اعتبارسنجی متقاطع

پژوهش حاضر به منظور مقایسه مدل های جبری و زمین آماری در پهنه بندی عمق آب های زیرزمینی دشت اردبیل در یک بازه زمانی 28 ساله( 1362 تا 1390)، با استفاده از داده های 22 حلقه چاه پیزومتری در سطح دشت اردبیل به انجام رسیده است. مدل های مقایسه شده مدل IDW و مجموعه روش های توابع شعاعی(RBF)، به عنوان نماینده روش های جبری و مدل کریجینگ به عنوان نماینده روش های زمین آماری می باشد. از اعتبارسنجی متقاطع، شاخص های خطای، میانگین انحراف خطا(MBE)، ریشه دوم میانگین مربع خطا(RMSE)، همبستگی مقادیر برآوردی و مشاهده ای، واریانس تخمین جهت انتخاب روش مناسب و اعتبارسنجی مدل های مربوطه استفاده شده است. مدل انتخاب شده با نقشه کاربری اراضی منطقه، پراکندگی چاه های عمیق و نیمه عمیق، همچنین شبکه آبراهه های سطح دشت مورد مقایسه قرار گرفت تا از صحت و دقت برآورد صورت گرفته اطمینان حاصل گردد. نتایج نشان داد از بین مدل های مختلف مدل Completely Regularized spline که یکی از مدل های توابع شعاعی محسوب می شود نسبت به سایر روش ها از دقت بالاتری برخوردار بوده و با نقشه های کاربری اراضی منطقه، پراکندگی چاه های عمیق و نیمه عمیق و شبکه آبراهه های منطقه همخوانی بسیار بالایی دارد. بنابراین بهترین روش جهت پهنه بندی عمق آب های زیرزمینی دشت اردبیل محسوب می گردد.

بخش رس از مهم ترین اجزای بافت خاک است که در عملیات مدل سازی زیست محیطی 2 و پهنه بندی رقومی خاک 3 بسیار مورد توجه است. ازآنجا که این ویژگی از تغییرپذیری های مکانی 4 تأثیر می پذیرد، تشخیص و پهنه بندی و پایش این پارامتر، در مقیاس وسیع و با روش های نمونه برداری سنتی و تحلیل آزمایشگاهی معمول، بسیار هزینه بر و وقت گیر است. بنابراین، تقاضا برای بررسی این گونه اطلاعات با کیفیت خوب، هزینه کم و قدرت تفکیک (مکانی) مناسب، در مباحث و زمینه هایی همچون کشاورزی دقیق 5 ( PA ) و برنامه ریزی اراضی 6 ( LP ) بسیار زیاد شده است. با ظهور طیف سنجی ابرطیفی آزمایشگاهی ( LDRS ) که براساس ارتعاشات بنیادین 7 ( FVs )، علائم ترکیبی 8 و فرعی 9 حاصل از گروه های عاملی 10 به تشخیص و بررسی اجزای خاک می پردازد، روزنه ای در بررسی این پارامتر خاک ایجاد کرده است. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی 11 ( PSS ) برای بررسی مقادیر رس در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شده است. بدین ترتیب، مجموع 128 نمونه از عمق 20 سانتیمتری سطح خاک و براساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی 12 ( SRS ) و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک شناسی استان جمع آوری شد. در ابتدا، مجموع نمونه ها به دو قسمت تقسیم شد: 96 نمونه برای ایجاد مدل (عملیات واسنجی 13 ) و 32 نمونه برای اعتبارسنجی مستقل 14 آن. با بهره گیری از تحلیل رگرسیون چندمتغیره 15 PLSR و براساس تکنیک اعتبارسنجی متقاطع به روش حذف تکی 16 ( LOOCV ) و عملیات پیش پردازشی 17 چون: میانگین گیری 18 (روش کاهش داده های ابرطیفی 19 )، هموارسازی و مشتق اول طیفی براساس الگوریتم ساویتسکی- گولای 20 ، درنهایت مدل کالیبراسیون با چهار فاکتور 21 ( LFs )، با RMSE C حدود 55/9 و R 2 C حدود 73/0 و نیز RPD C تقریبی 94/1 و RPIQ C تقریبی 19/3 (ست کالیبراسیون)، به منزله مطلوب ترین مدل جهت برآورد مقادیر رس منطقه مورد مطالعه، شناخته شد که نتایج حاکی از توانایی مناسب مدل در برآورد رس منطقه بوده است. درنهایت، قابلیت فن اوری طیف سنجی بازتابی پراکنشی مرئی-فروسرخ نزدیک 22 ( VNIR- DRS )، در بررسی اجزای رسی منطقه، به اثبات رسید. همچنین، می شود این مدل و نیز دامنه های طیفی مؤثر به دست آمده را جهت بررسی مقادیر رس در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی 23 به وسیله داده های ابرطیفی هوایی-ماهواره ای، مبنا قرار داد. این امر نشان دهنده اهمیت ابرطیف سنجی آزمایشگاهی، همچون پایه ای برای تشخیص باندهای طیفی مفید و نیز ایجاد مدل جهت استفاده آن در دورسنجی ابرطیفی است.

