ناريا کاخ و بآ تاقيقحت هرود|
|53 هرامش
|3 دادرخ 1401 ص(
602 - 585 )
DOI:https://dx.doi.org/10.22059/ijswr.2022.338007.669195
یملع هلاقم(
- )یشهوپژ
Digital Mapping of Top-soil Thickness and Associated Uncertainty Using Machine Learning Approach in Some Part of Arid and Semi-arid Lands of Qazvin Plain
ASGHAR RAHMANI1, FEREYDOUN SARMADIAN*1, HOSSIEN AREFI2 1. Department of Soil Science, College of Agriculture and Natural Resource, University of Tehran, Karaj, Iran.
2. Department of Remote Sensing and Photogrammetry, Geospatial and Surveying Faculty, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
(Received: Jan. 25, 2022- Revised: March. 16, 2022- Accepted: Apr. 9, 2022)
ABSTRACT
The present study was carried out to model topsoil thickness using machine learning models (MLM) including random forest (RF) and artificial neural network (ANN) in around 60,000 hectares of Qazvin plain lands (intermediate of Abyek andNazarabad) with an observational density of 278 profiles during 2016 until 2020, and 17 environmental covariates extracted from Landsat 8 satellite images, primary and secondary derivatives from Digital elevation model, climate data, land use and geology maps. Boruta supervised algorithm and expert knowledge were used to select the best relevant environmental covariates. Two functions include "nnet" and
"random forest" (RF) by "caret" package in the R software were used. Modeling of topsoil thickness carried out based on 80% of the data in the calibration subset and 20% of the data was used for model validation. The uncertainty of the output maps was quantified using two methods of “bootstrapping and k-fold”. A number of 10 environmental covariates selected among 17 variables, and the relative importance introduced the greenness index, wind effect, diffused radiation, and Mrvbf as the most important covariates, respectively. The validation results indicate that the RF model with R2 of 0.8 and RMSE less than 3 cm and the bias is 0.63 cm in compare to the ANN, With R2, RMSE, and Bias 0.43, 0.05, and.004, respectively was outperform. Also, the CCC for the RF model increased by 50% compared to the ANN. The uncertainty estimated by the bootstrapping method was 7 cm lower compared to k-fold in the regions with 10-15 cm thickness and both of two methods show the same spatial pattern in other parts. The RF model along with selected covariates environmental variables and quantified uncertainties of output maps can be used to model the topsoil thickness and management decision making in areas similar to this study in future studies.
Keywords: Random Forest, Artificial Neural Network, Environmental variables, Top-Soil Thickness, Uncertainty.
* Corresponding Author’s Email: [email protected]
هشقن رد نيشام یريگداي درکيور زا هدافتسا اب نآ هب هتسباو تيعطق مدع و یحطس کاخ تماخض یموقر یرادرب
و کشخ یضارا زا یشخب ن
ي هم کشخ نيوزق تشد
ینامحر رغصا نايدمرس نوديرف ،1
1
،*
یفراع نيسح
2
1 . هورگ ع ل و مو یسدنهم ،کاخ ناگدکشناد ناریا ،جرک ،نارهت هاگشناد ،یعیبط عبانم و یزرواشک
.
2 . هشقن هدکشناد ،یرتمارگوتف و رود زا شجنس هورگ ،یناکم تاعلاطا و یرادرب
ناگدکشناد .ناریا ،نارهت ،نارهت هاگشناد ،ینف
:تفایرد خیرات(
5 / 11 / 1400 - :یرگنزاب خیرات 25
/ 12 / 1400 - :بیوصت خیرات 20
/ 1 / 1401 )
هديکچ
رضاح شهوژپ فدهاب
لدم زاس زا هدافتسا اب یحطس کاخ تماخض یموقر ی لدم
اه یفداصت لگنج نیشام یریگدای ی
( )RF ( یعونصم یبصع هکبش و )ANN
دودح رد 60000 ( نیوزق تشد یضارا زا راتکه اب )دابآرظن و کیبآ طساو دح
یتادهاشم مکارت 278
ینامز هزاب رد لیفورپ 1395
- 1399 دادعت و 17 تسدنل هراوهام ریواصت زا جرختسم یطیحم ریغتم 8
،
،عافترا یموقر لدم هیوناث و هیلوا تاقتشم هداد
اه و یضارا یربراک هشقن ،یمیلقا ی مز
ی ن سانش باختنا یارب .دیدرگ ارجا ی
مک یاهریغتم زا یک
متیروگلا تراظن هدش اتوراب (
Boruta
ود زا .دش هدافتسا سانشراک رظن هارمه هب)
"عبات
"nnet
" و
random
forest
"
هتسب و
"
caret
"
طیحم رد مرن
رازفا یاربR
لدم زاس ساسا رب ی 80
دصرد هداد اه و یجنساو هلحرم رد 20
دصرد
تیعطق مدع و دش هدافتسا یجنسرابتعا یارب هشقن
اه ی ( تپارستوب شور ود اب ییاهن
bootstrapping
اک و ) - ( هبترم
k-fold
)
باختنا رگنایب جیاتن .دیدرگ یزاس یمک 10
غتم ی ر کمک ی نایم زا 17 دوب ریغتم و
یاهریغتم زبس صخاش
ی گن ی
، ثأت ی ر ،داب
شخپ شبات ی
هد و صخاش راومه ی کفت تردقاب هرد ی
ک لااب (
Mrvbf
) هب مهم ناونع رت
ی ن غتم ی اهر ی کمک ی دندیدرگ صخشم .
