本發(fā)明涉及一種土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法，屬于土壤預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
土壤質(zhì)地是土壤學(xué)最重要的物理屬性之一。土壤質(zhì)地指的是土壤粗細(xì)顆粒組成及含量。土壤質(zhì)地的空間預(yù)測對于土壤水分模擬、土壤污染修復(fù)應(yīng)用非常重要，是大氣模型、水文模型、陸面過程模型等模型最重要的輸入?yún)?shù)之一。在土壤質(zhì)地分級方面，歐美國家已有不同規(guī)則的分級標(biāo)準(zhǔn)，土壤顆粒分級均采用粘粒、粉粒和砂粒三大類別。以國際制為例，土壤顆粒粒徑小于0.002毫米時(shí)定義為粘粒，介于0.002與0.02毫米時(shí)定義為粉粒，介于0.02與2毫米時(shí)定義為砂粒。土壤質(zhì)地的常規(guī)測定方法有比重計(jì)法、吸管法、流水沖洗法、篩分法等。吸管法過程較為復(fù)雜，精確度高，是目前采用較多的一種測定方式。近二十年來隨著傳感器的飛速發(fā)展，利用土壤光譜信息預(yù)測土壤質(zhì)地技術(shù)也得到快速應(yīng)用，重要的技術(shù)包括γ射線(美國GR320便攜式伽瑪能譜儀)、X射線(德國SOMATOM-PLUS螺旋式CT)、紅外近紅外波段(瑞士NIRFlexN-500光譜儀)、無線電頻率(瑞典MALA探地雷達(dá))和電磁感應(yīng)(加拿大GeonicsEM38)。然而，無論哪一種測定方法，均只能測定點(diǎn)位尺度或坡面尺度的土壤質(zhì)地信息，難以實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確測定大區(qū)域的土壤質(zhì)地。受地形、氣候、母質(zhì)等諸多成土因素的復(fù)合影響，土壤質(zhì)地在空間分異方面表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)性和規(guī)律性。大研究區(qū)域的土壤質(zhì)地信息獲取主要是使用土壤-景觀模型進(jìn)行空間預(yù)測。土壤-景觀模型的本質(zhì)是預(yù)測模型，主要是定量描述所觀察到景觀要素(與成土因素相關(guān))、土壤類型/屬性之間的相關(guān)性，進(jìn)而用來預(yù)測未采樣區(qū)域的土壤信息?；谠撃Ｐ?，常規(guī)的土壤制圖技術(shù)包括線性回歸模型、模糊聚類、決策樹、地統(tǒng)計(jì)模型等方法。實(shí)際應(yīng)用中，為便于管理常將土壤的顆粒組成劃分為不同組合，該組合的重要表達(dá)方式是質(zhì)地分類三角坐標(biāo)圖。在這種分類中，粘粒、粉粒與砂粒含量的總和為1，不同顆粒含量以百分制表示。由于土壤質(zhì)地是種非常穩(wěn)定的自然屬性，土壤質(zhì)地預(yù)測通常對土壤顆粒分級單獨(dú)預(yù)測，分別預(yù)測土壤質(zhì)地的粘粒、粉粒、砂粒含量。因此，如無特別說明，本說明書所描述的土壤質(zhì)地預(yù)測均面向土壤顆粒含量的不同分級，如粘粒含量。土壤質(zhì)地是土壤調(diào)查中關(guān)鍵土壤屬性之一。在區(qū)域土壤調(diào)查與制圖過程中，小樣區(qū)采樣代價(jià)往往較低，相對采樣密度也比偏遠(yuǎn)地區(qū)高。因此，基于局部土壤-景觀模型預(yù)測的土壤屬性空間分布數(shù)據(jù)，能否用來補(bǔ)充完善其他區(qū)域的預(yù)測模型，是大研究區(qū)域尤其是涉及到偏遠(yuǎn)不發(fā)達(dá)地區(qū)土壤調(diào)查的技術(shù)瓶頸。換言之，利用高密度采樣的局部研究區(qū)域的生產(chǎn)制圖結(jié)果，提取具有代表性的結(jié)果土壤數(shù)據(jù)，進(jìn)而重新構(gòu)建面向更大區(qū)域的土壤質(zhì)地預(yù)測模型，在彌補(bǔ)區(qū)域樣點(diǎn)不足的現(xiàn)代土壤圖生產(chǎn)中具有重大的應(yīng)用意義。然而，盡管各類基于傳感器反演的土壤質(zhì)地獲取手段不斷更新，區(qū)域土壤調(diào)查工作的持續(xù)開展，現(xiàn)有土壤質(zhì)地預(yù)測技術(shù)仍缺乏高效處理省級、流域級區(qū)域的生產(chǎn)模式。同時(shí)，眾多大氣模型、陸面過程模型等系統(tǒng)應(yīng)用質(zhì)量的不斷提升也為土壤質(zhì)地預(yù)測技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，區(qū)域級土壤質(zhì)地專題圖的生產(chǎn)與加工已經(jīng)嚴(yán)重制約了土壤信息在各農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)部門的應(yīng)用范圍，歸納起來有以下幾個(gè)局限性：(1)現(xiàn)有測定技術(shù)無法實(shí)時(shí)獲取大規(guī)模調(diào)查區(qū)域的土壤質(zhì)地信息。景觀基于傳感器的質(zhì)地測定技術(shù)成本較低，然而，獲取大規(guī)模區(qū)域不同深度的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)仍面臨重大挑戰(zhàn)，且其精度也亟待進(jìn)一步提升；傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)較為完善，分析精度較高，但其分析時(shí)間較長、成本較高。另外，以上分析技術(shù)均是面向點(diǎn)位尺度的質(zhì)地分析，無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域級別土壤信息的批量獲取與生產(chǎn)。因此，現(xiàn)代土壤制圖技術(shù)仍是土壤信息空間表征的主要技術(shù)手段。(2)偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模土壤調(diào)查代價(jià)較高。給定足夠的土壤數(shù)據(jù)(具體包括位置、深度與化驗(yàn)測定的土壤數(shù)據(jù))與環(huán)境變量信息(具體包括影響土壤形成、發(fā)育與演化的環(huán)境變量，如地形、成土母質(zhì)、氣候等)，借助現(xiàn)代數(shù)字土壤制圖技術(shù)可以預(yù)測其他區(qū)域的土壤信息，并可追蹤預(yù)測過程，給出精度評價(jià)。