Digital soil mapping using air laser scanning data
Soil mapping is a critical task for a variety of applications, including agriculture, ecology, and environmental management. Traditionally, soil mapping has been conducted using field surveys, which are time-consuming, labor-intensive, and expensive. In recent years, there has been a growing interest in the use of remote sensing data for digital soil mapping (DSM). DSM methods use data from satellites, aircraft, or drones to generate digital soil maps with high spatial resolution and low cost. Methods: This study proposes a predictive DSM methodology based on airborne laser scanning (ALS) and multispectral satellite imagery. The study was conducted in the Volozhinsky District of the Minsk Region of Belarus. ALS data were used to derive morphometric indicators of relief, while multispectral satellite imagery were used to derive vegetation indices. A Random Forest machine-learning model was used to predict soil types and hydromorphic classes. Results: The results of the study showed that the proposed methodology was able to generate accurate digital soil maps with high spatial resolution. The overall accuracy of the soil type map was 64%, and the overall accuracy of the hydromorphic class map was 60 %. Discussion: The results of this study confirm the effectiveness of the proposed predictive DSM methodology. The methodology is based on a combination of ALS and multispectral satellite imagery, which provides a comprehensive set of data for soil mapping. The use of a Random Forest machinelearning model also contributes to the accuracy of the methodology. Conclusion: The proposed methodology is a promising approach for DSM in a variety of settings. The methodology is relatively easy to implement and can be used to generate digital soil maps at a variety of spatial resolutions. The authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests
Keywords
automated interpretation,
vegetation indices,
random forest,
machine learning,
Airborne laser scanning,
lidar,
digital soil mappingAuthors
Sazonov Alexey A. | Belarusian state university | alexey.szonov@gmail.com |
Kindeev Arkady L. | Belarusian state university | Akindeev@tut.by |
Knyazev Ivan S. | Belarusian state university | ivanknyazev0509@gmail.com |
Всего: 3
References
Meng X., Bao Y., Liu H., Zhang X., Wang X. A new digital soil mapping method with temporal-spatial-spectral information derived from multi-source satellite images // Geoderma. 2022. V. 425.
Minasny B., McBratney A.B. Digital soil mapping: A brief history and some lessons // Geoderma. 2016. V. 2. P. 301-311.
Oliver M.A. An overview of geostatistics and precision agriculture // Geostatistical applications for precision agriculture. 2010. 34 p.
Knoema data hub. URL: https://public.knoema.com/ (date of accessed: 27.03.2023).
McBratney A.B., Mendona Santos M.L., Minasny B. On digital soil mapping // Geoderma. 2003. № 1-2. P. 3-52.
Heuvelink G.B.M., Webster R. Spatial statistics and soil mapping: A blossoming partnership under pressure // Spatial statistics. 2022. V. 50. P. 1-9.
Frazier A.E., Hemingway B.L. A technical review of planet smallsat data: Practical considerations for processing and using plan-etscope imagery // Remote Sensing. 2021. V. 13, № 19. 12 p.
Fathololoumi S., Vaezi A.R., Alavipanah S.K., Ghorbani A., Saurette D., Biswas A. Improved digital soil mapping with multitemporal remotely sensed satellite data fusion: A case study in Iran // Science of the Total Environment. 2020. V. 721. 14 с.
Шибут Л.И., Азаренок Т.Н. Почвенное районирование территории Беларуси: история, характеристика, использование // Почвоведение и агрохимия. 2018. № 1. С. 9-17.
Червань А.Н. Типизация структуры почвенного покрова с использованием ГИС для оценки производительного потенциала агроландшафтов (на примере Республики Беларусь) // Вестник Удмуртского университета. Серия: Биология. Науки о Земле. 2021. Т. 31, № 3. С. 280-289.
Флоринский И.В. Гипотеза Докучаева как основа цифрового прогнозного почвенного картографирования (к 125-летию публикации) // Почвоведение. 2012. № 4. С. 500-506.
Флоринский И.В., Айлерс Р.Дж., Бёртон Д.Л., Мак-Магон Ш.К., Монреал К.М., Фаренхорст А. Прогнозное почвенное картографирование на основе цифрового моделирования рельефа // Геоинформатика. 2009. № 1. С. 22-32.