لدم یجنسرابتعا جیاتن ( نییبت بیرض رگنایبRF
R2
) 8 / 0 ( یاطخ تاعبرم نیگنایم هشیر و زا رتمک )RMSE
3 تناس ی رتم
( یبیرا و )Bias
63 / 0 تناس ی رتم یبصع هکبش لدم رد .تسا ریداقم
R2
، RMSE
و ربارب بیترت هبBias
43 / 0 ، 05 / 0 تناس ی
رتم و 004 / 0 تناس ی رتم ،دیدرگ لصاح نچمه
ی ن رض ی ب یگتسبمه قفاوت
( )CCC
ارب ی لدم ردRF
اقم ی هس اب هبANN
م ی ناز 50 دصرد ازفا ی ش ناشن م ی دهد شور طسوت هدش دروآرب تیعطق مدع ،
bootstrapping
اب هسیاقم رد
k-fold
رد هب
تماخض اب قطانم 10
ات 15 نازیم هب یتناس 7
یدایز شخب رد و تسا رتشیب رتم یتناس یاراد و نییاپ نازیم هقطنم زا
یناسکی یناکم یوگلا م
ی دنشاب یطیحم یاهریغتم هارمه هب یفداصت لگنج لدم . باختنا
هدش مدع و عطق ی ت اه هدش یمک ی
هشقن اه یجورخ ی م
ی اوت ن دن یارب لدم زاس یحطس کاخ تماخض ی هدافتسا یتآ تاعلاطم رد شهوژپ نیا اب هباشم یحاون رد
.ددرگ ژاو ه یاه :یديلک یبصع هکبش ،یفداصت لگنج مدع یزاس یمک ،یحطس کاخ تماخض ،یطیحم یاهریغتم ،یعونصم
تیعطق
همدقم یاهدنیآرف میظنت رد یدیلک شقن کاخ قمع یتخانش بآ
لدم ،یحطسریز و یحطس زاس
ی ،لوصحم دشر یهد هشیر قمع
،ناهایگ م افیا کاخ تملاس صخاش و یضارا بسانت
ی
امن ی د (
Leenars et al. 2018; Chen et al, 2021; Zhao & Wu;
)2021
تیصوصخ نیا . هب
ناونع زا یکی 12 یدیلک یگژیو هژورپ
هشقن هیهت یناهج اه
ی کاخ یناکم کیکفت تردق رد 90
رتم ،
فده راذگ ی ( تسا هدش
Arrouays et al, 2014; Hengle et al.,
.)2017
شور اه زاین لیلد هب کاخ ییاسانش موسرم ی هنومن هب
-
و سانشراک شناد هب یگتسباو ،مکارتم یرادرب هب
ناسرزور د ی
،راوش
هشقن دنیآرف کاخ یرادرب
ر اه و دودحم ا زه
ی هن رادرب م ی امن ی د
:لوئسم هدنسیون* [email protected]
(
Rahmani et al., 2020; Zhu et al., 2001
.) هب روظنم فرطرب
تیدودحم نیا ندومن
،اه نارگشهوژپ زا هدافتسا رب
لدم یاه
یمک - تهج یبرجت یسررب
کاخ قمع یناکم تارییغت زکرمت
هدومن دنا .
،نارگشهوژپ یخرب زا
شور اه دنچ یطخ نویسرگر ی
غتم ی هر ( )MLR
(
Moor et al.,1993; Gessler et al., 1995;
Mehnatkesh et al., 2013
معت یطخ نویسرگر ) ی
م ی هتفا ( ) GLM
فداصت لگنج و ی
( )RF 2009) Tesfa et al.,
،) لدم اه کاخ ی -
یزاف یامن نیمز (
Wang et al, 2018
) لدم یارب زاس
ی قمع
کاخ یانبم رب اب نآ طابترا
لماع یاه مز ی ن امن ارا ششوپ و ض
ی
هدافتسا هدومن
دنا . نیققحم زا یخرب ،ناریا رد هلمجزا
(
Sepahvand et al., 2017
) مهم رت ی ن یاهرتماراپ لرتنک
هدننک
اب عافترا یموقر لدم تاقتشم ار کاخ لک قمع یناکم تارییغت شور زا هدافتسا رگید یقیقحت رد .دندومن ناونعMLR
لدم جیاتن
رگنایبRF
و هدوب بسانم نییبت بیرض صخاش
اه ی حطس ،NDVI
یضارا یربراک و بیش نایدارگ ،بیش تهج ،زیخبآ هضوح هژیو هب ناونع مهم رت ی ن کاخ قمع هدننک دروآرب یکمک یاهریغتم
شرازگ ( دندومن
Zahedi et al., 2017
.)
رد ،بیش دصرد یاهرتماراپ زا ،ناریا زا جراخ تاعلاطم
ش ،یضرع و یلوط یانحنا یارب یفارگوپوت یسیخ صخا
لدم زاس کاخ قمع ی هدافتسا
هدش نییبت بیرض رگنایب جیاتن و
64 / 0 ات 77 / 0 لدم یارب وANN
63 / 0 ات 66 / 0 لدم یارب
MLR
دوب (
Han et al, 2018
.) هعلاطم ا بونج کچوک هضوح رد رگید ی
یارب نیچ برغ لدم
زاس جیاتن کاخ قمع لاعف هیلا تماخض ی
یاطخ و رتلااب تقد رگنایب پ
ی ش بی ن فداصت لگنج لدم رتمک ی ی
ریاس هب تبسن لدم
اه دوب (
Li et al., 2017
) لدم یرترب نینچمه .
اب هسیاقم ردRF
لدم اه ی رگید هب روظنم پ ی ش بی ن تماخض ی ک
ل
نیققحم طسوت دنهروشک رد یکیلوردیه تایصوصخ و کاخ شرازگ دیدرگ (
et al., 2021 Dharumarajan
.(
زرا ی با ی لدم اه ی پ ی ش بی ن هدافتسا اب ی هداد زا
اه ی لقتسم
تقد اب ریسفت دنمزاین و
دروآرب عطق مدع ی ت اتن رد ی ج بتعا جنسرا ی
م ی دشاب (
Vanwinckelen and Blockeel, 2012
دنیارف رد .)
