基于VRML的土壤电导率三维空间变异性虚拟实现建模研究

如何表达土壤属性的三维空间变异性对传统的土壤剖面采样、空间变异分析和三维可视化表达提出了挑战。本研究以浙江省围垦海涂水稻田土壤盐分为例,采用EM38电磁感应线性模型结合二阶Tikhonov正则化方法反演剖面0~110 cm范围内10个土层深度的土壤电导率作为三维空间变异性研究的数据源;然后利用三维反距离权重方法进行土壤盐分的三维空间插值;最后分别采用虚拟现实建模语言（VRML）的球体、切片、地柱模型对土壤电导率剖面离散点、二维空间变异切片、三维变异土体模型进行三维虚拟现实可视化建模,并实现模型的网络发布。结果表明,在田间尺度上,三维反距离权重方法可较好的对土壤电导率在三维空间的分布进行预测插值;通过VRML方法进行可视化建模可较好的展示及解析土壤电导率的三维空间分布规律;水平方向上,土壤盐分从西北面向东南面逐渐增大,垂直方向上,土壤盐分随土层深度的增加而增大,且东南角土壤盐分最大;另外,用户可利用IE浏览器实现虚拟现实模型的可视化及对模型进行平移、放大、缩小、旋转等基本操作。基于VRML的虚拟建模方法可为土壤属性的三维变异性可视化及网络共享提供新途径。     

基于电磁感应研究新疆土壤盐分三维空间变异对季节的响应

为了获得新疆典型区域不同季节土壤盐分的三维特征,该研究以新疆伊犁地区典型地块为研究区域,将电磁感应式土壤表观电导率快速测定技术作为基础,建立了基于土壤表观电导率数据不同季节的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,获得了剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用反距离权重空间数据插值方法评估了研究区不同季节三维土壤盐分空间变异特征,探索了三维土壤盐分变化对不同季节的响应特征。研究表明:研究区秋、春两个季节各土层土壤盐分含量的变异系数在1.223~1.636之间,均表现为强度变异性,秋季土壤盐分含量的变异性随着土层深度的增加而减小,而春季土壤盐分含量的变异性随着土层深度的增加而增大。秋、春两个季节研究区大部分区域土壤盐分含量比较低,土壤盐分含量高值区域主要集中在研究区的西北、西南及中部地区,并且表现出次年春季的盐渍化程度及盐土所占比例比前一年秋季明显加重。利用电磁感应式土壤表观电导率快速测定结合三维反距离权重方法,对区域不同季节土壤盐分三维空间变异特征解析的精度分别达到相关系数为0.887和0.862。研究结果将为解译与评估干旱区三维土壤盐分特征随季节变化提供可靠的理论依据和技术方法。     

基于电磁感应技术的棉田土壤电导率时空异质性研究

土壤剖面盐分的分布位置和含量的三维可视化研究,对干旱区盐渍化土壤定额灌溉具有重要意义。通过采集4个不同时期的土壤表观电导率数据和同步采集的土壤剖面样品的室内测定电导率数据,利用多元线性回归方法构建了土壤剖面不同土层实测电导率与表观电导率之间的反演模型,采用三维反距离权重插值法（3D-IDW）实现了土壤盐分的三维可视化,在此基础上研究了新疆干旱区膜下滴灌棉田土壤剖面盐分的时空变化。结果表明：表观电导率与实测电导率之间具有较好的相关性,基于表观电导率数据构建的实测电导率反演模型的决定系数（R2）在0.82～0.99之间;基于3D-IDW的三维可视化技术可高精度地展示出盐分在土壤剖面中的分布位置和含量,不同时期土壤电导率交叉验证的R2均大于0.75;土壤电导率的三维数据统计结果表明,由于灌溉、覆膜和揭膜活动等人为因素和气温、蒸发作用、地下水水位等自然因素的作用,不同时期土壤剖面盐分的分布特征和含量均存在较大的差异,3月份土壤剖面盐分分布类型为均匀型,0～100 cm土壤剖面的电导率范围为0.78～0.88 dS·m–1,6、7和10月份为表聚型,6月和10月份的盐分主要集中分布于0～20 c...     

