[发明专利]一种基于HASM模型的土壤有机碳储量三维估算方法及系统

权利要求书

1.一种基于HASM模型的土壤有机碳储量三维估算方法，用于对原始采样点的多层土壤有机碳密度数据分为两种数据结构进行处理，第一种数据为采样点各层土壤有机碳密度之和，即总层土壤有机碳密度，第二种数据为采样点各层土壤有机碳密度占所述总层土壤有机碳密度的比例，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对于所述第一种数据，结合多种环境变量，使用空间预测模型对总层土壤有机碳密度进行空间预测，得到第一空间预测结果，即总层土壤有机碳密度预测结果；

步骤2、采用第一HASM模型，将所述第一空间预测结果作为所述第一HASM模型的第一驱动场，对所述总层土壤有机碳密度进一步进行空间预测，得到第二空间预测结果；

步骤3、对于所述第二种数据，对每个采样点进行多层土壤有机碳密度随土壤深度变化的指数函数曲线拟合，得到每个采样点的指数函数曲线类型及对应的曲线拟合参数；

步骤4、根据每个采样点的指数函数曲线类型和对应的曲线拟合参数，确定不同曲线类型的曲线拟合参数取值范围；

步骤5、根据所述指数函数曲线类型，结合地表分类信息，得到每个采样点的组合类型，分别计算每种组合类型的第二种数据的均值，得到均值表；

步骤6、结合所述多种环境变量，使用空间预测模型对所述指数函数的曲线拟合参数进行空间预测，得到第三空间预测结果；

步骤7、将所述第三空间预测结果作为第二驱动场，结合第二HASM模型对指数函数的曲线拟合参数进行空间预测，得到第四空间预测结果；

步骤8、将所述第四空间预测结果的每个栅格的曲线拟合参数值，根据所述曲线拟合参数取值范围，确定每个栅格的指数函数曲线类型；

步骤9、将每个栅格的指数函数曲线类型，结合每个栅格对应的地表分类信息，识别每个栅格的组合类型；

步骤10、按照每个栅格的组合类型，对每个栅格点不同层的土壤有机碳密度比例根据不同组合类型的均值表进行赋值，进而得到各层土壤有机碳密度比例的空间分布值；

步骤11、将所述第二空间预测结果与所述各层土壤有机碳密度比例的空间分布值相乘，得到各层土壤有机碳密度空间预测结果，即第五空间预测结果；

步骤12、将所述第五空间预测结果作为第三驱动场，结合第三HASM模型进行空间预测，得到第六空间预测结果；

步骤13、将所述第六空间预测结果中的各层土壤有机碳密度与相应栅格面积相乘，得到三维空间土壤有机碳储量空间分布，即第七空间预测结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间预测模型采用广义线性模型或随机森林模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2使用如下的第一HASM模型，采用迭代法计算满足精度的解，将解向量的元素值对应相应的空间位置，得到SOCD_Total的空间分布曲面：

其中A为系数矩阵，SOCD_Total为优化后的总层土壤有机碳密度曲面，S₁和d₁分别为采样点系数矩阵和采样点总层土壤有机碳密度值，n为迭代次数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中采用以下公式进行指数函数曲线拟合：

SOCD＝P_Aexp(-P_B×D)

其中，SOCD为土壤深度对应的土壤有机碳密度，P_A和P_B为指数函数的两个曲线拟合参数，D为土壤深度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

按照曲线拟合参数P_A的范围划分出四种曲线类型，包括：范围为(40,90]的普通衰减型、范围为大于90的表层聚集型、范围为(30,40]的均匀分布型和范围为(0,30]的异常分布型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7中所使用的第二HASM模型具体为：

其中B为系数矩阵，PA为优化后的指数函数参数曲面，S₂和d₂分别为采样点系数矩阵和采样点指数函数参数值。