لدم زاس یموقر ی هشقن
اه ،لدم یجورخ تیعطق مدع ،کاخ ی
و لدم رتماراپ ،لدم راتخاس لماش یلصا عبنم هس زا یدنیآرب .تسا لدم یدورو یمومع درکیور
ای ن تسا مهس هک مادکره زا
ییاهن تیعطق مدع رد عبانم هب
روط هب هک ددرگ نییعت هناگادج
لیلد نامز رب هنیزه و ندوب هب
تخس ماجنا ی م ی ددرگ
McBratney .(
) 2018 et al.,
زا شور اه یفلتخم ی گنیجیرک سنایراو دننام
(
Vaysse and Lagacherie, 2017
ای) بش ی ه زاس ( ی
Heuvlink et
et al., 2015 al., 2016; Szatmari
تیعطق مدع دروآرب یارب )
شور اه ی مز ی ن رامآ ی نونکات هدافتسا هدش ،تسا اب ا ی ن دوجو
تیعطق مدع دروآرب لدم
اه نیشام یریگدای ی هب
ناونع زا یکی
فده اه یلصا ی هشقن رادرب رتمک یموقر ی هتخادرپ
هدش تاعلاطم و
(تسا زاین هنیمز نیا رد رتشیب
Szatmari and Pasztor, 2019
.)
یشهوژپ رد طسوت
) (Wang et al., 2021
راهچ شور هنومن گ ی ر ی
( ددجم 5 و ربارب 10 هار و )ربارب زادنا
ی توب و پرتسا توب(
پرتسا
optimism
و دش هتفرگ راک هب ) اتن
ی ج رتلااب تقد رگنایب
شور ریاس هب تبسن پرتسا توب شور رد اه
پ ی ش بی ن یغتم ی ر
فده تیعطق مدع یزاس یمک یارب .دوب هشقن
اه کاخ تماخض ی
ینارگشهوژپ هلمجزا
(
Chen et al., 2021
) کاخ تماخض
کشت ی ل هدش یسل تابوسر زا لگنج زا
اه ی سرگر ی نو کدنچ
( )QRF
هب هئارا ییاناوت لیلد پ لصاوف
ی ش بی ن ی 90 (% )PIs
ارب ی
لدم زاس ی .دندومن هدافتسا هشقن تیعطق مدع دروآرب و یناکم م
ی گنا ی ن لدم درکلمع ار
هب تبسن لدم
اه ی حان ی ه ا یلم و ی
سرربدروم ی لباق جوت ه دندومن شرازگ تیعطق مدع و
هنومن اه ی
نتفرگ رارق لیلد هب ار یجنسرابتعا 70
دصرد نآ اه هلصاف رد
پ ی ش بی ن ی 90
% .دندومن ناونع یقطنم
هتشذگ تاعلاطم لدم
زاس ،کاخ قمع یناکم ی
هب لومعمروط یاراد یضارا رد
تسپ ی دنلبو ( دیدش ی هپت
اه و
و )ناتسهوک تحاسم
اه رتشیب و هدیدرگ ارجا کچوک ی نآ
اه رب
یور لدم زاس قیقحت کاخ لک قمع ی هدومن
دنا ، ااب ی ن دوجو
یحطس کاخ تماخض هب
ناونع سآ ی ب ذپ ی رتر ی ن دنمزاین نآ شخب
هدرشف تیلاعف لیلد هب یفرط زا ،تسا یزاسدنتسم و یسررب کیفروموئژ حوطس ندوب اراد و یتاعلاطم هقطنم رد یزرواشک تحاسم اب عونتم لباق
هجوت کاخ تماخض زا یلبق هشقن دوبن و
رضاح شهوژپ ،یحطس فدهاب
لدم زاس و ی هشقن رادرب یموقر ی
یحطس کاخ تماخض ( یاه قفا
وA
لدم ود زا هدافتسا اب )Ap
یعونصم یبصع هکبش و یفداصت لگنج نیشام یریگدای ب
ه ناونع
نیرتدربراکرپ لدم
اه تاقیقحت رثکا رد ماجنا
هدش رد ای نار (
(Zeraatpisheh et al., 2020
.دیدرگ ارجا
یسررب شور
هقطنم هعلاطمدروم نیوزق تشد یضارا رد رضاح شهوژپ هدودحم رد عقاو
06″ / 35
15′ 50°
″ ات 53 /
′25
°29 50 و یقرش لوط 38″
/
′30
°54 35
″ ات 83 /
′38
°54 36 تحاسم اب یلامش ضرع رقت
ی ب ی 60000
هداد زا عومجم رد .دیدرگ ارجا راتکه یاه
278 فورپ ی ل یتادهاشم
( لاس جنپ یط رد هک 1395
- 1399 هقبط شور ساسا رب ) یدنب
یفداصت هلصاف طسوتم اب 1200
نازیم ساسارب هک رتم تحاسم
ربراک ی اه ،دندوب هدیدرگ نییعت سانشراک رظن و یضارا دوجوم ی رد یبآ یزرواشک ،یضارا یربراک تیعضو رظن زا .دیدرگ هدافتسا رد روش ریغ و روش عتارم و هقطنم لامش رد مید ،تشد زکرم عافترا طسوتم .دنراد رارق هقطنم لامش و بونج هقطنم
1440
هنایلاس یگدنراب یاراد و هدوب دازآ یایرد حطس زا رتم 285
-یلیم
رتم طسوتم و هنلااس یامد
35 / 14 یتناس هجرد میژر .تسا دارگ
ر بوط هداد ساسا رب کاخ یت یسانشاوه یاه
تدمدنلب ( 49 هلاس -
نیوزق یسانشاوه هاگتسیا 1398
- 1349 رد لاهوین لدم و )
مرن رازفا هخسنjNSM
1 / 6
1
/(Van Wambeke, 2000)
ترت هب ی ب
رز کاخ یترارح میژر و کییوکآ ،فیعض کیدیرا ،کشخ کی اه
یم کیمرت تشد کیفروموئژ حوطس .دشاب
هنماد ا نآ زا دعب و ی
ناتسهوک و هپت ،تشد مهم
رت ی ن نیمز یاهدحاو یامن
لباق کفت ی ک
یضارا رد هعلاطمدروم
یم دنشاب
(
Zinck et al, 2016; Mousavi
et al, 2017
.) رمآ هناماس ساسارب ی
اک یی هدر دنب ی کاخ اه
( Soil
Survey Staff, 2014
کاخ )
اه ی هدر هس رد هقطنم ی
را(
یدی ا ،زلوس
ی تپسن ی زلوس تنا و ی )زلوس .دنراد رارق
لکش 1 - )فلا - عقوم ي ت ناتسا هب تبسن یاه
وزق ، زربلا ي ن )ب - هنومن طاقن رادرب ی ربراک اب هعلاطم دروم هقطنم رد ی
اه ی ضارا فلتخم )پ ی
- هشقن اهدحاو ی
مز ي ن امن ت ) - ژر هشقن ي م اه ی تبوطر ی .
