数字农科院2.0

基于SMOTE辅助分区误差控制的随机森林土壤重金属含量预测模型

文献类型： 中文期刊

作者： 陈敏;董泽馨;秦莉;张晨晨;张彦儒;孙思佳

作者机构：

关键词： 土壤重金属预测;随机森林;SMOTE过采样;普通克里金;协同克里金;反距离加权

期刊名称：农业资源与环境学报

ISSN： 1005-4944

年卷期： 2024 年

页码：

收录情况： 北大核心（2023版） ; ; CSCD（2023-2024年度） ; ; 科技核心（2024版） ; ; 农林核心（2020版）

摘要： 土壤中重金属空间分布的准确预测是制定科学合理的土地利用规划以及构建有效风险管理措施的关键环节。本研究旨在探索一种结合合成少数类过采样技术（Synthetic Minority Oversampling Technique， SMOTE）和分区误差控制混合策略的随机森林（RF）模型，利用长株潭（长沙市、株洲市和湘潭市）区域8种重金属元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn）及29项环境辅助变量数据，开展区域土壤重金属空间预测精度比较研究。本研究构建的模型与全区及分区随机森林建模方法进行了比较分析，同时，也与三种经典地统计学方法——普通克里金（OK）、协同克里金（CK）和反距离加权法（IDW）进行了对比。结果表明：相较于全区建模方法，本研究模型在预测Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn 6种重金属含量方面的R2指标分别提升了15.87%～35.39%；与分区建模方法相比，所有8种重金属的预测精度也有了显著提高，R值的增幅为3.03%～66.86%。与地统计学方法比较，本模型在Cd、Cr、Hg、Pb和Zn 5种重金属预测中表现出优越性，与普通克里金、协同克里金和反距离加权法相比，R值分别提升了2.45%～13.80%、15.09%～89.95%、1.57%～102.91%。本研究探索的混合策略模型显著提高了长株潭区域土壤中8种重金属元素的预测准确度，表明SMOTE技术和分区误差控制策略的结合应用在环境科学领域内的巨大潜力。该模型不仅在预测精度上超越了传统模型和方法，还为环境监测和管理提供了一种有效的新工具。

分类号：

  • 相关文献

[1]基于SWAP模型同化遥感数据的黑龙江南部春玉米产量监测. 王利民,姚保民,刘佳,杨玲波,杨福刚. 2019

[2]基于特征光谱参数的苹果叶片叶绿素含量估算. 冯海宽,杨福芹,杨贵军,李振海,裴浩杰,邢会敏. 2018

[3]基于随机森林算法的冬小麦叶面积指数遥感反演研究. 张春兰,杨贵军,李贺丽,汤伏全,刘畅,张丽妍. 2018

[4]基于无人机DSM的小麦倒伏识别方法. 赵立成,段玉林,史云,张保辉. 2019

[5]基于SAR遥感的北方旱地秋收作物识别研究. 东朝霞,王迪,周清波,陈仲新,刘佳. 2016

[6]基于词向量的检索扩展方法与农业领域实证. 吴蕾,梁晓贺,乌吉斯古楞,王瑞. 2019

[7]信用评级有效性研究——发行利差的解构视角. 沈中华,管超,毕盛,吕开宇. 2018

[8]基于Rapideye数据的棉花特征光谱指数构建及类型识别. 王利民,刘佳,姚保民,高建孟,季富华. 2019

[9]随机森林方法在玉米-大豆精细识别中的应用. 王利民,刘佳,杨玲波,杨福刚,富长虹. 2018

[10]基于空间聚类与随机森林的稻米富集镉影响因素筛选研究. 郭新蕾,赵玉杰,刘潇威,周其文,王夏晖,李志涛,朱智伟,张铁亮,王祖光,张璠,孙扬. 2019

[11]基于随机森林的烤烟香型分类研究. 郭东锋,胡海洲,汪季涛,姚忠达,杨辉,徐玮,刘新民. 2015

[12]基于随机森林算法的冬小麦生物量遥感估算模型对比. 岳继博,杨贵军,冯海宽. 2016

[13]基于3种空间预测方法的黄土区土壤颗粒组成空间分布研究-以宁夏海原县为例. 申哲,张认连,龙怀玉,王转,朱国龙,石乾雄,喻科凡,徐爱国. 2020

[14]基于随机森林算法的草原地上生物量遥感估算方法研究. 邢晓语,杨秀春,徐斌,金云翔,郭剑,陈昂,杨东,王平,朱立博. 2021

[15]基于图像特征和随机森林的油菜生物量估算. 李海同,陈旭,王刚,关卓怀,江涛,吴崇友. 2021

[16]天山云杉林无人机可见光影像树冠信息提取方法研究. 曹姗姗,王蕾,孙伟,金忠明. 2020

[17]有机替代对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响. 任科宇,陆东明,邹洪琴,王慧颖,许发辉,卢昌艾,段英华. 2022

[18]近10年嫩江市大豆种植结构空间演变研究. 周鑫洋,黄青,刘航. 2023

[19]基于机器学习方法的宁夏南部土壤质地空间分布研究. 申哲,张认连,龙怀玉,徐爱国. 2022

[20]冀西山前冲积扇区土壤机械组成模型制图对比研究. 马世豪,王建霄,张认连,龙怀玉,申哲,王转,徐爱国. 2023

作者其他论文 更多>>