Флоринский И.В. Теория и приложения математико-картографического моделирования рельефа: дис. д-ра техн. наук. Пущино, 2010. 267 с.
Флоринский И.В. Картографирование почвы на основе цифрового моделирования рельефа (по данным кинематических gpsсъемок и почвенных наземных съемок) // Исследование Земли из космоса. 2009. № 6. С. 56-65.
ООН // Всемирный день почв. Инф. сист. URL: https://www.un.org/ru/observances/world-soil-day (дата обращения: 22.10.2023).
Савин И.Ю., Жоголев А.В., Прудникова Е.Ю. Современные тренды и проблемы почвенной картографии // Почвоведение. 2019. № 5. С. 517-528.
Темботов Р.Х., Горобцова О.Н., Гедгафова Ф.В., Улигова Т.С., Хакунова Е.М. Применение дистанционной информации и ГИС-технологий для создания цифровых почвенных карт (на примере равнинно-предгорной части Кабардино-Балкарии) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. С. 128-137.
О Государственной программе «Аграрный бизнес» на 2021-2025 годы // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь. Инф. сист. uRl: https://pravo.by/document/?guid=3871&p0=C22100059 (дата обращения: 22.10.2023).
Минаев Н.В. Цифровая модель почвенно-ландшафтных связей владимирского ополья : дис. канд. боиол. наук. М., 2020. 144 с.
Минаев Н.В., Бузылев А.М., Таллер Е.Б. Разработка крупномасштабной цифровой модели автоматизированного почвенноагроэкологического картографирования на примере представительных ландшафтов Владимирского Ополья // АгроЭкоИнфо. 2018. № 3. С. 24-42.
Мониторинг достижения связанных с продовольствием и сельским хозяйством показателей ЦУР, 2023 год // Рим: ФАО. Инф. сист. URL: https://www.fao.org/documents/card/ru/c/cc7088ru (дата обращения: 22.10.2023).
Лапа В.В., Азаренок Т.Н., Шульгина С.В., Шибут Л.И., Матыченков Д.В., Матыченкова О.В., Дыдышко С.В., Цыбулько Н.Н., Устинова А.М., Цырибко В.Б. Почвы Республики Беларусь. Минск : Ивц Минфина, 2019. 632 с.
Матвеев А.В., Гурский Б.Н., Левицкая Р.И. Рельеф Беларусии. Минск : МН. Университетское, 1988. 320 с.
Клебанович Н.В., Киндеев А.Л. Сопряженность изменений урожайности зерновых и зернобобовых культур и уровня применения удобрений по районам Республики Беларусь // Вестник БГУ. Сер. 2: Химия. Биология. География. 2022. Т. 1. С. 15-27.
Классификатор произвольных деревьев с обучением (Image Analyst) // Esri. ArcGIS Pro Inf. sist. URL: https://pro.arcgis.com/ru/pro-app/latest/tool-reference/image-analyst/train-random-trees-dassifier.html (дата обращения: 05.01.2023).
Жичкин К.А., Жичкина Л.Н. Оценка современных технологий в сельском хозяйстве // Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования. 2016. С. 3830-3838.
Захаров С.А. Курс почвоведения. 2-е изд., испр. и доп. М. ; Л. : Сельколхозгиз, 1931. 550 с.
Киндеев А.Л. Перспективные направления геостатистического анализа и стохастического моделирования с учетом экономических издержек при точном земледелии // Вестник Московского университета. Сер. 17: Почвоведение. 2022. № 2. С. 59-70.
Докучаев П.М. Построение цифровой почвенной карты и картограммы углерода с использованием методов цифрового почвенного картографирования (на примере Вятско-Камской провинции дерновоподзолистых почв южной тайги) : дис. канд. боиол. наук. М., 2017. 161 с.
Докучаев В.В. Русский чернозем. Отчет Императорскому вольному экономическому обществу. СПб. : Тип. Деклерона и Евдокимова, 1883. 376 с.
Геопортал земельно-информационной система: Республики Беларусь // Геопортал ЗИС. Инф. сист. URL: https://gismap.by/next/ (дата обращения: 22.10.2023).
Азарёнок Т.Н., Матыченков Д.В. Научные основы почвенного картографирования в Республике Беларусь // Эволюция почв и развитие научных представлений в почвоведении. 2022. С. 46-50.