امن دنور شهوژپ ی
هب لکروط :لحارم رد شهوژپ ماجنا دنور ی 1
) - هزادنا گ ی ر تماخض ی
لحم رد یحطس کاخ 278
کاخ لیفورپ هدشرفح
2 ) - هیهت
هراوهام ریواصت زا هدافتسا اب یکمک یطیحم یاهریغتم تسدنل
8 ،
هارمه هب یضارا یربراک یموقر هشقن ، عافترا یموقر لدم مز
ی ن
سانش ی 3 ) - باختنا مهم رت ی ن غتم ی اهر یطیحم ی ساسا رب
رظن
متیروگلا و سانشراک تراظن
هدش
Boruta
)4 - لدم زاس هطبار ی
نیب هداد اه بختنم یطیحم یاهریغتم و یحطس کاخ تماخض ی
زا هدافتسا اب لدم
اه ی
،ANN
وRF
هب ی هن زاس یاهرتماراپ ی لدم
اه
لباقتم یجنسرابتعا شور یانبم رب 10
رد ماگ 10 رارکت اب
زا هدافتسا 80
دصرد اه هداد 5 ) - یجنسرابتعا لدم
اه هدافتسا اب
زا 20 هدنامیقاب دصرد هداد
اه یانبم رب صخاش
اه ی رامآ ی
(
,CCC,Bias RMSE
2,
)
R6
) - یموقر هشقن کاخ تماخض
حطس ی ینیب شیپ هشقن تیعطق مدع یزاس یمک و لکش(
2 .)
1 . Normalized difference vegetation index
2. Clay normalized index
3 . Tasseled Cap Transformation
یناديم تاعلاطم ،ینادیم تاعلاطم اب نامزمه قیقحت نیا فادها ساسا رب تماخض
لحم رد یحطس کاخ زا کی ره
فورپ ی ل اه ی یتاعلاطم دروم
یسررب ییارحص حیرشت ساسا رب 278
لیفورپ هزادنا گ ی ر اب ی
یزلف رتم زا هدافتسا .دیدرگ
اهنآ باختنا و یکمک یاهريغتم لدم یارب زاس
ی دادعت زا 17 غتم ی ر لماش فلتخم عبانم زا یطیحم
صخاش اه ی هداد زا لصاح یفیط اه
ی شجنس هراوهام رودزا
تسدنل 8 (
OLI/TIRS
) کیکفت تردقاب 30
رتم هزاب اب قبطنم
هرود(ینادیم تاعلاطم 5
هلاس 2016 - 2020 صخاش لماش )
هدش لامرن یلضافت یهایگ سر هدش لامرن صخاش ،1
صخاش ،2
پکدلست لیدبت زا لصاح یگنیزبس نامزاس تیاس زا هتفرگرب ،3
اکیرمآ یسانش نیمز
(
U.S Geology Survey 2014
)
رازفا مرن رد
ERDAS IMAGINE 2014
مزلا تاحلاصا ماجنا سپ
.دندیدرگ هیهت )یرتمویدار(
تاقتشم هیوناث و هیلوا تاقتشم
تسپ ی و دنلب ی اپ رب ی ه شور اه ی نتبم ی تسپ هیزجت رب ی
و دنلب ی
(
Wilson et al., 2018
) زا عافترا یموقر لدم سولآ هراوهام
راسلاپ کیکفت تردقاب1
5 / 12 رتم طیحم رد مرن
رازفا
SAGA GIS
هخسن 1 / 9 / 7
(Olaya and Conrad, 2015)
،
مز ی ن سانش اب ی
سایقم 1:100000 هارمه هب
یضارا یربراک هشقن هت
ی ه هدش زا
تسدنل هراوهام ریواصت 8
دش هدافتسا لودج(
1 لماع ود ،)
ساسا رب هنایلاس ترارح هجرد نیگنایم و هنایلاس یگدنراب نیگنایم هداد
زا جرختسم یاه 24
هقطنم رد دوجوم یسانشاوه هاگتسیا
یرامآ هرود کی یط 49
( هلاس 1349 - 1398 ) (
Iran
Meteorological organization, 2018
شور زا هدافتسا اب )
نیزیب گنیگیرک هنهپ یبرجت 2
یمامت نینچمه .دندیدرگ یدنب
لا ی ه اه طیحم رد یطیحم ی مرن
رازفا
ArcGIS
زا هدافتسا اب
لمعلاروتسد یگیاسمه نیرتکیدزن
یناکم کیکفت تردق هب 3
30
رتم هنومنزاب گ ی ر .دندیدرگ ی
لکش 2 - شهوژپ یارجا یامندنور
1 .Alos Palsar
2 . Empirical Bayesian kriging 3 . Nearest Neighbour
یطيحم ريغتم باختنا یارب لدم نامز ندش ینلاوط زا یریگولج زاس
ی شزارب شیب و
شهوژپ نیا رد زا
متیروگلا
"
Boruta
"
یاهریغتم باختنا یارب
هنیهب یطیحم ،
دش هدافتسا (
Kursa and Rudnicki, 2010
. )
نیا
شور ءزج شور هدش تراظن یاه
- یاهریغتم باختنا راکدوخ همین
یم یکمک .دشاب
لدم ساسا رب شور نیا یارجا یانبم یمRF
-
کی ساسا رب یطیحم یکمک یاهریغتم نیرتمهم نآ رد هک دشاب دروم فده ریغتم روضح رد ریذپ رارکت یتشگرب و تفر متسیس یم رارق یسررب رب ریغتم باختنا دنیآرف یجورخ تیاهن رد .دنریگ
لماع رادقم ساسا یم نییعت یلک سلاک راهچ رد هکZ
.ددرگ رد
لماع رادقم یکمک ریغتم کی یارب هک یتروص رتمک بیترت هبZ
زا 5 طساودح ، 5
ات 10 ، 10 ات 15 زا شیب و 15
،طبترمریغ ،دشاب
یم بوسحم طبترم لاماک و طبترم اتبسن ،طبترم یمک دوش
(
Keskin et al., 2019
.)
