El mapeo pedométrico , o mapeo estadístico de suelos , es la generación basada en datos de mapas de propiedades y clases del suelo que se basa en el uso de métodos estadísticos. [1] [2] [3] El objetivo principal del mapeo pedométrico es predecir valores de alguna variable del suelo en ubicaciones no observadas y acceder a la incertidumbre de esa estimación mediante inferencia estadística, es decir, enfoques estadísticamente óptimos. Desde el punto de vista de la aplicación, el principal objetivo del mapeo de suelos es predecir con precisión la respuesta de un ecosistema suelo-planta a diversas estrategias de gestión del suelo. En otras palabras, el objetivo principal del mapeo pedométrico es generar mapas de propiedades y clases de suelos.que se puede utilizar para alimentar otros modelos ambientales o para la toma de decisiones. El mapeo pedométrico se basa en gran medida en la aplicación de la geoestadística en la ciencia del suelo y otros métodos estadísticos utilizados en pedometría .
Aunque el mapeo pedométrico se basa principalmente en datos, también puede basarse en gran medida en el uso de conocimientos expertos. El conocimiento experto, sin embargo, necesita ser enchufado en un marco computacional pedometric para que pueda ser utilizado para producir modelos de predicción más precisas. Por ejemplo, las técnicas de asimilación de datos , como el filtro de Kalman de espacio-tiempo , se pueden utilizar para integrar el conocimiento pedogenético y las observaciones de campo. [4]
En el contexto de la teoría de la información , el objetivo del mapeo pedométrico es describir la complejidad espacial de los suelos (contenido de información de las variables del suelo en un área geográfica), luego representar esta complejidad utilizando mapas, medidas de resumen, modelos matemáticos y simulaciones. [5] Las simulaciones son una forma preferida de visualizar los patrones del suelo, ya que representan tanto el patrón determinista debido al paisaje, los puntos calientes geográficos y la variabilidad de corto alcance (ver imagen a continuación). [ cita requerida ]
Pedometría
La pedometría es la aplicación de métodos matemáticos y estadísticos para el estudio de la distribución y génesis de los suelos . [6]
Pedometría es un baúl de viaje de los griegos raíces pedos (suelo) y Metron (medición). La medición en este caso se limita a métodos matemáticos y estadísticos en lo que se refiere a la pedología , la rama de la ciencia del suelo que estudia el suelo en su entorno natural.
La pedometría aborda los problemas relacionados con el suelo cuando hay incertidumbre debido a variaciones deterministas o estocásticas , vaguedad y falta de conocimiento de las propiedades y procesos del suelo. Se basa en métodos matemáticos, estadísticos y numéricos e incluye enfoques numéricos de clasificación para hacer frente a una supuesta variación determinista. Los modelos de simulación incorporan incertidumbre al adoptar la teoría del caos , la distribución estadística o la lógica difusa .
La pedometría aborda la pedología desde la perspectiva de los campos científicos emergentes, como el análisis de ondas , la teoría de conjuntos difusos y la minería de datos en aplicaciones de modelado de datos de suelos. El avance de la pedometría también está vinculado a mejoras en la detección remota y de corto alcance. [7]
Mapeo de suelos pedométrico vs tradicional
En el levantamiento de suelos tradicional, la distribución espacial de las propiedades del suelo y los cuerpos del suelo se puede inferir utilizando modelos mentales que conducen a delineaciones manuales. Dichos métodos pueden considerarse subjetivos y, por lo tanto, es difícil o imposible evaluar estadísticamente la precisión de dichos mapas sin un muestreo de campo adicional. El mapeo tradicional de levantamientos de suelos tiene algunas limitaciones para su uso en un SIG multitemático relacionadas con el hecho de que a menudo no es aplicado de manera consistente por diferentes mapeadores, es en gran parte manual y es difícil de automatizar. La mayoría de los mapas de suelos tradicionales en el mundo se basan en delineaciones manuales de cuerpos de suelo asumidos, a los que luego se adjuntan los atributos del suelo. [8] [9] En el caso del mapeo pedométrico, todos los resultados se basan en el uso de una computación estadística rigurosa y, por lo tanto, son reproducibles .
