شماره مدرك :
17665
شماره راهنما :
1920 دكتري
پديد آورنده :
عزيزي، كامران
عنوان :

ارزيابي كارائي سنجش از دور و سنجش از نزديك در نقشه برداري رقومي ويژگي هاي خاك و تاثير الگو و تراكم نمونه برداري بر صحت پيش بيني آن

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
منابع خاك و ارزيابي اراضي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1401
صفحه شمار :
سيزده، 151ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
شمس الله ايوبي
استاد مشاور :
حسين خادمي، كمال نبي اللهي، محمد محمدي
توصيفگر ها :
طيف سنجي خاك , نقشه برداري رقومي , يادگيري ماشيني , الگو و تراكم , استان كردستان
استاد داور :
محمد علي حاج عباسي، احمد جلاليان، سعيد اسلاميان
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/04/01
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي كشاورزي
دانشكده :
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/04/01
كد ايرانداك :
2839118
چكيده فارسي :
خاك مهم¬ترين منبع طبيعي تجديد¬پذير هر كشور بوده كه به‌عنوان حلقه‌ي رابط بين اقليم و نظام‌¬هاي زمين‌شيميايي، نقشي مهم در توانايي بوم‌سامان‌هاي خشكي براي تأمين نيازهاي بشري ايفا مي‌¬كند. امروزه مديريت منطقي منابع پايه،‌ براي تأمين غذا و مواد ليفي متناسب با خواسته‌هاي جمعيت آينده، بيش از هر زمان ديگري نيازمند به‌دست آوردن مقادير زيادي اطلاعات دقيق از خاك است. از اين رو درك ارتباط بين خاك و زمين¬نما به¬منظور مديريت پايدار از اهميت زيادي برخوردار است. بدين منظور اين مطالعه در سه بخش شامل بررسي و تعيين بهترين الگو نمونه¬برداي خاك و اثر تراكم بر آن، قابليت و كارايي داده¬هاي طيفي در تخمين ويژگي¬هاي خاك در محدوده مرئي، مادون قرمز نزديك و مياني و پيش¬بيني ويژگي¬هاي خاك با استفاده از مدل-هاي مبتني بر يادگيري ماشين در منطقه¬اي به مساحت تقريبي 110903 هكتار در بخشي از اراضي استان كردستان با برداشت 346 نمونه انجام شد. به¬منظور رسيدن به اهداف اين مطالعه در بخش¬هاي مختلف از داده¬هاي متفاوتي استفاده شد كه به صورت كلي شامل مجموعه¬اي از شاخص¬هاي استخراج شده از تصاوير ماهواره¬اي، مدل رقومي ارتفاع، نقشه زمين¬شناسي، نقشه¬هاي موضوعي و طيف¬هاي بازتابي خاك بودند. نتايج بررسي الگو و تراكم نمونه¬برداي خاك نشان داد كه با افزايش تراكم نمونه¬ها پارامترهاي آماري زيرمجموعه به جامعه اصلي نزديك¬تر مي¬شود و روش CLHS توانايي بيشتري در الگوبندي نمونه¬برداري خاك دارد. نتايج ارزيابي تكنيك¬هاي طيف¬سنجي در محدوده 350 تا 2500 نانومتر براي پيش¬بيني درصد رس، شن، سيلت، كربن آلي خاك، كربنات كلسيم معادل، هدايت الكتريكي و پ-هاش خاك با استفاده از مدل¬هاي MLR، PLSR، SVM، RF، GPR و پيش¬پردازش¬هاي CR، Detrend، SGD، SNV و MSC نشان داد كه عملكرد براي درصد رس (91/1= RPIQ)، سيلت (87/1= RPIQ)، كربن آلي خاك (65/1= RPIQ) مناسب و عملكرد در پيش¬بيني درصد شن (21/2= RPIQ)، درصد كربنات كلسيم معادل (41/3= RPIQ) و پ-هاش (29/2= RPIQ) عالي بود. ضعيف¬ترين عملكرد در پيش¬بيني هدايت الكتريكي (16/1= RPIQ) مشاهده شد. نتايج تخمين ويژگي¬هاي خاك با استفاده از طيف¬هاي بازتابي در محدوده استفاده شده گوياي اين مهم بود كه اين روش به عنوان يك روش غيرمستقيم مي¬تواند، براي برآورد ويژگي¬هاي خاك مورد استفاده قرار بگيرد. نتايج پيش¬بيني مكاني ويژگي¬هاي خاك نشان داد كه تركيبي از شاخص¬‌هاي سنجش از دور، مشتقات توپوگرافي، نقشه-هاي موضوعي و ويژگي‌هاي خاك بهترين عملكرد را در پيش ¬بيني فلزات سنگين و ويژگي¬هاي مغناطيسي خاك داشتند. علاوه بر اين نتايج نشان داد كه تركيب متغيرهاي سنجش از نزديك با متغيرهاي ذكر شده در مدل¬هاي پيش¬بيني ويژگي¬هاي خاك، مي¬تواند نقش بسزايي را ايفا كند. تجزيه و تحليل اهميت متغيرهاي ورودي نشان داد كه بر اساس سناريوهاي استفاده شده برخي از ويژگي‌هاي خاك مانند مقادير رس و سيلت، كربنات كلسيم، كربن آلي خاك و پ-هاش، ويژگي‌هاي توپوگرافي مانند ارتفاع و عمق دره، داده‌هاي سنجش از دور باندهاي 1،2،3، شاخص پوشش گياهي تبديل شده، شاخص آهن، گوسان و لاتريت و نقشه¬هاي موضوعي مانند زمين شناسي و فاصله تا معادن و مولفه¬هاي اصلي بدست آمده از طيف¬هاي بازتابي خاك و پارامترهاي پذيرفتاري مغناطيسي حائز اهميت بودند. نتايج مدل‌سازي و اعتبارسنجي متقابل نشان داد كه جنگل تصادفي و كيوبيست نسبت به مدل ماشين بردار پشتيبان توانايي بيشتري در پيش‌بيني پارامترهاي خاك دارند. اين مطالعه توانايي بالاي روش‌هاي يادگيري ماشين در استفاده از داده‌هاي محيطي براي پيش‌بيني ويژگي‌هاي خاك مورد مطالعه در مقياس بزرگ كه براي تصميم‌گيري در مديريت پايدار كشاورزي و زيست‌محيطي ضروري هستند، ثابت كرد.