هتسب ساسا رب ریغتم باختنا دنیآرف
یصصخت
"
Boruta
"
رازفا مرن رد روصR
.تفریذپ ت یناکم یزاسلدم
لدم دنیآرف یمامت زاس
ی مرن رد یرامآ رازفا
، R
هتسب زا هدافتسا اب -
صصخت یاه
" ی
caret
"
و عبات
"
random forest
"
تخرد دادعت اب
هب ی هن 1500 و ب رباربmtry
ا 2 لقادح اب (RMSE
لکش 3 ب )
دیدرگ ماجنا (
Horst-Heinen et al., 2021
.) لدم دنیآرف رد زاس
ی
زا 80 هداد دصرد ( اه
222 )هنومن و یجنساو یارب نینچمه
هب ی هن زاس ی لدم یاهرتماراپ و RF
شور زا هدافتسا اب ANN
لباقتم یجنسرابتعا 10
اب ماگ 10 رارکت هتسبرد
"
caret
"
زا و 20
هداد هدنامیقاب دصرد ( اه
56 ییاهن هشقن یجنسرابتعا یارب )هنومن
پ ی ش بی ن ی هدش کاخ یحطس قمع اه
عبات زا .دش هدافتسا
"
"nnet
هتسب
"
caret
"
دادعت نورون اه لقادح اب یفخم هیلا ی یاربRMSE
دادعت 5 ینزو یشاپاو بیرض رد نورون 001
/ 0 هنیهب درگ ی د لکش(
3 .)فلا ماگنه ی هک ی ک بصع هکبش ی
( زا هدافتسا اب )nnet Caret
لودج 1 - یطيحم یاهريغتم هدافتسادروم
یارب لدم زاس یناکم ی یحطس کاخ تماخض
دامن و ریغتم مان صخاش /یطیحم یکمک ریغتم یزاسکاخ لماع
لدم رد scorpan
یفارگوپوت ( )r
Wind effect (WE) داب رثا صخاش
Multi-Resolution Index of Valley Bottom Flatness (Mrvbf) لااب یناکم حوضو اب هرد یراومه صخاش
Diffuse insulation (Diffuse) هدیشخپ شبات تدش
Standard Height درادناتسا تاعافترا
Mid-slope position بیشینایم تیعقوم
Valley_depth هرد قمع
SAGA wetness index اگاس یسیخ صخاش
Topographic wetness index (wetness) یفارگوپوت یسیخ صخاش
Catchment (CAT) زیخبآ یاههزوح
Mean annual temperature (MAT) هنلااس یامد نیگنایم میلقا
( )c
Mean annual precipitation (MAP) هنلااس یگدنراب نیگنایم
هدنز تادوجوم ( )o /
NDVI NIR RED NIR RED هدش لامرن یهایگ ششوپ یلضافت صخاش
0.2848 2 0.2435 3 0.5436 4 0.7243 5 0.0840 6 0.1800 7
Greenness B B B B
B B یگنیزبس صخاش
Brightness=0.3029Blue +0.2786Green+0.4733Red+0.5599NIR+0.508SWIR1+0.
1872SWIR2 ییانشور صخاش
Land use1 یضارا یربراک
Clay_index=B6-B7/ B6+B7 سر صخاش یردام داوم
( )p
Geology یسانشنیمز هشقن
Bands numbers, B2: Blue, B3: Green, B4: RED, B5: NIR, B6: SWIR1, B7: SWIR2. S:
ًامومع رادقم ربارب 5
/ 0 سپ کاخ رثا ليدعت یارب هنيمز
شزومآ دوش یم هداد
، اب ی د رتماراپ ود هزادنا
و 1
شاپاو بیرض ی
2ینزو ددرگ هنیهب دادعت هزادنا .
