精准农业中不同取样间距下Kriging插值精度对比研究

为了研究土壤不同养分的合理取样间距,研究选择了平顶山地区典型烟田为研究对象,在面积为4 hm2的地块上以20 m×20 m网格采样,共采集耕层(0~20 cm)土壤样品111个。在GIS软件平台上对采样点进行行列删除,人为改变取样间距大小,并运用地质统计学和普通克里格插值方法进行插值,生成了土壤各养分分布图。同时,随机选取7个样点,并将其在不同取样密度下的Kriging插值结果与实测值进行比较。由插值误差分析、独立检验、面积分析和养分分布图可以看出:在该研究区域内,碱解氮、速效磷、速效钾、速效铁和速效锌以20 m取样间距较为合适,有机质和速效铜的合理取样间距为60 m,速效锰则以40 m取样间距较适宜。研究目的是为该地区确定合理的土壤取样间距提供理论依据。     

不同采样尺度下土壤碱解氮空间变异性研究——以榆树市农田土壤为例

在精准农业的实施过程中,研究如何用较少的样本来反映田间信息的空间变异规律,再用科学的插值方法进行插值和预估是精准农业研究中的一个关键问题。以东北典型黑土区——吉林省榆树市为研究区域,在榆树市弓棚镇13号村内选择相对平整的地块进行土壤采样并测试其土壤养分。在对原始采样格网点按一定的样点间隔和布局进行抽取的基础上,利用克里格插值方法和BP神经网络方法分别进行空间插值,比较不同采样尺度（40m×40m,56m×56m,80m×80m,113m×113m,160m×160m五个尺度）对空间插值精度的影响。结果表明:（1）随着采样尺度的增大,碱解氮的空间结构系数C/（C₀+C）有减小的趋势,表明采样间距以内的不可估计误差逐渐增大,其空间结构的表现能力在逐渐减弱;（2）Kriging插值精度总体优于BP神经网络,随着采样尺度的增加,两种模型的模拟精度都有所下降,BP神经网路的插值精度和Kriging模型的插值精度的差距逐渐减小;（3）两种模型在113m×113m尺度上插值精度都发生了突变,如考虑碱解氮的空间变异规律和经济因素,碱解氮的最佳采样尺度应在80～113m。     

Kriging插值和序贯高斯条件模拟的原理比较及在土壤空间变异研究中的案例分析

20世纪60年代由Matheron创立的Kriging插值方法目前已发展出多种形式,广泛应用于地学研究[1-4]。该方法能根据现有数据给出空间变量的最优无偏线性估计,但其缺点是产生平滑效应。为此,Deutsch和Goovaerts等又在Monto-carlo方法的基础上,提出序贯高斯条件模拟算法[5-6],不仅有效避免了平滑效应,还能对空间取值的不确定性进行多种形式的度量,成为土壤学领域最为广泛应用的条件模拟算法之一。     

南京市溧水区土壤重金属污染不同插值方法的对比研究

为探讨不同插值方法对南京市溧水区土壤重金属污染模拟结果的影响,本研究分析了该区245个表层土壤样点的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属的空间相关性,分别比较了反距离权重法(IDW)、局部多项式法(LPI)、径向基函数法(RBF)和普通克里格法(OK)的插值精度、插值结果、空间分布,以及不同插值方法对污染评价的影响。研究得出:空间插值后数据的范围、均值和变异系数一般低于采样数据,且空间插值会增大安全区而减小污染区,平滑效应是主要原因。LPI的平滑效应中最严重,OK次之,IDW和RBF不明显。溧水区As、Cd和Zn的最优插值方法为OK,Cr、Cu和Hg的最优插值方法为RBF,Ni和Pb的最优插值方法为IDW。在实际操作中,应该根据插值精度、插值结果的数据统计和空间表达去具体选择合理的插值方法。     

样点数对县域土壤养分空间变异特征评价的影响

以广东省阳西县测土配方施肥耕地地力调查数据为基础,应用地统计学和GIS空间分析技术,对耕层土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾进行空间插值质量研究.结果表明:(1)土壤养分变异系数的顺序为速效钾＞速效磷＞有机质＞全氮＞pH,插值误差随土壤养分空间变异系数增大而增加.(2)插值精度随着插值样点数的增加而不断提高,土壤养分的预测值与实测值的相关系数逐渐增加.采样密度相同时,土壤养分的标准均方根误差(NRMSE)值由大到小的变化顺序是速效钾＞有效磷＞全氮＞有机质＞pH值.(3)对阳西县土壤养分空间变异情况进行评价时,土壤pH值和全氮采样时应以30～60 hm2耕地为一个采样单元;土壤有机质采样时应以20～30 hm2耕地为一个采样单元;土壤有效磷和速效钾采样时应最大以20 hm2耕地为一个采样单元.     