然而，由于交通、時(shí)間與成本問題，存在大量的不可達(dá)區(qū)域，如戈壁、山地等。無法獲取這些區(qū)域的土壤數(shù)據(jù)直接制約了數(shù)字土壤制圖技術(shù)的應(yīng)用。如何借助土壤學(xué)的理論指導(dǎo)，將土壤信息的影響因素外推至難以到達(dá)的區(qū)域，進(jìn)而提升總體的預(yù)測精度，仍是技術(shù)人員廣泛關(guān)注的生產(chǎn)難題。(3)基于外推法制圖技術(shù)亟待改進(jìn)，尤其關(guān)注局部景觀在全局景觀中的代表性問題。目前，基于外推法的土壤信息獲取主要是集中于歷史土壤信息更新方面，尚未涉及到局部土壤-景觀模型的外推性問題。外推法制圖技術(shù)的不足，導(dǎo)致現(xiàn)有土壤調(diào)查工作缺乏宏觀的技術(shù)指導(dǎo)，更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，如何利用有限的土壤數(shù)據(jù)，借助土壤-景觀模型與近似計(jì)算技術(shù)(外推法)相結(jié)合的技術(shù)手段，進(jìn)行大區(qū)域數(shù)字土壤質(zhì)地制圖是一種潛在有希望的技術(shù)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于局部土壤-景觀模型的外推土壤制圖方法，能夠解決現(xiàn)有偏遠(yuǎn)地區(qū)土壤調(diào)查樣點(diǎn)稀疏與部分區(qū)域土壤圖生產(chǎn)精度不高問題的土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟001.由目標(biāo)土壤區(qū)域中所有預(yù)設(shè)樣點(diǎn)位置構(gòu)成全局樣點(diǎn)集合Po，并獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，以及指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，然后初始化k＝1，并進(jìn)入步驟002；步驟002.根據(jù)土壤采樣密度、土壤類型和地形起伏，在目標(biāo)土壤區(qū)域中選取局部區(qū)域，并由局部區(qū)域中的各個(gè)樣點(diǎn)位置，構(gòu)成局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi，再根據(jù)全局樣點(diǎn)集合Po與局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi之差，獲得非局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Por，然后進(jìn)入步驟003；步驟003.獲得目標(biāo)土壤區(qū)域中土壤種類數(shù)ks，以及全局樣點(diǎn)集合Po中樣點(diǎn)位置的數(shù)量np，同時(shí)，在目標(biāo)土壤區(qū)域中，分別獲得各個(gè)土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中樣點(diǎn)位置的數(shù)量npi，然后進(jìn)入步驟004；步驟004.分別針對目標(biāo)土壤區(qū)域中的各個(gè)土壤種類，判斷土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中樣點(diǎn)位置的數(shù)量npi是否小于是則在目標(biāo)土壤區(qū)域中，該土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中的各個(gè)樣點(diǎn)位置中，隨機(jī)選擇A·npi個(gè)樣點(diǎn)位置；否則在目標(biāo)土壤區(qū)域中，該土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中的各個(gè)樣點(diǎn)位置中，隨機(jī)選擇個(gè)樣點(diǎn)位置；由此，在目標(biāo)土壤區(qū)域中，獲得分別對應(yīng)各個(gè)土壤種類、經(jīng)上述選擇的各個(gè)樣點(diǎn)位置，并構(gòu)成獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk，然后進(jìn)入步驟005；其中，A為預(yù)設(shè)小于0.5的比例參數(shù)；步驟005.分別針對全局樣點(diǎn)集合Po中的各個(gè)樣點(diǎn)位置、局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi中的各個(gè)樣點(diǎn)位置、獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中的各個(gè)樣點(diǎn)位置，根據(jù)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，獲得分別對應(yīng)各集合的散點(diǎn)圖，然后進(jìn)入步驟006；步驟006.將分別對應(yīng)全局樣點(diǎn)集合Po、局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi、獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk的三幅散點(diǎn)圖進(jìn)行重疊，并判斷三幅散點(diǎn)圖兩兩重合的陰影面積占三幅散點(diǎn)圖中最小陰影面積的比例是否超過預(yù)設(shè)重疊比例閾值，是則進(jìn)入步驟007；否則返回步驟002；步驟007.根據(jù)局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，以及指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，訓(xùn)練獲得環(huán)境變量數(shù)據(jù)與觀測土壤質(zhì)地顆粒含量之間的定量關(guān)系，并進(jìn)入步驟008；步驟008.采用步驟007所獲定量關(guān)系，針對局部區(qū)域中的非樣點(diǎn)位置區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，然后進(jìn)入步驟009；步驟009.