個彼此不同圖像灰度值一一對應，然后進入步驟D；