ریزمقیاس سازی مکانی نقشه رقومی کربن آلی خاک با استفاده از الگوریتم دیزور

سابقه و هدف: در بیشتر پروژه‌های ملی و منطقه‌ای به‌منظور تولید نقشه رقومی ویژگی‌های خاک، تراکم نمونه‌برداری، به دلیل پرهزینه و زمان‌بر بودن، کم در نظر گرفته می‌شود. به همین دلیل نقشه‌های رقومی تولیدی دارای قدرت تفکیک مکانی درشت (بیش از90 متر) هستند که در مقیاس مزرعه‌ای (قدرت تفکیک مکانی کمتر از30 متر) قابل استفاده نیستند. یکی از راه‌کارهای حل این مسئله، ریزمقیاس‌سازی نقشه‌های رقومی با قدرت تفکیک مکانی درشت با استفاده از متغیرهای محیطی با قدرت تفکیک مکانی ریز است. هدف از انجام تحقیق حاضر، بررسی کارآیی الگوریتم ریزمقیاس‌سازی دیزور برای تولید نقشه رقومی کربن آلی با قدرت تفکیک مکانی 30 متر از نقشه رقومی کربن آلی خاک با قدرت تفکیک مکانی 90 مترمی‌باشد. مواد و روش‌ها: ناحیه مورد مطالعه به وسعت تقریبی 14084 هکتار بخش کوچکی از حوضه آبریز کرخه واقع در استان کرمانشاه می‌باشد. در ابتدا با استفاده از 110 نقطه مشاهداتی تصادفی و روش کریجینگ بلوکی، نقشه رقومی کربن آلی خاک در محدود مورد مطالعه با اندازه پیکسل 90 متر تهیه گردید. سپس مجموعه‌ای شامل 23 متغیر کمکی محیطی مرتبط با فاکتورهای اسکورپن شامل اقلیم، توپوگرافی، موجودات زنده و مواد مادری به عنوان متغیرهای پیش‌بینی‌کننده مورد استفاده قرار گرفت. به‌منظور تهیه متغیرهای محیطی اقلیمی و توپوگرافی، از مدل رقومی ارتفاعSTRM و برای تهیه شاخص‌های پوشش گیاهی و زمین‌شناسی از تصاویر ماهواره لندست 5 استفاده شد. از الگوریتم دیزور که یک فرایند تکراری برای نزدیک شدن به راه حلی برای حفظ جرم است و مدل‌های خطی چند متغیره، افزودنی تعمیم یافته، کوبیست، جنگل تصادفی و مدل تجمعی برای تولید نقشه‌های ریزمقیاس استفاده گردید. برای ارزیابی کارآیی روش‌های مختلف، از مقایسه نقشه‌های بازسازی شده (حاصل از تبدبل نقشه‌های ریزمقیاس با اندازه پیکسل 30 متر به 90 متر با استفاده از فیلتر میانگین) با نقشه پایه (نقشه کریجینگ بلوکی) و معیارهای ارزیابی نااریبی، ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا وضریب همبستگی تطابق استفاده شد. همچنین ساختار مکانی نقشه‌های بازسازی شده و نقشه پایه با استفاده پارامترهای نیم‌تغییرنمای تجربی بررسی گردید. یافته‌ها: رابطه بین متغیرهای کمکی با کربن آلی با استفاده از روش‌های داده‌کاوی در چهارچوب الگوریتم دیزور منجر به تولید نقشه‌های ریزمقیاس شد. نتایج نشان داد توابع تراکم احتمال نقشه‌های بازسازی در مدل کوبیست بسیار نزدیک به تابع تراکم احتمال نقشه پایه است. همچنین نقشه ریزمقیاس‌شده حاصل از مدل کوبیست دارای بیشترین ضریب تبیین بازسازی (75/0) و ضریب همبستگی تطابق بازسازی (8/0) و کمترین ریشه میانگین مربعات خطای بازسازی (06/0) و نااریبی بازسازی (001/0) بوده و بنابراین دارای بالاترین کارآیی در ریزمقیاس‌سازی نسبت به مدل‌های مختلف داده‌کاوی مورد بررسی است. همچنین مشخص شد استفاده از روش مدل‌سازی تجمعی در مقایسه با مدل‌های داده‌کاوی منفرد، صحت و دقت نقشه‌های ریز مقیاس شده را افزایش می‌دهد. مطالعه ساختار مکانی نقشه‌های ریزمقیاس‌شده با روش‌های داده‌کاوی در مقایسه با نقشه پایه (نقشه کریجینگ بلوکی کربن آلی خاک) نشان داد که واریانس کل نیم-تغییرنمای نقشه بازسازی شده مدل کوبیست نسبت به سایر مدل‌ها به واریانس کل نیم‌تغییرنمای نقشه پایه بسیار نزدیکتر است. نتیجه‌گیری: الگوریتم دیزور اصلاح شده به‌دلیل استفاده از روش‌های مختلف داده‌کاوی و مدل تجمعی، یک گزینه عملی برای ریزمقیاس-سازی نقشه ویژگی‌های خاک با قدرت تفکیک مکانی درشت است. با توجه به کارایی بالای این روش، می‌توان از آن برای تولید نقشه‌های ویژگی‌های خاک در مقیاس مزرعه‌ای از نقشه‌های رقومی در مقیاس منطقه‌ای و ملی استفاده نمود.

Keywords:

نقشه‌برداری رقومی خاک , قدرت تفکیک مکانی , کریجینگ بلوکی , داده کاوی