نورون یاه لا ی ه و تسا ناهنپ
،ینزو یشاپاو بیرض ظنت رتماراپ
ی م ارب ی گولج ی ر ی زا شیب شزارب
هک یتروص هب هدوب هب ره رد
ناسرزور ی
، نزو رد اه ی ک رض ی ب مک رت
زا 1 م برض ی دنوش ا . ی ن لمع گرزب زا ب ندش رت ی ش نزو دح زا اه
گولج ی ر ی م ی دنک دیامن یم رییغت یمتیراگل تروص هب لاومعم هک
قیقحت نیا رد 1
/ 0 ، 01 / 0 و 001 / 0 هتسب طسوت
Caret
روط هب
تلاح رد باوج نیرت هنیهب و تست راکدوخ 5
بیرض و نورون
0.001 .تسا یفداصت لگنج لدم
ی گدا ی هدنر فداصت لگنج ی
( )RF
تسا کیرتمراپریغ یاهدرکیور زا
هک ا هعومجم زا ی
لدم زا اه ی نتبم ی م هدافتسا تخرد رب ی
دنک هک
دنب هقبط تخرد لدم زا ی
سرگر و ی نو ( هدش قتشم )CART
زا هدافتسا اب درفنم ناتخرد .تسا ی
ک هداد زا پرتسا توب هنومن
اه ی شزومآ ی م هداد شزومآ ی
روط هب دنوش ی
ک ه ز راب ره ی ر
هعومجم ا ی هداد زا اه ی لصا ی ک رد(
ی هس ارب ) ی م هدافتسا شزومآ ی
دوش . قاب ی هدنام ارب ی جنسرابتعا ی
لخاد عطاقتم ی
ک زا جراخ(
ی هس )
م هدافتسا ی
دوش لدم نیا غ طباور
ی ر طخ نیب هدیچیپ و ی
لماع و کاخ تایصوصخ یطیحم یاه
م تبث ی دنک و ارب ی ظنت ی م
اهرتماراپ هب ی
مک ی ن ی زا پ و دراد ی هدا زاس ی فش( تسا ناسآ نآ ی
ع
،مدقم هداز 2021
.) ظنت رتماراپ ی
م ی نارحب ی رد ناونع هبRF mtry
م هتخانش ی
غتم دادعت هک دوش ی
اهر ی کمک ی فداصت روط هب ی
ارب ار هدش باختنا ی
سقت ی م عت هرگ ره رد یی
ن م ی .دنک لدم رد
زا لدم نیا ینویسرگر یزاس م
ی گنا ی ن خساپ ی گدا ی هدنر اپ ی ه هک
م ارجا اهراب ی
دوش یم هئارا دیامن (
Breiman 2001
).
یجنس رابتعا یبایزرا ئاراک لدم ی ساسا ربRF
صخاش اه نییبت بیرض یرامآ ی
(
R2
) اطخ تاعبرم نیگنایم هشیر و
( )RMSE
،
هرامآ را ی ب
(
ی )Biasو رض ی ب طت با ق گتسبمه ی
(CCC(
تروص ذپ ی تفر ( بیترت هب
طباور 1 ات 4 .)
هطبار(
1 )
2 1
1 / ( )
n
i i
i
RMSE n Y P
هطبار(
2 )
2
2 1
2 1
( )
1
( )
n
i i
i n i i
Y P R
Y Y
1 Size
2 Weight Decay
هطبار(
3 )
Bias =1
n∑ni=1(𝑌i− 𝑃i)
هطبار(
4 )
2 2 2
2
( )
Y i Pi
Y i Pi
CCC r
Y P
قوف تلاداعم رد هزادنا ریداقم :Yi
هدش یریگ
،
ریداقم :Pi
شیپ ینیب یحطس کاخ تماخض هدش نیگنایم Y
هزادنا ریداقم
هدش یریگ
،
ریداقم نیگنایم P
پ ی ش بی ن ی
و
هدش:
nدادعت
تسا تادهاشم
.
یمک تيعطق مدع یزاس لدم یجورخ تیعطق مدع یزاس یمک یارب یعونتم یاهدرکیور
لکش 3 - هب یاهرتماراپ ريداقم رادومن ي
هن هدش لدم )فلا یاه - یبصع هکبش ب
) - یفداصت لگنج
ا فل
شور نیا زا یکی ،دراد دوجو هک تسا یبرجت درکیور ،اه
قاب ی هدنام اه نیب ی جورخ
ی اه ی لدم زاس هداد و هدش ی یاه
یمک یارب ار یتادهاشم هلصاف یزاس
پ ی ش بی ن
1ی
( )
PIدروم
رارق هدافتسا م
ی دهد نچ .
ی ن ور ی درک ی طسوت
Solomatine,
2006) (Shrestha and
پ ی داهنش دش و ب ی نا دندومن هک هلصاف
پ ی ش بی ن ی هب عطق مدع عبانم مامت تحارص ی
ت م رظن رد ار ی
گ ی در .
و ی گژ ی اه ی ی ک هلصاف پ ی ش بی ن ی پ دح ود ره لماش ی
ش بی ن ی لااب
اپ و یی ن لکش( تسا 4
).
رد یDSM
ک ارب لوادتم هار ی
شیامن
حضاو عطق مدع ی ت ی ک پ ی ش بی ن ی یناکم
، سرت ی م لااب دح ی ی و
اپ یی ن ی پ هلصاف ی ش بی ن ی 90 دصرد ی ( تسا )PI
. هدودحم PI
داقم ی ر ی م شرازگ ار ی
دنک م راظتنا هک ی
دور عقاو رادقم ی
نآ رد
9 زا راب 10 هبترم اپ دح .دهد خر یی
ن لااب و ی 90
% م ارPI
ی ناوت
تحار هب ی رفت اب ی ق هفاضا و 1.64 پ درادناتسا فارحنا ربارب ی
ش
بی ن ی .دومن هبساحم لسکیپ ره ینیب شیپ نیگنایم هب
لکش 4 پ هلصاف کيتامش : ي
ش ب ي ن
،ی و ي گژ ی اه ی و هصخشم شور یسانش
زا هدش سابتقا یمومع یحيرشت Solomatine (2006)
&
Shrestha
یمک یارب شور زا شهوژپ نیا رد تیعطق مدع یزاس
اه ی
Bootstrapping
و
k-fold
زا یکی تپارستوب .دیدرگ هدافتسا
شور و کیرتماراپریغ یاه هتخانش
هدش تیعطق مدع هبساحم یارب
لدم زاس تسا ی
( Tibshirani and Efron, 1993
نیا درکراک .)