内蒙古中部地区近40年来降水时空变化

内蒙古中部呼和浩特市、包头市、乌兰察布市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市和乌海市是半干旱区向干旱区的生态地理过渡地带。利用该区45个气象站点1961-2003年逐日降水数据,借助小波分析、地统计学分析研究了该区43年来降水量的时空变化特征。结果表明:研究区降水量年际波动大,总体呈现略微增加的趋势;降水量变化的周期性比较明显,存在3～4年、6～7年和14～15年尺度的周期。降水年内分配呈现单峰型模式。在空间上,多年平均降水量呈现由东南向西北逐渐递减的趋势,年降水变化的趋势和波动性区域差异显著。另外发现,作为重要地理分界线的200mm等降水量线空间分布在43年中处于波动之中,对草原和荒漠生态系统产生了直接影响。对该区降水时空变化的探讨,有助于理解水资源的时空分异,同时为全球变化的区域响应提供科学依据。     

天山云杉立地指数地统计空间分析

以天山中部新疆农业大学实习林场为研究区,基于实测的天山云杉立地指数数据,利用地统计理论从最优变异函数模型拟合、空间格局分析、克里金插值等方面对天山云杉立地指数进行了研究分析。结果表明:研究区天山云杉立地指数频率分布符合正态分布,在空间上表现出各项同性和一定的空间自相关性,其最优变异函数理论模型为球形模型;利用普通克里金法对天山云杉立地指数进行空间插值的结果优于反权距离加权法,同时还可生成估测标准差分布图,为科学决策提供了强有力的工具。地统计理论分析方法在天山云杉的立地质量评价、规划管理等方面有一定的应用价值和潜力。     

云贵高原气温与降水空间分布特征及其影响因素

云贵高原地理环境复杂,气温与降水空间差异显著,研究其气温与降水空间分布特征具有重要意义.基于1981—2010年云贵高原180个气象站的平均气温、降水数据,利用克里金法、反距离权重法、样条函数法等插值方法,探究了气温与降水空间分布特征及其影响因素.结果表明:(1)云贵高原气温空间分布总体南高北低,乌蒙山区和云南西北部的...     

省域尺度下土壤养分的最佳采样尺度确定

合理的采样尺度,尤其是在大尺度区域,对实时掌控土壤养分的空间分布状况以及精准农业的发展具有重要意义。本文以山西省为例,以368 843个土壤养分采样点数据为原始数据,选择11个格网尺度(0.5km×0.5km、1km×1km、1.5km×1.5km、2km×2km、2.5km×2.5km、3km×3km、3.5km×3.5km、4km×4km、4.5km×4.5km、5km×5km、5.5km×5.5km)对土壤养分点进行样点选择,比较分析不同尺度下土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷的基本统计信息、半方差变异函数和普通克里金插值精度,以确定山西省土壤养分的最佳采样尺度。研究表明:在不同尺度下,这4种土壤养分均处于中等变异强度,平均值、中位数、标准差变化不大。土壤有机质和全氮在大尺度下受结构性因素影响变大,速效钾则变化不明显,速效磷空间变异分析结果较差,对该指标进行了剔除。分析不同尺度下插值精度指标,土壤有机质、全氮、速效钾的最佳预测尺度分别为4.5km、3.5km、2.5km尺度。综合各分析结果,最后确定2.5km为山西省土壤养分最佳的采样尺度。对不同地貌原始密度样点和2.5km尺度下样点空间制图,分析不同地貌下土壤养分含量各等级分布面积占总面积的差异,发现两种密度分布状况在不同地貌、不同等级的差异甚小。     

我国县域粮食生产优势区域分布研究

为了研究我国粮食生产的优势区域分布,以我国县域为研究单元,运用综合比较优势指数法对全国分县粮食生产数据进行处理及分析,得到不同县域的SAd、EAI及AAI,然后采用ArcGIS克里金空间插值法对3种比较优势指数进行空间插值,确定我国粮食生产的优势区域。结果表明：我国粮食生产优势区域主要包括东北、黄淮海、江淮、湘赣、内蒙古中部、陕西中部、四川中东部及新疆西部8个地区,其中东北、黄淮海以及江淮是最具优势的地区,虽然总播面积仅占全国的50．59％,但粮食总产却占到63．88％。