[發明專利]一種基于HASM模型的土壤有機碳儲量三維估算方法及系統

有效

• 申請號: 202110370512.7
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113176393B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 史文嬌;岳天祥;杜正平;張沫;趙娜;李家英;李啟權;王宗明
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 北京文慧專利代理事務所(特殊普通合伙) 11955
• 代理人: 戴麗偉

1.一種基于HASM模型的土壤有機碳儲量三維估算方法，用于對原始采樣點的多層土壤有機碳密度數據分為兩種數據結構進行處理，第一種數據為采樣點各層土壤有機碳密度之和，即總層土壤有機碳密度，第二種數據為采樣點各層土壤有機碳密度占所述總層土壤有機碳密度的比例，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對于所述第一種數據，結合多種環境變量，使用空間預測模型對總層土壤有機碳密度進行空間預測，得到第一空間預測結果，即總層土壤有機碳密度預測結果；

步驟2、采用第一HASM模型，將所述第一空間預測結果作為所述第一HASM模型的第一驅動場，對所述總層土壤有機碳密度進一步進行空間預測，得到第二空間預測結果；

步驟3、對于所述第二種數據，對每個采樣點進行多層土壤有機碳密度隨土壤深度變化的指數函數曲線擬合，得到每個采樣點的指數函數曲線類型及對應的曲線擬合參數；

步驟4、根據每個采樣點的指數函數曲線類型和對應的曲線擬合參數，確定不同曲線類型的曲線擬合參數取值范圍；

步驟5、根據所述指數函數曲線類型，結合地表分類信息，得到每個采樣點的組合類型，分別計算每種組合類型的第二種數據的均值，得到均值表；

步驟6、結合所述多種環境變量，使用空間預測模型對所述指數函數的曲線擬合參數進行空間預測，得到第三空間預測結果；

步驟7、將所述第三空間預測結果作為第二驅動場，結合第二HASM模型對指數函數的曲線擬合參數進行空間預測，得到第四空間預測結果；

步驟8、將所述第四空間預測結果的每個柵格的曲線擬合參數值，根據所述曲線擬合參數取值范圍，確定每個柵格的指數函數曲線類型；

步驟9、將每個柵格的指數函數曲線類型，結合每個柵格對應的地表分類信息，識別每個柵格的組合類型；

步驟10、按照每個柵格的組合類型，對每個柵格點不同層的土壤有機碳密度比例根據不同組合類型的均值表進行賦值，進而得到各層土壤有機碳密度比例的空間分布值；

步驟11、將所述第二空間預測結果與所述各層土壤有機碳密度比例的空間分布值相乘，得到各層土壤有機碳密度空間預測結果，即第五空間預測結果；

步驟12、將所述第五空間預測結果作為第三驅動場，結合第三HASM模型進行空間預測，得到第六空間預測結果；

步驟13、將所述第六空間預測結果中的各層土壤有機碳密度與相應柵格面積相乘，得到三維空間土壤有機碳儲量空間分布，即第七空間預測結果。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述空間預測模型采用廣義線性模型或隨機森林模型。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2使用如下的第一HASM模型，采用迭代法計算滿足精度的解，將解向量的元素值對應相應的空間位置，得到SOCD_Total的空間分布曲面：

其中A為系數矩陣，SOCD_Total為優化后的總層土壤有機碳密度曲面，S₁和d₁分別為采樣點系數矩陣和采樣點總層土壤有機碳密度值，n為迭代次數。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中采用以下公式進行指數函數曲線擬合：

SOCD＝P_Aexp(-P_B×D)

其中，SOCD為土壤深度對應的土壤有機碳密度，P_A和P_B為指數函數的兩個曲線擬合參數，D為土壤深度。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4具體包括：

按照曲線擬合參數P_A的范圍劃分出四種曲線類型，包括：范圍為(40,90]的普通衰減型、范圍為大于90的表層聚集型、范圍為(30,40]的均勻分布型和范圍為(0,30]的異常分布型。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7中所使用的第二HASM模型具體為：

其中B為系數矩陣，PA為優化后的指數函數參數曲面，S₂和d₂分別為采樣點系數矩陣和采樣點指數函數參數值。