基于Bayes判别分析算法的县域耕地地力等级预测——以河南省辉县市为例
Predictive Classification of Cultivated Land at County Scale by Using Bayes Discriminant Analysis Algorithms—A Case Study from Huixian City, Henan Province
DOI: 10.12677/HJAS.2017.75042, PDF, HTML, XML, 下载: 1,285  浏览: 4,676  国家自然科学基金支持
作者: 王海洋, 陈 杰*, 韩杏杏:郑州大学水利与环境学院,河南 郑州;程道全:河南省土壤肥料站,河南 郑州
关键词: 耕地地力评价Bayes判别分析判别函数检验Evaluation of Cultivated Land Fertility Bayes Discriminant Analysis Discriminate Functions Test
摘要: 为了研究机器学习算法——判别分析算法在土壤质量和土地资源评价方面的应用,以此来简化耕地地力评价工作,探索区域尺度上机器学习方法在地力评价应用的新途径。以河南省辉县市为研究区,基于辉县市测土配方施肥财政补贴项目耕地地力评价工作获取的基础数据,依据我国农业部标准(NY/T 1634-2008) 《耕地地力调查与质量评价技术规程》和该市耕地地力评价实践经验,选取研究区表层土壤质地、土壤剖面特征、地表砾石度、速效钾、有效磷、有机质含量、灌溉保证率、排涝能力、地貌类型、坡度等10个土壤和立地条件因素作为耕地地力水平的判别变量,采用Bayes判别分析算法建模,对研究区评价单元的耕地地力状况进行判断分析和归类分级。通过对判别函数和判别结果进行统计验证和回代验证,显示判别结果与原始资料相比一致率达89.1%。在耕地地力评价与分级标准确定的前提下,Bayes判别分析在区域尺度上对分析耕地地力状况、预测耕地地力等级方面具有独特优势。
Abstract: The purpose of this study is to attempt to simplify the evaluation of cultivated land fertility by applying the machine learning algorithm, which aims to explore a new approach to the application of machine learning method in the evaluation work of cultivated land fertility at regional scale. Based on Technical Specification for Investigation and Quality Evaluation of Cultivated Land Fertility (NY/T 1634-2008) and the local practices of cultivated land evaluation, the methods applied by this study generally are supposed to use the based data obtained by the Financial Subsidy Project for Soil Testing and Formulated Fertilization conducted in Huixian county, Henan Province, to establish linear discriminate functions. 10 soil and site condition factors including surface soil texture, soil profile characteristics, surface gravel degree, rapidly available potassium in soil, available phosphorous in soil, organic matter content in soil, irrigation guarantee rate, capacity for drainage, geomorphic types, and surface slope are selected as the discriminant variables of cultivated land fertility level. By constructing the model of Bayes discriminant functions, Bayes discriminant analysis is employed to determine, analyze and classify land fertility in 5922 sampled sites of the studied region using that Bayes discriminate functions. The results of the methods demonstrate a prediction accuracy reaching up 89.1% after mathematical statistics verification and back substitution verification which means the original data being returned back to the Bayes discriminant functions. Under the premise of identifying the standard of evaluation and classification of cultivated land, the discriminant analysis algorithm has a unique advantage in analyzing and classifying the fertility situation of cultivated land and predicting the grade of cultivated land.
文章引用:王海洋, 陈杰, 韩杏杏, 程道全. 基于Bayes判别分析算法的县域耕地地力等级预测——以河南省辉县市为例[J]. 农业科学, 2017, 7(5): 317-326. https://doi.org/10.12677/HJAS.2017.75042

参考文献

[1] 吴克宁, 郑义, 康鸳鸯, 等. 河南省耕地地力调查与评价[J]. 河南农业科学, 2004, 19(9): 49-52.
[2] 陈艳春. 兴安县耕地地力等级划分与评价[J]. 南方农业学报, 2011, 42(7): 768-770.
[3] 王瑞燕, 赵庚星, 李涛, 等. GIS支持下的耕地地力等级评价[J]. 农业工程学报, 2004, 20(1): 308-310.
[4] 田有国, 辛景树. 耕地地力评价[M]. 北京:中国农业科学技术出版社, 2009: 1-326.
[5] 赖红松, 吴次芳. 基于粗糙集和支持向量机的标准农田地力等级评价[J]. 自然资源学报, 2011, 26(12): 2141- 2154.
[6] 魏善沛, 章景, 王凯. 粗糙集与SVM的组合算法在人工林地力评价中的应用[J]. 中南林业科技大学学报, 2013, 33(5): 1-5.
[7] 曹丽英, 孙学生, 赵月玲, 等. 一种基于决策树算法的耕地地力等级评价[J]. 东北林业大学学报, 2011, 39(2): 93- 96.
[8] 司巧梅, 宋丽. 决策树在耕地地力等级评价中的应用[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(12): 7328-7329, 7417.
[9] 孙微微, 胡月明, 刘才兴, 等. 基于决策树的土壤质量等级研究[J]. 华南农业大学学报, 2005, 26(3): 108-110.