基于局部區(qū)域所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，根據(jù)目標(biāo)土壤區(qū)域中局部區(qū)域的指定屬性，針對局部區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖，并將該分級矢量圖與局部區(qū)域所對應(yīng)的土壤類型圖進(jìn)行疊加，獲得疊加后的疊加矢量圖，接著在該疊加矢量圖各個(gè)圖斑上的樣點(diǎn)位置中，分別隨機(jī)選擇預(yù)設(shè)比例的樣點(diǎn)位置，構(gòu)成局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek，然后進(jìn)入步驟010；步驟010.獲得非局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Por中，除獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中樣點(diǎn)位置外的其余樣點(diǎn)位置，構(gòu)成非局部區(qū)域再選預(yù)測樣點(diǎn)集合Por_pk；同時(shí)，獲得全局樣點(diǎn)集合Po中，除獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中樣點(diǎn)位置外的其余樣點(diǎn)位置，構(gòu)成非獨(dú)立驗(yàn)證驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_pk；然后進(jìn)入步驟011；步驟011.在局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek中，按預(yù)設(shè)比例劃分為局部區(qū)域再選第一預(yù)測樣點(diǎn)集合Pe_pk和局部區(qū)域再選第二驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Pe_vk，然后進(jìn)入步驟012；步驟012.基于局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek、局部區(qū)域再選第一預(yù)測樣點(diǎn)集合Pe_pk和局部區(qū)域再選第二驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Pe_vk、獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk、非獨(dú)立驗(yàn)證預(yù)測樣點(diǎn)集合Po_pk和非局部區(qū)域再選預(yù)測樣點(diǎn)集合Por_pk，建立三種預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P1k、P2k、P3k如下，然后進(jìn)入步驟013；預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P1k：預(yù)測樣點(diǎn)集合{Pek,Por_pk}，驗(yàn)證樣點(diǎn)集合{Po_vk}；預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P2k：預(yù)測樣點(diǎn)集合{Po_pk}，驗(yàn)證樣點(diǎn)集合{Po_vk}；預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P3k：預(yù)測樣點(diǎn)集合{Pe_pk,Por_pk}，驗(yàn)證樣點(diǎn)集合{Po_vk,Pe_vk}；步驟013.分別針對P1k、P2k、P3k中的預(yù)測樣點(diǎn)集合，根據(jù)預(yù)測樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，以及指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，訓(xùn)練獲得環(huán)境變量數(shù)據(jù)與觀測土壤質(zhì)地顆粒含量之間的定量關(guān)系，即獲得分別對應(yīng)P1k、P2k、P3k的定量關(guān)系，然后進(jìn)入步驟014；步驟014.分別采用P1k、P2k、P3k的定量關(guān)系，分別針對P1k、P2k、P3k中的驗(yàn)證樣點(diǎn)集合，根據(jù)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，針對驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置進(jìn)行預(yù)測，獲得驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，即分別獲得P1k、P2k、P3k中驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，然后進(jìn)入步驟015；步驟015.針對P1k、P2k、P3k中驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，按P1k、P2k、P3k分別進(jìn)行精度檢測，獲得P1k、P2k、P3k分別所對應(yīng)的精度結(jié)果R1k、R2k、R3k，然后進(jìn)入步驟016；步驟016.判斷k是否等于預(yù)設(shè)循環(huán)次數(shù)K，是則獲得{R11、…、R1k、…、R1K}、{R21、…、R2k、…、R2K}、{R31、…、R3k、…、R3K}三個(gè)集合，并進(jìn)入步驟017；否則用k的值加1的結(jié)果針對k進(jìn)行賦值，并返回步驟003；步驟017.分別獲得{R11、…、R1k、…、R1K}、{R21、…、R2k、…、R2K}、{R31、…、R3k、…、R3K}三個(gè)集合的平均值然后進(jìn)入步驟018；步驟018.