هنومن کی لماش شور ینیزگیاج تیلباق اب هارمه یفداصت یرادرب
هداد زا یم دوجوم یاه زا یفداصت باختنا راب ره ساسا رب .دشاب
هداد یم شزارب لدم کی یجنساو شخب رد دوجوم یاه هک ددرگ
شیپ هب رجنم یم فده ریغتم ینیب
ددرگ ؛ ی ره رارکت اب نیاربانب ک
لدم زا رد اه تسد ناکما تیاهن رد هلحرم ره لامتحا هشقن هب یبای
لسکیپ زا کی ره یارب یم مهارف اه
رد رتشیب تاحیضوت .ددرگ
تاعلاطم
( Viscarra Rossel et al., 2015 ( و )
Liddicoat et al.
هشقن یارب )2015
یگژیو یموقر یرادرب کاخ یاه
هئارا هدش .تسا
جنس رابتعا ی
عطاقتم
k-fold
ز حرش هب ی
ر م لمع ی دنک . لک
هداد اه ی هب دوجوم زk
ی ر واسم هزادنا اب شخب ی
ت سق ی م م ی دنوش
نآ هب هک
folds هنیچ ای
نی ز م ی وگ ی دن . هنیچ کی هلحرم ره رد
هنیچ ریاس هب هجوت اب لدم و هدش هتشاذگرانک یم شزومآ اه
یب دن
هک تیاهن رد ی تخاس هب رجنم
ک لدم ی دا هدنریگ م ی دوش پس . س
ا تقد ی ن لدم ور رب ره ی هدش هتشاذگرانک یاه هداد زا هتسد
هدش یسررب اهن رد و
ی ت م ی گنا ی ن ا مامت ی ن تقد ناونع هب اه
مخت ی ن لسکیپ ره رد فده ریغتم رادقم هبساحم
م ی دوش
(
Vanwinckelen and Blockeel, 2012
زا شهوژپ نیا رد .) 10
نیا یارجا تهج .دیدرگ هدافتسا تیعطق مدع نیمخت یارب دلوف شور لدم زا اه وRF
ون دک ی س رازفا مرن رد ی نتم
زاب یرامآ
R
.تسا هدیدرگ هدافتسا جياتن ثحب و
یرامآ هصلاخ هداد یرامآ هصلاخ اه
ی یجنس رابتعا و یجنساو یحطس تماخض
کاخ اه رد وزق تشد ی ن لودج رد 1
هئارا نامه .تسا هدش هک روط
م هدهاشم ی
ددرگ هداد اه ی یجنساو یجنسرابتعا و ریداقم یاراد
لقادح
، هباشم رثکادح هدوب
مهاب یکدنا زین هداد نیگنایم و
هداد رایعم فارحنا نازیم یفرط زا .دراد فلاتخا اه
ی یجنسرابتعا
نازیم هب 1 تناس ی رتم هداد زا یحطس قمع رد اه
ی رتشیب یجنساو
نازیم هب نآ تارییغت بیرض و 7
هداد زا دصرد اه
ی رتشیب یجنساو
تسه
، ااب ی ن دوجو نازیم رظنزا هداد هتسدود بیرض
یرییغت
هقبط سلاک رد یریذپ دنب
ی ( طسوتم 15 ات 35 ساسا رب )دصرد
شور (
Wilding, 1945
م رارق ) ی گ ی دنر .
a) Zahedi et al., 2017 (
زا شیب تارییغت بیرض 60
ار دصرد فلاخرب
هعلاطم نیا جیاتن
یلااب نازیم و هدومن شرازگ کاخ لک قمع یارب غت
یی ر ذپ ی ر ر ی ا
یضارا پیت رد یفارگوپوت تدش زا یشان هپت
ا .دنتشاد نایب ی
هدهاشم نیگنایم نازیم هداد هتسدود رد هدش
اب رادقم 20
رتم یتناس ناشن
کاخ تملاس بسانم تیعضو هدنهد اه
ی نیا
اهدرادناتسا ساسا رب هقطنم دوجوم ی
تسا (Zhao and Wu,
2021) یناوارف عیزوت . هداد
اه یجنسرابتعا و یجنساو هلحرم ی
ناشن هدنهد هنیهب باختنا هتسد
اه زا هناگادج هداد ی مادکره
زا
تماخض اه ی شهوژپ نیا رد یحطس کاخ م
ی دشاب لکش(
5 .)