چكيده انگليسي :
The current study was conducted in three parts: I: Determining the best soil sampling scheme and exploring the effect of density on certainty of sampling, II: eva‎luation capability and efficiency of soil spectroscopy in estimating some soil properties in the Vis-NIR-SWIR infrared range (350-2500 nm) and III: Spatial prediction of some soil properties by applying machine learning approaches and environmental covariates. For this purpose, in the study area with an approximate of 110903 hectares in a part of Kurdistan province, 346 soil samples were taken using stratified random sampling from the surface layers (0-20 cm depth), Then, soil properties included soil particle size distribution, calcium carbonate equivalent (CCE), soil organic carbon (SOC), pH, electrical conductivity (EC), some heavy metal contents, and magnetic susceptibility at low and high frequencies were measured in the laboratory. To achieve the objectives of this study, different data were used in different sections, which generally include a set of indicators extracted from remote sensing (RS), digital elevation model (DEM), geological maps, thematic maps, and principal components (PCs) of reflection soil spectra. Studying the pattern and density of soil sampling showed that with increasing the density of samples, the statistical parameters of the subset were closer to the main population and the CLHS method was more capable than other soil sampling methods. Results of spectroscopy (350 to 2500 nm) to predict the percentage of clay, sand, silt, SOC, CCE, EC, and pH using MLR, PLSR, SVM, RF, and GPR models with CR, Detrend, SGD, SNV, and MSC preprocessing showed that for clay (RPIQ = 1.91), silt (RPIQ = 1.87), SOC ( RPIQ = 1.65) performance was appropriate and in predicting sand (RPIQ = 2.21), CCE (RPIQ = 3.41) and pH (RPIQ = 2.29) performance was excellent. The weakest performance was observed in predicting EC (RPIQ = 1.16). The results of the prediction of soil properties using spectroscopy indicated that this method could be used as an indirect method to estimate soil properties. The results of spatial prediction of soil properties showed that a combination of RS indices, DEM derivatives, thematic maps, and soil properties had the best performance in predicting heavy metals and magnetic measures of soil in the study area. In addition, the results showed that the combination of proximal measurement variables (PCs of spectroscopy, magnetic measures) with the other variables in the soil parameters prediction models can play a significant role. Based on the scenarios used, variable importance analysis (VIA) showed that for estimating some soil properties such as clay and silt, CCE, SOC and pH, covariate variables included DEM derivatives such as valley depth, RS indices such as satellite bands 1, 2, 3, TDVI, NDVI, Ferric Iron, Gossan and Laterite and thematic maps such as geology and distance from mines and PCs of soil spectroscopy and magnetic measures were identified important with various priority for each of soil properties. The results of modeling and cross-validation showed that random forest and cubist were more powerful to predict soil properties than the support vector machine model. This study proved the high capability of machine learning methods to use easily available environmental data to predict selected soil properties on a large scale that are essential for decision making in sustainable management of agricultural and environmental concerns.
استاد راهنما :
شمس الله ايوبي
استاد مشاور :
حسين خادمي، كمال نبي اللهي، محمد محمدي
استاد داور :
محمد علي حاج عباسي، احمد جلاليان، سعيد اسلاميان
لينک به اين مدرک :

بازگشت