[10] 田剑, 胡月明, 王长委, 等. 聚类支持下决策树模型在耕地地力评价中的应用[J]. 农业工程学报, 2007, 23(12): 58-63.
[11] 王莉莎, 李勇, 沈健林, 等. 应用回归树分析双季稻区水稻土地力特征[J]. 生态学杂志, 2013, 32(1): 232-240.
[12] Dulam, J. (2005) Discriminate Analysis for Dust Storm Prediction in the Gobi and Steppe Regions in Mongolia. Water, Air & Soil Pollution: Focus, 5, 37-49.
https://doi.org/10.1007/s11267-005-0725-0
[13] Pham-Gia, T., Turkkan, N. and Bekker, A. (2007) Bounds for the Bayes Error in Classification: A Bayesian Approach Using Discriminant Analysis. Statistical Methods and Applications, 2007, 7-26.
https://doi.org/10.1007/s10260-006-0012-x
[14] Bruss, F.T. (2014) 250 Years of “An Essay Towards Solving a Problem in the Doctrine of Chances. By the Late Rev. Mr. Bayes, F.R.S. Communicated by Mr. Price, in a Letter to John Canton, A.M.F.R.S. Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung, 115, 129-133.
https://doi.org/10.1365/s13291-013-0069-z
[15] Puga, J.L., Krzywinski, M. and Altman, N. (2015) Bayes’ Theorem. Nature Methods, 12, 277-285.
https://doi.org/10.1038/nmeth.3335
[16] 曹玲玲, 潘建寿. 基于Fisher判别分析的贝叶斯分类器[J]. 计算机工程, 2011, 37(10): 162-164.
[17] Wang, C., Wang, E.Y., Xu, J.K., et al. (2010) Bayesian Discriminant Analysis for Prediction of Coal and Gas Outbursts and Application. Mining Science and Technology, 20, 520-523.
[18] 丁帅伟, 姜汉桥, 陈民锋, 等. 基于模糊C均值聚类算法和贝叶斯判别函数研究深水油藏分类评价[J]. 西安石油大学学报(自然科学版), 2014, 29(2): 43-49.
[19] 唐俊, 王琪, 马晓峰, 等. Q型聚类分析和判别分析法在储层评价中的应用: 以鄂尔多斯盆地姬塬地区长81储层为例[J]. 特种油气藏, 2012, 19(6): 28-31.
[20] 刘在涛, 王栋梁, 张维佳, 等. 基于贝叶斯判别分析的地震应急响应等级初判方法[J]. 地震, 2011, 31(2): 114- 120.
[21] 赵铜铁钢, 杨大文, 李明亮. 超越概率贝叶斯判别分析方法及其在中长期径流预报中的应用[J]. 水利学报, 2011, 42(6): 693-698.
[22] 吴凌峰, 兰乾玉, 吴凤山, 等. 基于贝叶斯判别法的工程岩爆危险评估与预测[J]. 施工技术, 2014(S1): 104-108.
[23] 邹亚宝, 林佳佳. 基于贝叶斯判别的我国上市公司财务预警研究[J]. 广东外语外贸大学学报, 2012, 23(3): 31-36.
[24] 黄振, 朱珺, 张为. 基于Bayes判别分析法的上市公司财务风险研究[J]. 洛阳理工学院学报(社会科学版), 2012, 27(3): 26-28.
[25] 廖勇. 基于Bayes分析的区域综合运输通道出行方式分担率研究[J]. 物流技术, 2015, 34(8): 109-111.
[26] 刘三豆. 公路软基处理方案技术决策的Bayes判别分析法[J]. 公路与汽运, 2016, 173(2): 116-118.
[27] 宋淑钦, 张艳, 方丽珊, 等. 应用Bayes判别分析异位妊娠的早期诊断[J]. 医学综述, 2012, 18(23): 4095-4097.
[28] 邵华飞, 刘剑芳, 姚丽波, 等. 探讨Bayes判别分析在食管癌淋巴结转移CT诊断中的价值[J]. 放射学实践, 2015, 30(8): 835-837.
[29] 宫凤强, 李夕兵, 张伟. 基于Bayes判别分析方法的地下工程岩爆发生及烈度分级预测[J]. 岩土力学, 2010, 31(1): 370-377.
[30] 刘树仁, 宋亚奇, 朱永利. 神经元形态分类和识别方法的研究[J]. 计算机工程与设计, 2013, 34(2): 670-674.
[31] 张龙, 潘家荣, 朱诚. 基于近红外光谱的西湖龙井茶产地的精细判别[J]. 红外, 2015, 36(12): 41-46.
[32] 聂长明, 袁长岭, 梅俊杰, 等. 河南省辉县市耕地地力评价工作报告[R]. 辉县: 辉县市土壤肥料管理站, 2012.
[33] 袁志发, 周静芋, 等. 多元统计分析[M]. 北京: 科学出版社, 2002: 266-271.
[34] 高惠璇. 应用多元统计分析[M]. 北京: 北京大学出版社, 2005: 175-211.
[35] 戴佑才, 钟诚. 基于贝叶斯判别分析方法的膨胀土胀缩等级分类[J]. 公路工程, 2011, 36(5): 125-127.