基于GIS、模糊逻辑和专家知识的土壤制图及其在中国应用前景.pdfVIP

第42卷第5期 土 壤 学 报 V01．42．No．5 2005年9月 ACTAPEDOLOGICASINICA Sep．，2005 基于GIS、模糊逻辑和专家知识的土壤制图 及其在中国应用前景* 1，2 周成虎1 朱I阿,J业．／N 李宝林1 杨 琳1 裴 韬1 秦承志1 张甘霖3 蔡强国1 (1中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京100101) of of 53706，USA) f2 Wisconsin—Madison，Madison，WI DepartmentGeography，University (3中国科学院南京土壤研究所，南京210008) 摘要 详细的土壤空间与属性的信息已成为环境模型和土地管理的基本参数，传统的以类别多边 形和手工编制为基础的传统土壤制图效率低精度也较差。本文基于GIS、模糊逻辑和专家知识，建立了土 壤一环境推理模型(SoLIM)，通过基于土壤一环境关系模型的土壤相似度模型与对该模型进行赋值的推理技 术来编制土壤图，从而克服了传统土壤制图中的简化。通过两个小区的研究表明，与传统土壤制图相比，通过 SoLIM得出的土壤信息在空间详细度和属性精确度都有较大的提高，也能够大量减少调查的时间和经费，从 而大大提高土壤调查的效率。SoLIM方法在我国推广十分必要且具有一定的条件，但仍需要进一步完善。 关键词 土壤一环境推理模型；GIS；模糊逻辑；专家知识；土壤制图 中图分类号P934 文献标识码 A 土壤信息是土地管理和环境模型的基本参数， 性图的数字土壤制图已成为土壤调查研究的热点问 随着现代精准农业的发展和环境模型模拟精度的提 题旧j。早期主要是通过GIS空间分析来确定景观类 高，对土壤的空间和属性信息的详细程度都提出了 型，土壤类型与景观类型之间的关系仍以定性的专 更高的要求【12J。传统的土壤调查首先通过野外调 家知识为主旧’l0|。后来，数字土壤制图侧重建立土 查建立区域土壤与环境关系模型，然后通过手工根 壤类型或土壤属性与环境要素之间的定量关系，到 据航片或地形图等将不同的土壤或土壤组合绘制在 目前为止，获取它们之间关系出现了很多的方法，如 空间范围上，如美国的传统土壤普查技术旧，4|，我国 线性回归[11I、分类法[12，13I、回归决策树法[14—6。、神 两次土壤普查也是采用这种方法-5。J。传统土壤调 查的准确性和效率主要受两个因素限制：基于多边 壤的形成是多要素制约的非线性过程，而以回归为 形的图形表达和手工完成的制图过程。基于多边形 基础的线性回归、回归决策树方法和神经元网络等 的土壤图常使小的土壤斑块在制图综合时常被综合 方法以土壤和环境关系在空间上是固定的这一假设 掉，从而产生土壤图在空间上的简化；同时由于不能 为基础，在实际中的应用受到较大的限制。另外，土 表达土壤性状的渐变和连续，从而产生属性上的简 壤本身非常大的变异性也不能满足地质统计学对数 化。另外，以大量野外调查和手工制图为基础的传 据稳定性的要求，也使这类方法的应用受到制约。 统土壤普查周期很长，例如，美国的1：24000土壤 目前这些方法大部分作为研究探讨，都没有作为土 图的更新周期大约为100a，精度却只有50％～ 壤普查实用技术为政府部门所采纳。本文通过GIS 60％。由此可见，常规土壤调查已不能满足信息时 和遥感技术获得土壤形成的环境因子，根据土壤专 代环境模型和土地