تجزیه تحلیل منابع مختلف عدم قطعیت در نقشه‌ برداری رقومی برخی ویژگی های خاک(مطالعه موردی دشت روانسر ، استان کرمانشاه)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج

2 بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی کرمانشاه

3 دانشیار موسسه تحقیقات آب و خاک

10.30466/asr.2025.55489.1853

چکیده

نقشه رقومی شن، سیلت و رس خاک در طراحی سیستم‌های آبیاری، ارزیابی تناسب اراضی و مدل‌های فرسایش خاک کاربرد دارد. از طرفی کمی‌سازی عدم قطعیت مکانی ویژگی‌های مذکور، معیاری برای قابل اعتماد بودن این نقشه‌های در اختیار کاربران قرار می‌دهد. به همین منظور در این پژوهش دو نوع عدم قطعیت شامل عدم قطعیت تغییرات داده‌های موجود و عدم قطعیت مدل با استفاده از شاخص انحراف معیار مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش در منطقه‌ای به وسعت 57 هزار هکتار در دشت روانسر استان کرمانشاه اجرا شد. از 120 نقطه مشاهداتی و مشتقات اولیه و ثانویه مدل رقومی ارتفاع و شاخص‌های پوشش گیاهی و مواد مادری حاصل از پردازش تصاویر لندست 8 به عنوان ورودی‌های مدل استفاده شد. برای برآورد عدم قطعیت ناشی از تغییرات داده‌های موجود 50 بار مدل جنگل تصادفی بر اساس تفکیک تصادفی داده‌ها به دو دسته آموزشی (25 درصد) و اعتبار سنجی (75 درصد) اجرا شد. برای تخمین ویژگی‌های خاک و برآورد عدم قطعیت مدل از مدل جنگل رگرسیون چندک استفاده شد. نتایج اعتبار سنجی پیش‌بینی‌های مدل جنگل تصادفی نشاندهند‌ی. مقدار ضریب تبیین (R2) 47/0، 38/0 و 27/0 به ترتیب برای شن، سیلت، و رس بود و مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برای شن (61/8)، سیلت (25/8) و رس (1/8) تعیین شد. این نتایج بیان می‌کند که متغیرهای تخمین زننده، تغییرات شن خاک را به خوبی توضیح می‌دهند و اما توانایی مدل جنگل تصادفی برای پیش بینی مقدار شن نسبت به متغیرهای سیلت و رس خاک کمتر است. همچنین نتایج نشان داد که عدم قطعیت ناشی از تغییرات داده‌های مشاهداتی، حدود یک چهارم و عدم قطعیت مدل درحدود سه چهارم عدم قطعیت کل را شامل شده‌اند. از آنجاکه عدم قطعیت مدل سهم بیشتری از عدم قطعیت کل را در بردارد برای کاهش عدم قطعیت کل بایستی در انتخاب مدل‌های یادگیری ماشین دقت لازم صورت گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of different sources of uncertainty in digital mapping of some soil properties (case study of Ravansar plain, Kermanshah province)

نویسندگان [English]

  • shahrokh fatehi 1
  • yahya parvizi 2
  • mir naser navidi 3
1 Research Assistant Prof., Soil and Water Research Department, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kermanshah, Iran
2 soil conservation departement
3 Research Associate Professors, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran;
چکیده [English]

The digital mapping of sand, silt and clay is used in the design of irrigation systems, land evluation and soil erosion models. In contrast, the quantification of the spatial uncertainty of the mentioned soil properties provides users with a criterion for the reliability of these maps. For this purpose, in this research, two sources of uncertainty, including the uncertainty of variation of available data and the uncertainty of the model, were investigated using the standard deviation criterion. This research performed in an area of 57000 hectares in Ravansar plain of Kermanshah province. 120 observation points and derivatives of DEM and vegetation and parent materials indices obtained from Landsat 8 images were used as model inputs. To estimate the uncertainty caused by the variations in the available data, the random forest model was run 50 times based on the random separation of the data into two categories: training (25%) and validation (75%). Quantile regression forest model was used to predict soil properties and estimate model uncertainty. The results of the validation of the predictions of the random forest model showed that the value of R2 is 0.47, 0.38, and 0.27 for sand, silt, and clay, respectively and the RMSE value was determined for sand (8.61), silt (8.25), and clay (8.1). These results state that the predictor variables explain the sand changes well, but the ability of the random forest model to predict sand is less than the silt and clay variables. Also, the results showed that the uncertainty in variations of available data is about 1/4 the total uncertainty and uncertainty in the model is about 3/4 of the total uncertainty. Since the uncertainty of the model takes a larger share of the total uncertainty, in order to reduce the total uncertainty must be carefully chosen machine learning models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil particle size: sampling location:
  • quantile regression forest
  • :digital soil mapping

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 25 شهریور 1404
  • تاریخ دریافت: 09 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری: 18 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش: 25 شهریور 1404