判斷之間的大小關(guān)系，若或則基于步驟002至步驟011中的{Por,Pek}集合，通過其各個(gè)樣本點(diǎn)位置的環(huán)境變量數(shù)據(jù)、觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，獲得定量關(guān)系，再采用該定量關(guān)系針對目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測；若之間滿足其它大小關(guān)系，則基于全局樣點(diǎn)集合Po，通過其各個(gè)樣本點(diǎn)位置的環(huán)境變量數(shù)據(jù)、觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，獲得定量關(guān)系，再采用該定量關(guān)系針對目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟001中，由目標(biāo)土壤區(qū)域中所有預(yù)設(shè)樣點(diǎn)位置構(gòu)成全局樣點(diǎn)集合Po，并獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量；然后基于全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，針對環(huán)境變量數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行擬合，根據(jù)環(huán)境變量的顯著性大小優(yōu)化環(huán)境變量數(shù)據(jù)的類型，獲得指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟001中，針對所述觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，采用拉依達(dá)準(zhǔn)則法，通過如下準(zhǔn)則，進(jìn)行異常點(diǎn)賦值操作，進(jìn)而獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量pi；若pi＞μ+3σ，則pi＝μ+3σ；若pi＜μ-3σ，則pi＝μ-3σ；其中，pi表示觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，μ和σ分別表示所有觀測土壤質(zhì)地顆粒含量的期望和標(biāo)準(zhǔn)差。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：土壤質(zhì)地顆粒含量包括粘粒、粉粒、砂粒三種百分比含量，其總和為100％。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)包括高程、坡度、坡向、地形濕度指數(shù)、葉面積指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、年均降雨、年均氣溫、土地利用、土壤類型、日照時(shí)間。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟002中，所述局部區(qū)域的選取滿足如下三個(gè)條件：條件1.局部區(qū)域的采樣密度為目標(biāo)土壤區(qū)域平均采樣密度的預(yù)設(shè)倍數(shù)以上；條件2.局部區(qū)域中土壤類型在目標(biāo)土壤區(qū)域所對應(yīng)的土壤面積占目標(biāo)土壤區(qū)域百分比大于預(yù)設(shè)面積比例閾值；條件3.局部區(qū)域?qū)?yīng)指定環(huán)境變量類型的數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)土壤區(qū)域?qū)?yīng)該指定環(huán)境變量類型的平均數(shù)據(jù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟005中，在獲得分別對應(yīng)各集合的散點(diǎn)圖后，分別針對各幅散點(diǎn)圖，采用局部多項(xiàng)式回歸方法進(jìn)行平滑處理，更新各幅散點(diǎn)圖。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟009中，針對局部區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖，具體包括如下步驟：步驟A01.選擇局部區(qū)域中地形的平坦情況進(jìn)行分析，判斷局部區(qū)域中地形的平均坡度是否大于預(yù)設(shè)坡度閾值，是則進(jìn)入步驟A02；否則進(jìn)入步驟A03；步驟A02.基于局部區(qū)域中地形的最大坡度和最小坡度，針對局部區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖，且每個(gè)等級所對應(yīng)最大坡度與最小坡度之間的差值相等；步驟A03.采用網(wǎng)格提取法，針對局部區(qū)域，按橫向、縱向間隔相等距離，進(jìn)行預(yù)設(shè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟015中，針對P1k、P2k、P3k中驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，通過如下公式，按P1k、P2k、P3k分別進(jìn)行精度檢測，獲得P1k、P2k、P3k分別所對應(yīng)的精度結(jié)果R1k、R2k、R3k；其中，R分別指代了R1k、R2k、R3k，n＝{1,…,N}，N表示對應(yīng)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中樣本點(diǎn)位置的數(shù)量，xn表示樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，表示對應(yīng)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中所有樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)觀測土壤質(zhì)地顆粒含量的平均值，表示樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，表示對應(yīng)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中所有樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量的平均值。