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基于GIS的中比例尺数字土壤制图研究

作　者: 王良杰
导　师: 潘剑君；赵玉国
学　校: 南京农业大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 决策树模型地形因子土壤-景观模型土壤制图
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 61次
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内容摘要

以空间分析技术和数学分析为手段的数字土壤制图方法在世界范围内得到了广泛的研究,形成了数字土壤制图方法。数字土壤制图方法与基于专家经验和手工绘制土壤图的传统制图方法相比,具有很多优点,提过了制图的精度,降低了制图的成本同时提高了制图的效率,并能够及时的更新和重复使用。近二十年来,现代科学技术的发展,特别是“3S”技术的应用,也为土壤制图提供了新的技术支持。以土壤-景观为代表的模型外推方法是基于经典的土壤发生学理论,即著名的Jenny方程：S=f(Cl,O,R,P,T,...),式中S表示土壤,Cl,O,R,P,T被称为影响土壤成土的环境因子,分别表示气候、生物、地形、母质和时间。该方程预示了这样一个假设：相同的土壤发生景观对应于相同的土壤类型；一旦获知土壤和景观单元的对应关系,就可以通过景观单元的特征去推断土壤类型。本研究以制作广东省1：20万土壤图为例,通过对地形因子数据按照SOTER标准进行重分类,构造空间单元,利用第二次土壤普查和此后工作积累的资料成果以及遥感数据源,结合野外补充调查,借助于空间分析技术,利用土壤发生环境因子,建立中比例尺土壤图空间单元表达,分析土壤图中土壤类型的空间分布规律,运用决策树模型提取土壤类型与地形因子之间的关系,填补空白处空间单元的土壤类型。研究地势平缓区域地形因子主要特征,对12100图斑单元进行重构,重构后的总体精度为61%，精度不高,这就需要采取更多的景观因子和更合理的数学模型才能区别所有土壤,仅依靠现有的环境因子识别困难较大,有待进一步的工作。本研究采用制作大比例尺土壤图的方式对中比例尺土壤图进行精度评价,提取大比例尺窗口区的地形因子,如高程、坡度、地形指数。采用地形因子的模糊聚类得到地形因子组合与土壤类型的隶属度关系,然后在隶属度高值区进行目的性采样,运用决策树模型提取土壤-景观模型关系,制作训练区的土壤类型分布图。通过不同尺度下,重合面积的比较,进行精度检验,模型的精度在72%左右,从土壤制图的精度及需求考虑,具有一定的可靠性。本研究同时通过环境因子的定量分析探索土壤组合构成的定量化问题,使组合类型内部的构成可见、量化,使土壤图成为满足一定比例尺的“全息”土壤空间属性一体化数据库,为普遍性工作提供案例研究。其中采用空间分析技术,提高土壤图上图单元的纯度,定量表达优势土壤组合的组分比例,国际国内报道都较少,研究结果具有普遍性意义,具有创新性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-22
  1.1 土壤—景观模型研究概述  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-13
  1.3 土壤—景观模型研究  13-17
    1.3.1 经验模型  13-14
    1.3.2 数学统计方法  14-17
      1.3.2.1 线性模型  14-15
      1.3.2.2 归一化线性模型  15
      1.3.2.3 树模型—决策与回归  15-16
      1.3.2.4 神经网络  16-17
  1.4 土壤景观模型因子的选取  17-22
    1.4.1 气候因素  17-18
    1.4.2 生物因子  18-19
    1.4.3 地形因子  19-20
    1.4.4 母质因子  20
    1.4.5 时间因子  20-22
第二章研究内容与技术路线  22-26
  2.1 研究区基本概况  22
  2.2 广东省土壤形成条件  22-24
  2.3 研究目标  24
  2.4 研究内容  24
  2.5 研究技术路线  24-26
第三章土壤景观模型因子  26-35
  3.1 SRTM数据获取  26
  3.2 SRTM数据出现空缺数据的原因  26
  3.3 SRTM高程数据空值区域填补方法  26-28
  3.4 地形因子数据  28-32
    3.4.1 数字高程模型  28-29
    3.4.2 坡度数据  29-30
    3.4.3 地形起伏度数据  30-32
  3.5 土壤温度数据  32-33
  3.6 土壤岩性数据  33-35
第四章中比例尺度土壤类型制图  35-45
  4.1 空间单元建立的理论依据  35
  4.2 空间单元建立的方法  35-38
    4.2.1 地形单元建立  35-37
    4.2.2 岩性分类  37
    4.2.3 土壤温度图  37-38
  4.3 二次土壤普查样点数据  38-40
  4.4 空间单元土壤类型迭代算法  40
  4.5 土壤类型空间分布规律  40-41
  4.6 基于决策树方法的土壤景观模型  41-43
    4.6.1 决策树分类的原理  42
    4.6.2 决策树生成  42-43
  4.7 空间单元重构  43-45
第五章中比例尺土壤图精度评价  45-53
  5.1 中比例尺度土壤图的精度评价方法  45-51
    5.1.1 训练区土壤类型分布  45-46
    5.1.2 训练区景观因子的选取  46-47
    5.1.3 土壤—景观因子关系提取  47-48
    5.1.4 聚类结果  48-49
    5.1.5 土壤类型图  49-51
  5.2 中比例尺度土壤图组分定量化  51-53
第六章结论与展望  53-55
  6.1 主要结论  53
  6.2 创新点  53-54
  6.3 不足与展望  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
硕士期间发表的论文  59

基于GIS的中比例尺数字土壤制图研究

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