شن از مهم ترین اجزای بافت خاک است که برای عملیات مدل سازی زیست محیطی و پهنه بندی رقومی خاک، باید مورد توجه واقع شود. از آن جا که این ویژگی، دستخوش تغییرپذیری های مکانی بوده، لذا تشخیص، پهنه بندی و پایش آن در مقیاس وسیع و با روش های نمونه برداری و تحلیل آزمایشگاهی معمول، بسیار هزینه بر و وقت گیر است. با ظهور فناوری مجاورت سنجی بازتابی(VNIR-DRS)، روزنه ای در بررسی این ویژگی خاک ایجاد شده است. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی، برای بررسی اجزای شن در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شد. جمعاً 128 نمونه از عمق 20 سانتی متری سطح خاک، براساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک  شناسی استان جمع آوری شد. در ابتدا مجموع نمونه ها به دو قسمت برای عملیات واسنجی و اعتبارسنجی تقسیم شد. با بهره گیری از تحلیل رگرسیون چندمتغیره PLSR و براساس روش اعتبارسنجی متقاطع و عملیات پیش پردازشی چون: میانگین گیری (روش کاهش داده های طیفی)، هموارسازی و مشتق اول طیفی براساس الگوریتم ساویتسکی-گولای، مدل نهایی با تعداد 2 و 4 عامل؛ به ترتیب: با همبستگی دوطرفه پیرسون(R P ) حدود 0.83 و0.82 ، ضریب تبیین(R 2 P ) حدود 0.68 و 0.67 ، میانگین مربعات خطای کالیبراسیون(RMSE P ) حدود 8.68 و 8.83 % ، و نیز RPD P تقریبی 1.78 و 1.75، RPIQ P تقریبی 2.45 و 2.41 (ست اعتبارسنجی مستقل)، به عنوان مطلوب ترین مدل به منظور برآورد مقادیر شن منطقه مورد مطالعه، شناخته شد که نتایج، نشان دهنده توانایی مناسب مدل در برآورد مقادیر شن منطقه بوده است. درنهایت، قابلیت فن اوری مجاورت سنجی، در بررسی اجزای شن منطقه به اثبات رسید. همچنین، از این مدل و نیز دامنه های طیفی مؤثر به دست آمده می توان به عنوان مبنایی برای بررسی مقادیر شن در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی توسط داده های ابرطیفی هوایی- ماهواره ای، بهره برد. که این امر نشان دهنده اهمیت طیف سنجی مجاورتی در تشخیص طول موج های مفید و نیز ایجاد مدل، به منظور استفاده آن در داده های ماهواره ای، خواهد بود.