本發(fā)明所述一種土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：(1)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法，提出了一套完整的基于外推技術(shù)的土壤屬性預(yù)測技術(shù)方案，運(yùn)用了局部土壤-景觀模型的外推技術(shù)，通過結(jié)合交叉驗(yàn)證機(jī)制實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)預(yù)測數(shù)據(jù)集的選取，采用了“外推土壤專家知識，定量評價(jià)預(yù)測精度”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“不同研究樣區(qū)，通用外推框架；不同數(shù)據(jù)屬性，最優(yōu)外推區(qū)域；局部模型評價(jià)，不確定性分析”的通用數(shù)字土壤制圖技術(shù)方案，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景；(2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法，具有一定的區(qū)域、土壤屬性普適性,所提出技術(shù)方案不僅面向于偏遠(yuǎn)地區(qū)調(diào)查密度變化較大的土壤調(diào)查工作，也適宜于發(fā)達(dá)地區(qū)的土壤更新調(diào)查工作；同樣，類似于土壤質(zhì)地信息，其它土壤屬性，如有機(jī)質(zhì)、pH與全氮等信息在土壤屬性預(yù)測過程中也會涉及土壤-景觀模型的外推性問題；本發(fā)明所設(shè)計(jì)方法提出的不同預(yù)測集合的代表性選取、動態(tài)構(gòu)建與定量化評價(jià)，提升了土壤專題圖的生產(chǎn)質(zhì)量，該方法還具有較好的穩(wěn)定性，動態(tài)構(gòu)建的預(yù)測點(diǎn)集合有望在保證生產(chǎn)精度的前提下，有效地規(guī)避了外推性數(shù)字土壤制圖過程會涉及到的不確定性問題；(3)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法，提出了獨(dú)立驗(yàn)證技術(shù)與代表性局部區(qū)域選擇策略相輔相成，即可單獨(dú)使用，也可以集成至一整套土壤制圖技術(shù)流程；獨(dú)立驗(yàn)證技術(shù)能夠保證預(yù)測結(jié)果具有客觀的評價(jià)結(jié)果，代表性局部區(qū)域選取是外推土壤制圖的核心環(huán)節(jié)，決定了外推法能夠提升預(yù)測精度，二者具有較高的可移植性，為不同過程的土壤制圖體系提供了參考，在未來土壤信息膨脹的高精度計(jì)算環(huán)境下，可用于制圖結(jié)果的客觀評價(jià)與精度提升，從而優(yōu)化了傳統(tǒng)土壤制圖技術(shù)體系的計(jì)算精度與可移植性。附圖說明圖1是實(shí)施案例中全局研究區(qū)域與局部外推區(qū)域樣點(diǎn)分布圖；圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法的流程示意圖；圖3a是實(shí)施案例中全局樣點(diǎn)集合Po中的各個(gè)樣點(diǎn)位置土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)集的散點(diǎn)圖分布；圖3b是實(shí)施案例中局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi中的各個(gè)樣點(diǎn)位置土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)集的散點(diǎn)圖分布；圖3c是實(shí)施案例中獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中的各個(gè)樣點(diǎn)位置土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)集的散點(diǎn)圖分布；圖4是實(shí)施案例中局部外推區(qū)域粘粒含量的預(yù)測分布圖；圖5是全局研究區(qū)域粘粒含量的預(yù)測分布圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的基本思想是在數(shù)字土壤制圖過程中，針對局部區(qū)域采樣密度相對較高的現(xiàn)象，遴選局部外推區(qū)域(以下簡稱局部區(qū)域)。以局部區(qū)域?yàn)檠芯磕繕?biāo)，預(yù)測土壤質(zhì)地信息空間分布，并從中選取具有代表性的預(yù)測結(jié)果作為全局土壤質(zhì)地(包含粘粒、粉粒、砂粒含量)預(yù)測的輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)而，構(gòu)建不同級別的全局預(yù)測點(diǎn)集合與驗(yàn)證點(diǎn)集合，試預(yù)測全局土壤質(zhì)地信息并評價(jià)外推技術(shù)的可用性，最終提升數(shù)字土壤圖的生產(chǎn)精度。以青海省祁連縣研究樣區(qū)的土壤粘粒含量預(yù)測為例，青海省祁連縣東部區(qū)域人口密度較低、交通條件較差，給野外調(diào)查采樣帶來諸多困難。該區(qū)域的樣點(diǎn)密度較為分散，部分可達(dá)性較高的區(qū)域采樣密度較高，其他區(qū)域密度相對較低，如圖1所示。同時(shí)，該區(qū)域的景觀特征以高山為主，土壤類型變異性不大，植被類型較為單一。實(shí)施案例以該區(qū)域的土壤粘粒預(yù)測為例，針對該區(qū)域的土壤質(zhì)地顆粒含量進(jìn)行預(yù)測。如圖2所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，具體包括如下步驟：步驟001.由目標(biāo)土壤區(qū)域中所有預(yù)設(shè)樣點(diǎn)位置構(gòu)成全局樣點(diǎn)集合Po，并獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，其中，針對所述觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，采用拉依達(dá)準(zhǔn)則法，通過如下準(zhǔn)則，進(jìn)行異常點(diǎn)賦值操作，進(jìn)而獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量pi，土壤質(zhì)地顆粒含量包括粘粒、粉粒、砂粒三種百分比含量，其總和為100％。