基于反距离权重插值的土壤盐分三维分布解析方法

为了建立面域三维土壤盐分信息精准解译与表征技术方法,该研究以反距离权重空间数据插值方法结合电磁感应式表观土壤电导率快速测定技术为基础,成功构建出典型干旱区土壤盐分分层精确解译模型,对研究区土壤盐分进行了精度解析与评估,以三维图形方式直观揭示了土壤盐分空间分布特征。研究区不同区位土壤盐分呈现出不同的剖面分布类型特征,研究区主体土壤属于中度以上盐渍化。该研究将为土壤盐分三维空间分布特征解析与评估提供可靠技术方法。     

Interpreting method of regional soil salinity 3D distribution based on inverse distance weighting

为了建立面域三维土壤盐分信息精准解译与表征技术方法,该研究以反距离权重空间数据插值方法结合电磁感应式表观土壤电导率快速测定技术为基础,成功构建出典型干旱区土壤盐分分层精确解译模型,对研究区土壤盐分进行了精度解析与评估,以三维图形方式直观揭示了土壤盐分空间分布特征。研究区不同区位土壤盐分呈现出不同的剖面分布类型特征,研究区主体土壤属于中度以上盐渍化。该研究将为土壤盐分三维空间分布特征解析与评估提供可靠技术方法。     

基于电磁感应仪的土壤盐渍化剖面特征解译研究

为了快速、精准解译区域尺度土壤盐分特征,有必要建立土壤剖面盐分信息精确解译模型。以新疆农灌区不同土壤质地的盐渍化土壤为研究对象,利用电磁感应式大地电导率仪EM38获取土壤表观电导率,构建了基于EM38的两种土壤质地剖面分层盐分解译模型,并对盐分解译回归模型进行了精度检验。结果表明:两种质地的土壤剖面盐分含量变异均较大,中壤土各层电导率变异系数在58%~98%,呈现中等变异强度,而砂土表层(0~40 cm)变异系数达到100%以上,属于强变异强度,深层土壤变异系数介于76%~88%属于中度变异强度。两种质地土壤电导率与磁感表观电导率EMh、EMv间呈显著的相关关系,水平和垂直测量模式都能够对不同深度土盐层分进行预测,且以EMh+EMv为自变量的二元回归解译模型具有较高的精度,相关系数R达到0.94以上。中壤土EM38的盐分预测在不同深度土层的验证结果决定系数达到0.59以上,砂土质地土壤盐分预测验证R2达到0.36以上,预测精度与土壤剖面盐分变异性呈现显著负相关,其相关系数为-0.86,中壤土质地的解译效果优于砂土质地。分析EM38在预测不同土壤质地盐分精度上的差异性,构建了电磁感应式土壤剖面盐分含量的预测模型。研究结果引入土壤质地变量,可为大面积土壤盐渍化的快速精确测定提供理论依据。     

基于线性混合模型的滨海盐碱土盐分空间变异性研究

准确的土壤盐分空间变异信息是防治土壤盐碱化和制定科学种植规划的重要依据。本文根据电磁型近地传感器EM38测定的土壤表征电导率(EC_a),研究有限最大似然法(REML)在地统计建模趋势去除中的应用,基于线性混合模型将趋势与残差分离,然后利用泛克立格开展海涂围垦区水稻田土壤盐分的空间变异性研究。结果表明,本研究区土壤盐分存在强烈的空间变异性且呈一定的空间分布趋势;REML方法拟合的二次多项式模型可较好的表征土壤盐分的空间分布趋势,在去除趋势的同时,选用指数模型对残差的半方差函数进行拟合;基于泛克立格插值的交叉检验结果可见,该方法可得到较小的预测误差,且标准离差比平均值参数接近理想值,REML方法大大提高了模型的精度;就地统计空间插值结果可看出,土壤盐分呈出从西北角向东北角、从周边向中心渐变的空间分布特征,且与土壤排水条件表现出较好的耦合性。     

基于多源数据的中原黄泛区土壤盐分空间变异分析

为研究中原黄泛区土壤盐分空间变异,以河南省封丘县为研究区,综合考虑引起土壤盐渍化的土壤盐分、地形、地下水位及矿化度、植被情况及其他影响因素,基于遥感影像和磁感式探测获得的土壤表观电导率等多源数据建立了区域土壤盐分综合评估模型,并对研究区分层土壤盐分空间变异进行评估。结果表明:对于0~60 cm土层利用多源数据进行模型构建中土壤表观电导率与光谱指数占主要比例,模型对于各层土壤盐分的评价精度0~60 cm土层优于≥60~120 cm土层。土壤盐分含量随着深度的增加而增大,变异系数在0.22~0.28之间,属中等变异强度。土壤盐分主要集中分布在研究区北部与东南部,尤其是东南角黄河沿线区域,且随着土壤剖面显示出从表现到深层逐渐增加的趋势。利用多源数据建立的分层土壤盐分综合评估模型对于区域土壤盐分解析具有较高精度。该研究为中原黄泛区土壤盐化消减与土壤质量提升提供了可靠新方法。     

