針對(duì)近海表層沉積物粒度組分空間變異的尺度差異性,提出了基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)殘余kriging的沉積物粒度組分空間預(yù)測方法,并以海州灣沉積物粒度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析了其在沉積物粒度組分空間預(yù)測和底質(zhì)類型制圖中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明,廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)殘余kriging方法能夠獲得比普通kriging方法更高的沉積物粒度組分空間預(yù)測精度,并且其底質(zhì)類型的總體空間預(yù)測精度達(dá)到85%以上,相應(yīng)的Kappa系數(shù)也在0.8以上,顯示底質(zhì)制圖的預(yù)測類型與樣本的實(shí)測類型具有較高的一致性。新方法對(duì)于開展定量化的沉積物粒度組分空間預(yù)測和底質(zhì)類型制圖具有參考價(jià)值。 

【文章來源】：海洋通報(bào). 2020,39(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

沉積物采樣站位及其底質(zhì)類型（Folk）分布圖

以研究區(qū)域30 m格網(wǎng)中心點(diǎn)的坐標(biāo)和水深數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)輸入變量，以沉積物粒度組分對(duì)數(shù)比轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸出變量，來構(gòu)建GRNN空間預(yù)測模型。模型運(yùn)行前，用插值數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練樣本對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。通常情況下，當(dāng)訓(xùn)練樣本確定后，GRNN訓(xùn)練的本質(zhì)就是對(duì)模式層高斯函數(shù)的平滑參數(shù)σ的選優(yōu)過程（張仲榮，2017;Donald et al,1991）。本文采用交叉驗(yàn)證法，以均方根誤差（RMSE）最小為目標(biāo)來確定最優(yōu)平滑參數(shù)σ。圖2是平滑因子σ相對(duì)于訓(xùn)練樣本均方根誤差的曲線圖。從圖2可以看出，當(dāng)σ分別為6 540 m和6 360 m時(shí)，變量ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）分別取得最小的RMSE值，因此利用GRNN對(duì)ln(xclay/xsand）、ln(xsilt/xsand）空間分布的全局趨勢進(jìn)行預(yù)測時(shí)，其最優(yōu)的平滑參數(shù)應(yīng)分別為6 540 m和6 360 m。基于給定的最優(yōu)平滑參數(shù)可獲得ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）的最優(yōu)GRNN預(yù)測結(jié)果分布圖（圖3a,b），該圖表現(xiàn)出明顯的由西南向東北的漸變性，與實(shí)際調(diào)查情況相符，說明GRNN模型在捕捉粒度組分轉(zhuǎn)換變量的空間分布趨勢方面是有效的。圖3 基于GRNNRK的沉積物粒度組分變量ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）的空間分布趨勢（a,b）、殘差（c,d）及其加和分布圖（e,f)

圖2 平滑因子σ相對(duì)于訓(xùn)練樣本均方根誤差的曲線圖將插值數(shù)據(jù)集各樣點(diǎn)的ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）值分別減去其各自的GRNN預(yù)測結(jié)果（即趨勢值），可得到各個(gè)樣點(diǎn)ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）的殘差值。樣品殘差值的空間變異性可用半方差函數(shù)來刻畫。圖4a,b是去趨勢后的樣品殘差半方差散點(diǎn)圖及其擬合理論模型。從圖4a,b可以看出，變量ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）殘差的半方差均可用球狀模型來擬合，模型的變程都在5 km左右，并且其塊金值與基臺(tái)值的比值分別為0.05和0.03，均小于0.25，說明粒度組分轉(zhuǎn)換變量殘差的空間變異性在5 km尺度范圍內(nèi)表現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)性和強(qiáng)烈自相關(guān)性。圖4c,d是基于插值數(shù)據(jù)集ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）的半方差函數(shù)圖，它反映了ln(xclay/xsand）和ln(xsilt/xsand）在未去除趨勢情況下的空間變異特征，其變程值為16 km，幾乎是其相應(yīng)殘差變程值的3倍，顯示其在更大的空間范圍內(nèi)存在自相關(guān)性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于對(duì)數(shù)比轉(zhuǎn)換方法的沉積物粒級(jí)組分空間預(yù)測與底質(zhì)類型制圖[J]. 劉付程,彭俊.  海洋科學(xué). 2015(06)
[2]遼東灣表層沉積物粒度分布特征及其地質(zhì)意義[J]. 徐東浩,李軍,趙京濤,胡邦琦,白鳳龍,竇衍光.  海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì). 2012(05)
[3]海州灣表層沉積物粒度的空間變異特征[J]. 劉付程,張存勇,彭俊.  海洋科學(xué). 2010(07)
[4]基于柵格疊合的沉積物底質(zhì)圖生成方法[J]. 楊康,張永戰(zhàn).  第四紀(jì)研究. 2007(05)

博士論文
[1]基于混合模型的地下水埋深時(shí)空預(yù)測方法研究[D]. 張仲榮.蘭州交通大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3522774