若pi＞μ+3σ，則pi＝μ+3σ；若pi＜μ-3σ，則pi＝μ-3σ；其中，pi表示觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，μ和σ分別表示所有觀測土壤質(zhì)地顆粒含量的期望和標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)土壤-景觀模型定義，對于土壤屬性影響最為顯著的五大要素分別是：地形、母質(zhì)、生物、氣候、時(shí)間。根據(jù)環(huán)境變量選取的難度與代價(jià)，選取數(shù)字高程模型、地質(zhì)圖、遙感圖像、年均氣候、年均降雨、土地利用與土壤類型系列數(shù)據(jù)作為環(huán)境變量的提取源數(shù)據(jù)，所提取的環(huán)境變量數(shù)據(jù)包括高程、坡度、坡向、地形濕度指數(shù)、葉面積指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、年均降雨、年均氣溫、土地利用、土壤類型、日照時(shí)間，然后基于全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，針對環(huán)境變量數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行擬合，根據(jù)環(huán)境變量的顯著性大小優(yōu)化環(huán)境變量數(shù)據(jù)的類型，獲得指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，獲得全局樣點(diǎn)集合Po中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)為{土地利用，NDVI，高程，坡度，年均降雨}；然后初始化k＝1，并進(jìn)入步驟002。步驟002.當(dāng)研究區(qū)域較大時(shí)，其面積可能大于上萬平方公里，由于交通、可達(dá)性與食宿等問題，部分區(qū)域往往采樣密度較高，這里的采樣密度較高指的是相對概念，如圖2所示，以系統(tǒng)生成的采樣點(diǎn)為例，將這些區(qū)域設(shè)定為局部區(qū)域，即根據(jù)土壤采樣密度、土壤類型和地形起伏，根據(jù)滿足如下三個(gè)條件，在目標(biāo)土壤區(qū)域中選取局部區(qū)域。在這里以青海省祁連縣研究樣區(qū)為實(shí)施例，即選取葫蘆溝小流域作為其中一個(gè)局部區(qū)域，其局部區(qū)域中樣點(diǎn)位置總數(shù)為71個(gè)。條件1.局部區(qū)域的采樣密度(個(gè)/平方公里)為目標(biāo)土壤區(qū)域平均采樣密度的三倍數(shù)以上；條件2.局部區(qū)域中土壤類型在目標(biāo)土壤區(qū)域所對應(yīng)的土壤面積占目標(biāo)土壤區(qū)域百分比大于預(yù)設(shè)面積比例閾值；條件3.局部區(qū)域?qū)?yīng)指定環(huán)境變量類型的數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)土壤區(qū)域?qū)?yīng)該指定環(huán)境變量類型的平均數(shù)據(jù)。諸如這里的指定環(huán)境變量類型為坡度，實(shí)際中可設(shè)定局部區(qū)域?qū)?yīng)坡度的數(shù)據(jù)范圍是目標(biāo)土壤區(qū)域?qū)?yīng)平均坡度的±20％，例如目標(biāo)土壤區(qū)域?qū)?yīng)平均坡度是15°，則局部區(qū)域?qū)?yīng)坡度的數(shù)據(jù)范圍是[12°，18°]。并由局部區(qū)域中的各個(gè)樣點(diǎn)位置，構(gòu)成局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi，再根據(jù)全局樣點(diǎn)集合Po與局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi之差，獲得非局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Por，然后進(jìn)入步驟003。步驟003.獲得目標(biāo)土壤區(qū)域中土壤種類數(shù)ks，以及全局樣點(diǎn)集合Po中樣點(diǎn)位置的數(shù)量np，同時(shí)，在目標(biāo)土壤區(qū)域中，分別獲得各個(gè)土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中樣點(diǎn)位置的數(shù)量npi，然后進(jìn)入步驟004。步驟004.分別針對目標(biāo)土壤區(qū)域中的各個(gè)土壤種類，判斷土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中樣點(diǎn)位置的數(shù)量npi是否小于是則在目標(biāo)土壤區(qū)域中，該土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中的各個(gè)樣點(diǎn)位置中，隨機(jī)選擇A·npi個(gè)樣點(diǎn)位置；否則在目標(biāo)土壤區(qū)域中，該土壤種類所對應(yīng)土壤區(qū)域中的各個(gè)樣點(diǎn)位置中，隨機(jī)選擇個(gè)樣點(diǎn)位置；由此，在目標(biāo)土壤區(qū)域中，獲得分別對應(yīng)各個(gè)土壤種類、經(jīng)上述選擇的各個(gè)樣點(diǎn)位置，并構(gòu)成獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk，然后進(jìn)入步驟005；其中，A為預(yù)設(shè)小于0.5的比例參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中，A可以選取0.25。步驟005.