مقایسه روش‌های مختلف داده‌کاوی برای نقشه‌برداری رقومی ذرات اولیه خاک در اراضی دشت سمنان

Abstract

آگاهی از نحوه توزیع فضایی اندازه ذرات اولیه خاک برای مدیریت اراضی، مدیریت منابع، اجرای برنامه­ها و مدل­سازی دیگر خصوصیات خاک ضروری است. در سال­های اخیر با پیشرفت­های روش­های داده­کاوی و با در اختیار بودن داده­های ارزان قیمت حاصل از تصاویر ماهواره­ای، روش­های نقشه­برداری رقومی خاک برای پیش­بینی توزیع فضایی ذرات اولیه خاک به وفور مورد استفاده قرار گرفته است. لذا هدف این تحقیق، پیش­بینی فضایی ذرات اولیه خاک از قبیل رس، شن و سیلت با استفاده از نقشه­برداری رقومی خاک در اراضی کشاورزی دشت سمنان می­باشد­. همچنین بررسی کارایی سه روش داده­کاوی برای تهیه نقشه رقومی ذرات خاک از دیگر اهداف این مطالعه است. برای رسیدن به این اهداف، مجموع 84 نمونه خاک از عمق0 تا 20 سانتی­متر جمع­آوری شدند. همچنین متغیرهای محیطی با استفاده از تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست برای برقراری ارتباط با ذرات خاک استخراج گردید. در این مطالعه از مدل خطی حداقل مربعات جزئی (PLS) و دو مدل غیرخطی شامل جنگل تصادفی (RF)، ماشین تقویت‌شده گرادیان (GBM) جهت ارتباط میان متغیرهای محیطی و ذرات اولیه خاک استفاده شد. مدل­های موردمطالعه با استفاده از روش اعتبارسنجی متقابل واسنجی ارزیابی شدند. به منظور بررسی کارایی مدل­های مختلف داده­کاوی از آماره­های میانگین ریشه­ی مربعات خطا (RMSE)، ضریب تبیین ( R²) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) استفاده شد. بر اساس نتایجRMSE ،R² و MAE مدلRF با مقادیر این آماره­ها به­ترتیب برای ذرات شن (60/15، 35/0 و 62/12)، سیلت (49/11، 33/0و 34/9) و برای ذرات رس (42/8، 28/ 0و 9/5) بودند، این نتایج نشان داد که مدل RF به نسبت مدل­های PLS و GBM دارای کارایی و دقت بیشتری در پهنه­بندی ذرات اولیه خاک است. نتایج نشان داد که مهمترین متغیرهای محیطی، برای پیش­بینی ذرات اولیه خاک باندهای 10، 5 و شاخص گچ ( GI) می­باشند. بنابراین، متغیرهایی که دارای طیف مادون‌قرمز نزدیک و مادون‌قرمز حرارتی بودند، سهم عمده­ای در توصیف مکانی ذرات خاک را بر عهده داشتند.