决策树模型在水环境监测网络中选取代表性样点的应用

地表水体中的硝酸盐污染已经成为全球关注的热点环境问题之一。现今,国内外均建立了相关的监测网络对地表水体的水质实施长期监测,但是却导致大量的监测数据累积,给后续的科学研究工作带来了不便,尤其是在庞大的监测网络中如何选取有代表性样点的研究点则成为急需解决的问题之一。以比利时弗拉芒地区地表水的长期监测物理化学指标为例,利用决策树模型评估地表水样点的硝酸盐污染来源专家分类的有效性,为点位优化提供理论依据。原有监测点位的污染源专家分类和模型输出的可匹配率为80%,优化后监测点位从原有47个点降低到30个点,提高了监测工作效率。

一种基于样点代表性等级的土壤采样设计方法

采样设计是获取土壤空间分布信息的关键环节,直接影响到土壤制图的精度。目前常用的采样设计方法大多存在着设计样本量大、采样效率不高的问题。当可投入资源难以完成一次性大量采样时,采样往往需要多次、分批进行。然而现有分批采样方法多考虑各批采样点在地理空间的互补性,可能造成样本点在属性空间的重叠,影响采样资源的高效利用。鉴于此,本研究通过对与土壤在空间分布具有协同变化的环境因子进行聚类分析,寻找可代表土壤性状空间分布的不同等级类型的代表性样点,建立一套基于代表性等级的采样设计方法。将该采样方法应用于位于黑龙江省嫩江县鹤山农场的研究区,利用所采集的不同代表性等级的样点进行数字土壤制图并进行验证,探讨采样方案与数字土壤制图精度的关系,以评价本文所提出的采样方法。结果表明,通过代表性等级最高的少量样点可获取研究区的大部分主要土壤类型(中国土壤系统分类的亚类级别),且制图精度较高;随着代表性等级较低样点的加入,土壤图精度提高;但当样点增加到一定数量时,土壤图的精度变化不大。因此,与样点数相比,样点的代表性高低对制图精度的影响更大。该方法所提出的代表性等级可以为样点采集顺序提供参考,有助于设计高效的逐步采样方案。

基于样点个体代表性的大尺度土壤属性制图方法

大空间尺度范围的土壤属性分布信息是陆地表层过程模拟的基础信息。基于野外样点进行空间插值是获得土壤属性空间分布信息的重要手段。现有的空间插值方法通常要求所用样点对研究区土壤属性空间分布规律具有良好的全局代表性。然而,受采样经费和野外采样条件的限制,所采集的样点往往难以全面地反映研究区土壤属性的空间分布规律。基于这样的样点用现有空间插值方法得到的土壤属性分布图通常精度较低,并且由样点全局代表性差带来的推测不确定性也无法得到度量。为了合理利用这些已采集的但全局代表性不好的样点,本文提出了基于样点"个体代表性"推测土壤属性空间分布并度量推测不确定性的方法。该方法在两点环境条件越相似、土壤属性就越相似的假设下,认为每一样点可以代表与其环境条件相似的地区,并且代表程度可以由两点的环境相似度度量;通过分析环境相似度计算推测不确定性,并以环境相似度为权重计算样点可代表地区的土壤属性值。将该方法应用于推测新疆伊犁地区土壤表层有机质含量,经验证,本文方法能够有效地利用全局代表性差的样点推测样点能够代表地区的土壤属性空间分布,并且所得的推测不确定性与预测残差呈现正向关系,能够有效地指示推测结果的可靠程度。

样点代表性等级采样法在丘陵山区土壤表层有机质制图中的应用

基于样点代表性等级的土壤采样方法在成本、应用性、制图准确度上具有明显的优势,但在其他方面(如敏感性)上仍需要大量研究。为了进一步研究这种方法的可用性,本文以安徽宣城境内的丘陵山区为研究区,应用该方法分析以往土壤采样点的代表性等级,进而研究样点代表性等级对土壤制图准确度的影响。研究结果表明:①高等级代表性链广泛存在,而低等级代表性链则较少;②代表性链的等级有效地从不同程度反映出土壤形成环境的变异;③样点代表性采样设计的采样点与规则化网格采样、目的性采样有很大不同;④一般地,随着低等级样点的逐渐加入,制图准确度增加,但增幅随着样点等级的降低而降低。这些结果说明,样点代表性等级采样法在应用、成本、准确度几个方面都有明显的优点,因而具有较好的应用前景。需要注意的是,在应用该方法选择样点时,样点的代表性应达到一定级别,以避免制图准确度不会因为样点的加入而降低。此外,由于其他地形地貌类型(如平原区)还缺乏较好的土壤协同环境因子,该方法的应用受到了一定程度的限制。

一种基于代表性样点的钉螺密度抽样调查设计方法

抽样设计是钉螺调查的关键环节,直接影响到统计推断的总体精度。目前湖沼型血吸虫病流行区钉螺调查常用的系统抽样设计方法存在样本量大、代表性不强、抽样效率不高等问题。通过对与钉螺空间分布上具有协同变化的环境因子进行模糊聚类分析,寻找可代表钉螺空间分布的代表性样点,提出一种基于代表性样点的抽样设计方法。将本研究设计的方法应用于鄱阳湖区恒湖农场茶叶港草洲的钉螺抽样设计研究,对采集的代表性样点进行误差分析,并将抽样结果与简单随机抽样和系统抽样方法进行精度比较。结果显示:本研究提出的"基于代表性样点的钉螺抽样设计方法(SORS)"明显优于简单随机抽样和系统抽样,抽样绝对误差分别为:0.440 7、1.551 4、3.565 3,相对误差分别为:1.048 1、3.689 7、8.479 6。本研究表明新方法能够获得比现有血防部门的钉螺调查方法更高的估算精度,可为优化湖沼型血吸虫病流行区钉螺调查方法提供借鉴。