客土造林后滨海盐碱地土壤盐分分布及影响因素分析

土壤盐碱化问题严重制约着盐碱地生态绿化环境和农业可持续发展。为研究客土造林后滨海盐碱地土壤盐碱化状况的空间分布格局及影响因素，该研究开展实地调查采样，结合地统计学、经典统计学和Kriging插值等方法分析徐圩新区滨海盐碱地0～10、>10～20、>20～40、>40～60、>60～100 cm土层土壤盐分分布格局及其影响因素。结果表明：1）研究区5个土层土壤电导率均为中等强度变异，pH值是弱变异。大多数土层土壤电导率和pH表现为弱空间相关性，由随机因素引起的空间变异性较弱，自相关引起的空间变异性较强。水平方向上看，研究区从西向东盐碱程度逐步加深，垂直方向上，土壤电导率随着土层深度增加而不断变大；2）研究区客土0～100 cm土层土壤电导率均值为2.91dS/m，属于轻度盐渍化土；原土0～100 cm土层土壤电导率均值为31.00dS/m，属于极重度盐渍化土，原土上只有极少数耐盐作物能自然正常生长。客土土壤电导率明显低于原土，但pH值与原土差异不大，客土土壤盐分表聚和底聚现象明显，存在返盐返碱的问题，长期来看，客土造林并不是该地区绿化最好的方式。3）影响研究区土壤...     

干旱区农田灌溉前后土壤水盐时空变异性研究

通过田间土壤剖面取样,测定了新疆奇台县干旱区农田灌溉前、灌溉后1 周和3 周土壤水盐的时空变异特征。结果表明: 灌溉前, 剖面各层土壤含水量较低(15.25%~16.70%), 且呈中等(偏弱)变异性; 剖面上部(40 cm 以上)土壤盐分呈强变异性, 而下部为中等(偏强)变异性。灌溉后1 周, 除0~20 cm(弱变异性)外, 其他土层水分及剖面下部盐分变异性未变, 但变异系数均减小, 上部土壤盐分转为中等(偏强)变异性; 剖面平均土壤含水量升高10.51%, 脱盐率达8.94%, 其中, 表层(0~20 cm)土壤水分增加率(118.48%)及脱盐率(20.86%)最大, 底层(100~120 cm)水分增加率(40.54%)及脱盐率(-6.93%)最小。灌溉后3 周与1 周相比, 各层(除80~100 cm 土层)水分及盐分的变异性保持不变, 但水分的变异系数增大, 而盐分的变异系数减小; 剖面平均含水量减少5.20%, 表层(0~20 cm)失水率(36.47%)最大, 80~100 cm 失水率(7.31%)最小; 表层土壤积盐率(4.55%)约为20~40 cm 土层的12 倍; 而40 cm 土层以下仍处于脱盐阶段, 40~80 cm 土壤脱盐率减小, 80~120 cm 土层脱盐率(9.03%)增大。     

基于三维普通克立格方法的滨海盐土电导率三维空间变异研究

土壤是一个三维自然空间实体,人们关心的不仅是二维平面上的信息,还包括垂直方向的第三维信息,但是目前土壤属性空间变异研究主要集中在水平方向上。即使是以土壤属性三维变异特性描述为目的的研究,也仅仅局限于用一系列水平层来描述土壤不同深度土层的属性变化,没有考虑上下层之间的相互影响[1]。土壤盐分作为滨海盐土区农业生产的一个重要限制性因子,影响着土壤质量和作物产量,严重时导致农用土壤的荒弃[2]。1m深度范围内,滨海盐土的盐分含量随降雨、蒸发、微地形等因素变化明显[3]。因此,研究滨海盐土三维土体盐分的空间变异规律对于海涂土壤改良、滨海盐土区农业的精确管理具有重要意义。通常三维空间的原始数据均是离散的     

