نقشه برداری رقومی خاک با استفاده از تکنیک های یادگیری ماشین

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه علوم و مهندسی خاک دانشگاه ارومیه

2 هیات علمی گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه

3 عضو هیات علمی مرکز آموزش عالی شهید باکری میاندوآب، دانشگاه ارومیه

4 گروه علوم و مهندسی خاک دانشگاه شهرکرد

10.22034/ws.2021.44112.2401

چکیده

کاستی های روش های کلاسیک، ابداع سامانه اطلاعات جغرافیایی و تکنیک های سنجش از دور، ضرورت استفاده از نقشه برداری رقومی خاک را دوچندان نموده است. پژوهش حاضر برای بررسی توانایی تکنیک های یادگیری ماشین در توصیف پراکنش خاک ها در منطقه ای با وسعت حدود 5000 هکتار در غرب شهرستان هریس آذربایجان شرقی انجام شد. در این تحقیق از داده‌های بانک خاک، شامل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی 50 خاکرخ و 50 مته که با استفاده از روش طبقه بندی تصادفی، حفر و تشریح شده بودند، استفاده شد. نتایج نشان داد مدل های مورد مطالعه مورد مطالعه (رگرسیون درختی توسعه یافته، درختان تصمیم گیری تصادفی و شبکه های عصبی مصنوعی) مدل های مورد مطالعه، با پایین رفتن سطح رده بندی (از رده به گروه بزرگ)، مقادیر صحت عمومی کاهش یافت. از میان مدل های انتخابی، مدل رگرسیون درختی تعمیم یافته بالاترین کارآیی را برای تخمین اکثر ویژگی های مورد مطالعه داشت، اما مناسب‌ترین مدل برای تخمین ویژگی های خاک، به طور حتم نمی تواند تخمین درستی از آن ویژگی های اراضی داشته باشد. از سوی دیگر، اگرچه مدل های مختلف ویژگی های محیطی متفاوتی را برای تخمین استفاده نموده اند، ولی اجزای اراضی، توانایی زیادی در تخمین ویژگی های خاک حتی در اراضی مسطح داشته است. شایان ذکر است که تخمین صحیح می تواند متأثر از تغییرپذیری ویژگی های خاک، مدل تخمین، تعداد نمونه های صحرایی و توانایی ویژگی های محیطی کاربردی در بیان تغییرات سطوح مختلف رده بندی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Digital Soil Mapping by Machine Learning Techniques

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Mahmoudi 1
  • Hamid Reza Momtaz 2
  • Moslem Servati 3
  • Hassan Mohammadi 4
1 MSc Student of Soil Science and engineering Department, Urmia University
2 Faculty member m Department of Soil Science, Urmia University
3 Shahid Bakeri High Education Center of Miandoab, Urmia University
4 Soil Science and engineering department, Urmia University
چکیده [English]

Background and Objectives: The use of geospatial techniques for mapping soils is broadly covered by the term “digital soil mapping”. Soil maps have considerable significance as basic maps in many environmental and natural resources studies.
Methodology: According to semi-detailed soil, survey and using stratified random sampling method, 50 pedons and 50 augers with approximate distance of 1000 m were excavated, described and soil samples were taken from different genetic horizons. namely boosted regression tree (BRT), random forest (RF), artificial neural networks (ANNs) and multinomia l logistic regression (MLR) were used to test the predictive power for mapping the soil classes.
Findings: Results showed that the different models had the same ability for prediction of the soil classes across all taxonomic levels but a considerable decreasing trend was observed for their accuracy at subgroup and family levels. The terrain attributes were the most important auxiliary information to predict the soil classes up to the family level. It is noticeable that the artificial neural network model has a good accuracy up to the great group level through the acceptable level of overall accuracy (i.e., 75 %), hence it has a high degree of uncertainty.
Conclusion: Terrain attributes were the main predictors among different studied auxiliary information. The accuracy of the estimations with more observations is recommended to give a better understanding about the performance of DSM approach over low-relief areas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Artificial Neural Network
  • Heris
  • Linear regression
  • Prediction models
  • Soil classes