分別針對全局樣點(diǎn)集合Po中的各個(gè)樣點(diǎn)位置、局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi中的各個(gè)樣點(diǎn)位置、獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中的各個(gè)樣點(diǎn)位置，根據(jù)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，獲得分別對應(yīng)各集合的散點(diǎn)圖，如圖3a、圖3b、圖3c所示，再分別針對各幅散點(diǎn)圖，采用局部多項(xiàng)式回歸方法進(jìn)行平滑處理，更新各幅散點(diǎn)圖，然后進(jìn)入步驟006。步驟006.將分別對應(yīng)全局樣點(diǎn)集合Po、局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi、獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk的三幅散點(diǎn)圖進(jìn)行重疊，并判斷三幅散點(diǎn)圖兩兩重合的陰影面積占三幅散點(diǎn)圖中最小陰影面積的比例是否超過預(yù)設(shè)重疊比例閾值50％，是則進(jìn)入步驟007；否則返回步驟002。步驟007.根據(jù)局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Poi中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，以及指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，訓(xùn)練獲得環(huán)境變量數(shù)據(jù)與觀測土壤質(zhì)地顆粒含量之間的定量關(guān)系，并進(jìn)入步驟008。步驟008.采用步驟007所獲定量關(guān)系，針對局部區(qū)域中的非樣點(diǎn)位置區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，如圖4所示，然后進(jìn)入步驟009。步驟009.基于局部區(qū)域所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，根據(jù)目標(biāo)土壤區(qū)域中局部區(qū)域的指定屬性，針對局部區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖，實(shí)際應(yīng)用中，這里的指定屬性選擇選擇地形的平坦情況，具體包括如下步驟：步驟A01.選擇局部區(qū)域中地形的平坦情況進(jìn)行分析，判斷局部區(qū)域中地形的平均坡度是否大于預(yù)設(shè)坡度閾值5°，是則進(jìn)入步驟A02；否則進(jìn)入步驟A03；步驟A02.基于局部區(qū)域中地形的最大坡度和最小坡度，針對局部區(qū)域進(jìn)行十個(gè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖，且每個(gè)等級所對應(yīng)最大坡度與最小坡度之間的差值相等；步驟A03.采用網(wǎng)格提取法，針對局部區(qū)域，按橫向、縱向間隔相等距離，進(jìn)行十個(gè)等級劃分，獲得局部區(qū)域所對應(yīng)的分級矢量圖。然后將該分級矢量圖與局部區(qū)域所對應(yīng)的土壤類型圖進(jìn)行疊加，獲得疊加后的疊加矢量圖，接著在該疊加矢量圖各個(gè)圖斑上的樣點(diǎn)位置中，分別隨機(jī)選擇30％-50％的樣點(diǎn)位置，構(gòu)成局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek，然后進(jìn)入步驟010。這里需要注意的是，從圖斑中選取樣點(diǎn)位置的比例需要視全局預(yù)測方法而定。例如，使用傳統(tǒng)的線性回歸模型(如多元線性回歸)進(jìn)行預(yù)測，則局部區(qū)域的選擇樣點(diǎn)位置數(shù)不宜過多，比例設(shè)置為25％；如果使用基于大量數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法(如隨機(jī)森林)進(jìn)行預(yù)測，可以將局部區(qū)域的選擇樣點(diǎn)位置數(shù)選擇比例設(shè)置為40％。步驟010.獲得非局部區(qū)域樣點(diǎn)集合Por中，除獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中樣點(diǎn)位置外的其余樣點(diǎn)位置，構(gòu)成非局部區(qū)域再選預(yù)測樣點(diǎn)集合Por_pk；同時(shí)，獲得全局樣點(diǎn)集合Po中，除獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk中樣點(diǎn)位置外的其余樣點(diǎn)位置，構(gòu)成非獨(dú)立驗(yàn)證驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_pk；然后進(jìn)入步驟011。步驟011.在局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek中，按預(yù)設(shè)比例劃分為局部區(qū)域再選第一預(yù)測樣點(diǎn)集合Pe_pk和局部區(qū)域再選第二驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Pe_vk，諸如第一預(yù)測樣點(diǎn)集合Pe_pk中樣點(diǎn)位置的數(shù)量為局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek的75％，第二驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Pe_vk中樣點(diǎn)位置的數(shù)量為局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek的25％，然后進(jìn)入步驟012。步驟012.