莫索湾灌区土壤剖面盐分的季节性变化特征

以新疆莫索湾灌区为研究区域,通过对该地区春季和秋季土壤剖面取样,得到土壤盐分值并采用Arc-gis 10.0软件对土壤盐分进行地统计学分析,从而探索莫索湾灌区不同季节土壤剖面盐分的空间变化特征。结果表明：研究区土壤剖面盐分含量随土层深度的增加而升高,属于底聚型;盐分含量总体表现为东南部高于西北部,2014春季高于2013年秋季,是因为灌区春季温度高于秋季,且积雪融化造成部分地区地下水位升高,强烈的地表蒸发使得底层盐分上移到耕层。不同季节各层土壤盐分含量值都符合对数正态分布,变异系数在66％~92％之间,具有中等强度的空间变异性,表层土壤变异大于底层;半方差分析得出2013年秋季和2014年春季各土层土壤盐分含量可以用高斯模型、指数模型和线性模型拟合,拟合模型的R2均大于0.75;土壤盐分含量的块金系数 C0/( C0＋ C )值在31％~42％之间,盐分含量值均表现为中等强度的空间自相关,0~100 cm土壤盐分受自然因素和人为因素共同作用。研究结果可为莫索湾灌区盐渍化土壤的分区、改良和利用提供理论基础。     

基于EMI的小泊湖退化湿地土壤盐分的空间分布

采用电磁感应(EMI)、地统计学半变异函数和Kriging空间插值方法研究小泊湖退化湿地土壤盐分的空间分布。结果表明:土壤表观电导率(ECa)和0—40cm土壤盐分含量呈线性显著正相关,说明在小泊湖湿地土壤表观电导率的变化可以用以反映土壤盐分含量的变化;半变异函数分析表明,土壤盐分具有强空间相关性[C/(C0+C)0.5],其空间分布主要是由结构性因素引起的;高斯模型(R2=0.98)插值土壤盐分表明,土壤盐分空间分布与退化湿地的空间分布表现出明显的一致性,放牧活动强烈的退化区域土壤盐分相对较高,说明小泊湖湿地退化后土壤盐分含量高于未退化湿地,土壤盐分含量在一定程度上能反映湿地退化的程度,可为湿地退化防治监测提供依据。     

压砂地土壤盐分空间变异规律

[目的]研究不同种植年限压砂地及裸地不同土层土壤盐分的空间变异特征,为西北干旱地区土壤盐渍化改良和利用提供理论依据。[方法]以甘肃省景泰县压砂地及裸地不同土层土壤盐分数据为基础,运用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析土壤盐分统计特征值,半方差模拟模型及其拟合参数和等值线分布图。[结果]压砂地土壤盐分均值明显低于裸地,且裸地老砂地新砂地中砂地,裸地与压砂地各层土壤盐分的均值差异较大,且土层Ⅳ(30—50cm)土层Ⅲ(20—30cm)土层Ⅱ(10—20cm)土层Ⅰ(0—10cm);裸地Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ层,中砂地各层土壤盐分属于弱变异性,其他各地型各土层土壤盐分都属于中等变异性。裸地Ⅰ,Ⅲ层,新砂地第Ⅲ层,中砂地第Ⅰ层,老砂地Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ层土壤盐分半方差函数最佳理论模型为指数模型,裸地第Ⅱ层为线性模型,其他各地型各土层均为球状模型。裸地第Ⅱ层土壤盐分具有弱空间相关性,其余各土层土壤盐分均具有强相关性。试验区土壤盐分北部高于南部,且各土层土壤盐分在一定范围内存在空间上的变异性和相关性。[结论]土壤表层压砂能有效减小土壤盐分表聚,抑制土壤次生盐渍化,不同种植年限压砂地不同土层土壤盐分在一定范围内存在空间上的变异性和相关性。     

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法（反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法）,分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。     

基于电磁感应数据棉田土壤盐分剖面时空变异特征研究

针对新疆南疆塔里木河绿洲地区土壤盐渍化发生反复性与南疆水资源日益匮乏等问题,以该地区典型地块为研究对象,运用电磁感应仪快速获取土壤盐渍化信息技术,结合地统计插值对新疆塔里木河绿洲地区土壤盐分剖面类型进行研究,并用表观电导率ECv_(1.5)与ECv_(0.75)比值对研究区土壤盐分剖面进行分级并对土壤盐分剖面类型空间分布进行探讨。结果表明,不同时期ECv_(0.75)数据在空间分布上均表现为强变异强度,棉花整个生育期,土壤盐分呈现累积状态。不同时期ECv_(1.5)与ECv_(0.75)比值半方差函数均符合指数模型,土壤盐分剖面空间自相关性从棉花播种前由随机性因素作用类型过渡到棉花花铃期的随机性与结构性共同作用类型,再转变为棉花收获后土壤盐分剖面由随机性因素作用类型。不同时期土壤盐分剖面类型空间分布图表明,土壤盐分剖面类型呈现底聚型-表聚型-底聚型状态分布。土壤质地、微地形、温度、地下水埋藏深度是造成土壤盐分剖面类型分布格局最直接的因素。该研究结果对灌溉制度的科学制定具有一定的指导作用。     