1 Prediction Interval (PI)
لودج 1 - هداد یرامآ هصلاخ یجنسرابتعا و یجنساو یاه
یحطس کاخ تماخض جنسرابتعا ی
( 20 دصرد )
جنساو ی
( 80 دصرد
) رتماراپ
10 10
رتم یتناس
هنیمک 36
/
23 24/72 نیگنایم
35 35 هنیشیب
38 /
6 5/07 رایعم فارحنا
3 /
27 20/5 )دصرد( تارییغتبیرض
لکش 5 - یحطس کاخ تماخض یجنسرابتعا و یجنساو یاه هداد یناوارف عيزوت
درکلمع یبايزرا لدم
اه ی وRF ANN
یلخاد یجنسرابتعا جیاتن یجراخ و1
هئارا2
هدش لودج رد 2
یارب ،
لدم یارب لدم نیا نییاپ یاطخ نازیم و لااب تقد رگنایب RF
پ ی ش بی ن یحطس کاخ تماخض ی تسا
یاطخ نازیم . پ
ی ش بی ن ی
زا رتمک نازیم هب شخب ود ره رد 3
تناس ی رتم زین نییبت بیرض و
جوت ی ه هدننک زا شیب 80 د تارییغت دصر هداد
اه تماخض یعقاو ی
یحطس کاخ تسا
هک ساسا رب هقبط
دنب طسوت هدش هئارا ی
Visscara Rossel and MacBratney, 2008)
سلاک رد )
پ ی ش بی ن رارق یلاع تقد ی م
ی گ ی دنر هداد شنکارپ رادومن . یاه
پ ی ش بی ن ی هدش هداد لباقم رد لکش ساسا رب یعقاو یاه
5 فلا
لدم یارب رد RF
هنماد ود کاخ تماخض نییاپ و لااب ریداقم
لدم هب تبسن یحطس طخ هبANN
1:1 دزن ی ک رت یاطخ هنماد و
تسا رادروخرب یرتمک
.
یرامآ صخاش ساسا رب لدم تحص نازیم نازیم هبCCC
یلااب 84 / 0 تسد هب نییبت بیرض نازیم .دمآ هب
تسد هدمآ ارب ی
لدم هب ANN
م ی ناز 50 لدم زا دصرد اپ RF
یی ن رت یاطخ و
1 Internal validation
لدم زاس .دیدرگ لصاح رتمک ی نیققحم یخرب
بیرض بیترت هب
ببت ی ن 75 / 0 و 62 / 0 هلحرم رد رتشیب هداد دادعت زا هدافتسا اب
لدم یارب یجنسرابتعا دندومن شرازگ RF
Zahedi et al.,
.
(Li et al., 2017)
a; شهوژپ اب هسیاقم رد هک2017
( رضاح اب دادعت
55 ب )یجنسرابتعا هداد تحاسم ا
کچوک ت هداد لک دادعت و ر
یارب رتشیب لدم
زاس تقد یاراد کاخ تماخض ی اپ
یی ن رت ی م ی
دنشاب نینچمه .
, 2013; Sepahvand et al., 2017)
. (Mehnatkesh et al
نییبت بیرض نازیم بیترت هب 65
/ 0 و 76 / 0
ار طیارش و رضاح شهوژپ هب تبسن رتمک تحاسم و هداد دادعت اب
لدم یارب رضاح شهوژپ اب توافتم یفارگوپوت هریغتم MLR
یفرط زا .دندومن شرازگ (
Zahedi et al., 2017b
شهوژپ فلاخرب )
لدم ،رضاح و قیمع کاخ یاراد یزرواشک یربراک یارب ANN
لدم یارب RF
پ ی ش بی ن یحاون ی مک
قمع اب تسپ ی دنلبو دیدش ی
هب ناونع لدم اه جیاتن اب هباشم نینچمه .دندومن شرازگ رترب ی
هب تسد هدمآ لدم یارب
،شهوژپ نیا ردRF
(
Horst-Heinen et
al., 2021
رتشیب یتح و لااب نییبت بیرض نازیم ) 91
/ 0
2=
وR
2 External validation
رتمک یاطخ 17
/ 0
RMSE=
تناس ی رتم رد پ ی ش بی ن کاخ قمع ی
ات گنس رتسب اب یضارا رد تسپ
ی دنلبو رد لگنج یربراک اب دیدش ی طیارش
تحاسم و رتمک هداد دادعت کچوک
رت .دندومن شرازگ
لکش 7 - متيروگلا جياتن Boruta
مهم یياسانش یارب یحطس کاخ تماخض ینيب شيپ روظنم هب یطيحم یاهريغتم نيرت
CAT:
زیخبآ یاه هزوح MAT:
هنایلاس یامد نیگنایم Geology:
یسانش نیمز MAP:
هناهام شراب نیگنایم Wetness
:یفارگوپوت یسیخ صخاش Mrvbf:
خاش ص هرد یراومه
لااب کیکفت تردق اب Standard_h:
هدش درادناتسا تاعافترا Brightness:
ییانشور صخاش Greenness:
یگنیزبس صخاش Land_use1:
یضارا یربراک SAGA_wet:
صخاش
اگاس یسیخ NDVI1:
یهایگ ششوپ هدش لامرن تافلاتخا صخاش Diffuse1:
هدیشخپ شبات نازیم Midslope1:
تیعقوم یم یاه بیش ینا Valley_dep:
هرد قمع Wind1:
داب ریثات صخاش Clay_index:
سر صخاش
هبعج*
یگژیو هدنهد ناشن بیترت هب هدنهد ناشن زمرق و زبس یاه یم هدش در و دییات یاه
.دشاب
لودج 2 - یجراخ و یلخاد یجنسرابتعا پ
ي ش ب ي ن لدم زا هدافتسا اب یحطس کاخ تماخض ی RF یاه
ANN و
Bias(cm) RMSE (cm) CCC R2
یجراخ یلخاد یجراخ یلخاد یجراخ یلخاد یجراخ یلخاد لدم
هداد لک تماخض یاه 29
/ 0
- -0/44 2/59 2/50 0/80 0/81 0/80 0/84 نیگنایم
35 RF /
0 0/32 0/72 0/20 0/05 0/04 0/05 0.03 رایعم فارحنا
82 / 0
- -0/88 1/40 2/28 0/71 0/74 0/71 0/80 لقادح
32 /
0 0/02 3/42 2/79 0/85 0/86 0/85 0/88 رثکادح
فلا ب
لکش 6 - هداد شنکارپ رادومن هداد لباقم رد یحطس کاخ تماخض هدش ینيب شيپ یاه
یريگ هزادنا یاه هدش
ا )فل - لدم )بRF - لدم ANN