基于局部區(qū)域再選樣點(diǎn)集合Pek、局部區(qū)域再選第一預(yù)測樣點(diǎn)集合Pe_pk和局部區(qū)域再選第二驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Pe_vk、獨(dú)立驗(yàn)證樣點(diǎn)集合Po_vk、非獨(dú)立驗(yàn)證預(yù)測樣點(diǎn)集合Po_pk和非局部區(qū)域再選預(yù)測樣點(diǎn)集合Por_pk，建立三種預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P1k、P2k、P3k如下，然后進(jìn)入步驟013。預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P1k：預(yù)測樣點(diǎn)集合{Pek,Por_pk}，驗(yàn)證樣點(diǎn)集合{Po_vk}；預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P2k：預(yù)測樣點(diǎn)集合{Po_pk}，驗(yàn)證樣點(diǎn)集合{Po_vk}；預(yù)測/驗(yàn)證樣點(diǎn)集合P3k：預(yù)測樣點(diǎn)集合{Pe_pk,Por_pk}，驗(yàn)證樣點(diǎn)集合{Po_vk,Pe_vk}。步驟013.分別針對P1k、P2k、P3k中的預(yù)測樣點(diǎn)集合，根據(jù)預(yù)測樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，以及指定的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，訓(xùn)練獲得環(huán)境變量數(shù)據(jù)與觀測土壤質(zhì)地顆粒含量之間的定量關(guān)系，即獲得分別對應(yīng)P1k、P2k、P3k的定量關(guān)系，然后進(jìn)入步驟014。步驟014.分別采用P1k、P2k、P3k的定量關(guān)系，分別針對P1k、P2k、P3k中的驗(yàn)證樣點(diǎn)集合，根據(jù)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，針對驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置進(jìn)行預(yù)測，獲得驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，即分別獲得P1k、P2k、P3k中驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，然后進(jìn)入步驟015。步驟015.針對P1k、P2k、P3k中驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中各個(gè)樣點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，通過如下公式，按P1k、P2k、P3k分別進(jìn)行精度檢測，獲得P1k、P2k、P3k分別所對應(yīng)的精度結(jié)果R1k、R2k、R3k，然后進(jìn)入步驟016。其中，R分別指代了R1k、R2k、R3k，n＝{1,…,N}，N表示對應(yīng)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中樣本點(diǎn)位置的數(shù)量，xn表示樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)的觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，表示對應(yīng)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中所有樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)觀測土壤質(zhì)地顆粒含量的平均值，表示樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)的預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量，表示對應(yīng)驗(yàn)證樣點(diǎn)集合中所有樣本點(diǎn)位置所對應(yīng)預(yù)測土壤質(zhì)地顆粒含量的平均值。步驟016.判斷k是否等于預(yù)設(shè)循環(huán)次數(shù)K，是則獲得{R11、…、R1k、…、R1K}、{R21、…、R2k、…、R2K}、{R31、…、R3k、…、R3K}三個(gè)集合，并進(jìn)入步驟017；否則用k的值加1的結(jié)果針對k進(jìn)行賦值，并返回步驟003。步驟017.分別獲得{R11、…、R1k、…、R1K}、{R21、…、R2k、…、R2K}、{R31、…、R3k、…、R3K}三個(gè)集合的平均值然后進(jìn)入步驟018。步驟018.判斷之間的大小關(guān)系，若或則基于步驟002至步驟011中的{Por,Pek}集合，通過其各個(gè)樣本點(diǎn)位置的環(huán)境變量數(shù)據(jù)、觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，獲得定量關(guān)系，再采用該定量關(guān)系針對目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測；若之間滿足其它大小關(guān)系，則基于全局樣點(diǎn)集合Po，通過其各個(gè)樣本點(diǎn)位置的環(huán)境變量數(shù)據(jù)、觀測土壤質(zhì)地顆粒含量，獲得定量關(guān)系，再采用該定量關(guān)系針對目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測，如圖5所示。本發(fā)明所設(shè)計(jì)土壤質(zhì)地顆粒含量預(yù)測方法，在常規(guī)數(shù)字土壤制圖技術(shù)過程中考慮了外推局部土壤-景觀模型，以及外推法適宜性評價(jià)、獨(dú)立驗(yàn)證點(diǎn)集合的構(gòu)建與使用，避免外推法可能引入的潛在不確定性，有效地緩解了部分區(qū)域土壤樣點(diǎn)數(shù)量較少而導(dǎo)致預(yù)測精度低的技術(shù)瓶頸；本方法具有良好的可行性與移植性，動態(tài)驗(yàn)證點(diǎn)集合可望取得較為理想的計(jì)算精度。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。