黄河故道流域土壤盐渍化多维空间特征及其风险评价

掌握土壤盐渍化多维空间分布特征，分析盐渍化风险影响因素，实行风险区域分区管控，提升盐碱土利用效率。以山东省东营市河口区黄河故道流域为研究区，采用经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计，基于GIS插值对研究区盐渍化的二维空间分布格局进行分析，运用GMS三维反距离权重插值可视化分析盐分三维空间分布及其变化趋势，构建土壤盐渍化风险评价模型定量分析其风险程度。结果表明：研究区土壤含盐量均值为5.84 g·kg-1，整体属于重度盐渍化，pH均值为7.82，呈弱碱性；二维空间上，土壤含盐量高值区域（≥6 g·kg-1）主要分布于研究区北部，整体呈现从沿海向内陆降低的趋势，土壤盐分与pH分布趋势整体呈负相关；三维空间上，土壤盐分剖面分布特征整体以均质型为主，局部存在表聚、两端集聚，呈表聚型、均质型、两端集聚型三种类型共存的复杂特征；盐渍化风险程度分为4级，极高风险区域主要分布于研究区中北部、东北部；高风险区域主要分布在研究区中部及东北部区域，中风险区域主要分布在研究区西部、东南部，低风险区域主要分布于研究区西南部。 应预防极高风险区、控制高风险区、改良中低风险区，以最大程度减轻盐渍化风险危害。     

宁夏河套灌区典型区域土壤盐碱化空间变异特征

运用经典统计学和地统计学相结合的方法,以宁夏河套灌区盐碱化最严重的区域作为研究区,研究其土壤盐分含量和pH值的空间变异特征。结果表明:土壤全盐含量在表层为强变异性,在其他层次为中等变异性;pH值为弱变异性,其空间变异格局主要由结构性因素引起。土壤全盐含量和pH值均呈现出西北地势低洼地区高于其他地区的空间分布格局,平行于和垂直于贺兰山和黄河走向的方向上土壤全盐含量变异程度较小,而在以沙湖为中心的对角线方向上土壤全盐含量变异程度较大。研究区土壤盐分剖面类型以表聚型为主,底聚型和平均型盐分剖面主要分布于平行于贺兰山和黄河方向偏东的带状区域内和垂直于该方向偏南的带状区域内。     

农村社区动态交互式三维虚拟漫游系统的实现

为了提高农村社区规划建设的可视化宣传效果,为用户提供直观的操作工具辅助实现农村社区规划建设信息的管理,提出了一种基于虚拟建模现实语言(VRML)的农村社区动态交互三维虚拟漫游系统的实现方法.在本方法中,农村社区三维虚拟场景是通过社区布局VRML建模、社区纹理数据和层次化数字高程模型(DEM)数据的VRML表达两个过程建立;通过将社区中建筑物、树木等对象实体设置为具有三维坐标和属性集的锚点,并利用Java与虚拟现实建模语言对锚点的操作实现空间定位、距离分析、三维虚拟场景属性和空间位置查询等实时动态交互过程.该方法已经在北京房山八十亩地村网络虚拟漫游系统的实现中得到应用,应用效果表明系统仅需在带宽100 kB网络条件下即可快速响应用户的各种操作请求,适合在大都市周边农村地区大规模推广应用.     

土壤盐分和含水量的空间变异性及其CoKriging估值——以黄河三角洲地区典型地块为例

以黄河三角洲地区典型地块为研究区，运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了不同深度土层盐分和含水量的空间变异特征。结果表明：研究区土壤盐分和含水量普遍较高，土壤表层积盐作用明显；各层土壤盐分均属于中等变异强度，土壤含水量除表层为中等变异强度外，其余各层为弱变异强度；受结构性因素和随机性因素的共同作用，各土层盐分和含水量均具有中等的空间相关性。对Kriging插值结果分析表明，研究区各土层盐分和含水量在一定的范围内均存在着空间上的相关性和变异性，表层土壤盐分和含水量的空间分布主要受微地形和气候条件的影响，地下水性质是主导深层土壤盐分及含水量空间分布的主要因素。分别采用表层土壤盐分及相应土层含水量对深层土壤盐分进行CoKriging估值，均能提高估值精度，采用表层土壤盐分对深层土壤盐分进行CoKriging估值的精度要明显高于采用土壤含水量，其估计方差减少百分数最大达到167．36％。