El mapeo pedométrico se basa en gran medida en el uso de capas de covariables extensas y detalladas, como derivados del Modelo de elevación digital (DEM), imágenes de teledetección, capas e imágenes climáticas, de cobertura terrestre y geológicas GIS. La evolución del mapeo pedométrico puede estar estrechamente relacionada con la aparición de nuevas tecnologías y fuentes de datos globales y disponibles públicamente, como las imágenes SRTM DEM, MODIS , ASTER y Landsat , radiometría gamma e imágenes LiDAR, y nuevos métodos de mapeo automatizados .
Cartografía de suelos basada en conocimientos o expertos | Mapeo de suelos basado en datos / tecnología (pedométrica) | |
---|---|---|
Variables objetivo: | Tipos de suelo (serie de suelos) | Propiedades analíticas del suelo |
Modelo de datos espaciales: | Discreto (cuerpos de suelo) | Continuo / híbrido (cantidades / probabilidades) |
Principales insumos: | Conocimiento experto / descripción del perfil del suelo | Datos de laboratorio / detección de suelo proximal |
Covariables importantes: | Delimitaciones de suelos (fotointerpretación) | Imágenes de teledetección, derivadas de DEM |
Modelo de predicción espacial: | Promedio por polígono | Estadísticas (geográficas) automatizadas |
Evaluación de la precisión: | Validación de unidades de mapeo de suelos (kappa) | Validación cruzada (RMSE) |
Representación de datos: | Mapas de polígono + tablas de atributos (2D) | Mapas en cuadrícula (2D / 3D) + mapa de errores de predicción o simulaciones |
Aspecto técnico principal: | Escala cartográfica | Tamaño de celda de cuadrícula |
Estrategias de muestreo de suelos: | Encuesta gratuita (el topógrafo selecciona los lugares de muestreo) | Estadístico (diseño / diseños de muestreo basados en modelos) |
Mapeo de suelos pedométrico vs digital
Los análisis pedométricos se basan estrictamente en geoestadísticas, mientras que el mapeo digital de suelos utiliza conceptos de mapeo de suelos más tradicionales que no son de naturaleza estrictamente pedométrica. También conocido como mapeo predictivo de suelos, [10] el mapeo digital de suelos se basa en la inferencia asistida por computadora de las propiedades del suelo para producir mapas digitales de tipos de suelos discretos . El mapeo pedométrico no produce mapas que delineen tipos de suelo discretos.
Métodos
Los métodos de mapeo pedométrico difieren según los pasos de procesamiento de datos de la prospección de suelos:
- Muestreo
- Cribado de datos
- Preprocesamiento de covariables del suelo
- Adecuación del modelo geoestadístico
- Predicción espacial
- Validación cruzada / evaluación de precisión
- Visualización de salidas
Una de las principales bases teóricas para el mapeo pedométrico es el modelo universal de variación del suelo: [4] [11]
dónde es la parte determinista de la variación del suelo, es la parte estocástica, espacialmente autocorrelacionada de la variación, y es la variación residual restante (errores de medición, variabilidad de corto alcance, etc.) que posiblemente también dependa de , pero no está modelado. Este modelo ha sido introducido por primera vez por el matemático francés Georges Matheron y ha demostrado ser el mejor predictor lineal imparcial para datos espaciales. Una forma de utilizar este modelo para producir predicciones o simulaciones es mediante el kriging de regresión (también conocido como kriging universal ). En el caso de los datos del suelo, el componente determinista del modelo a menudo se modela utilizando los factores que forman el suelo: clima, organismo, relieve, material parental o litología y tiempo. Este modelo conceptual se conoce como modelo CLORPT , y Hans Jenny lo ha introducido por primera vez en el modelado suelo-paisaje . [2]
Un grupo especial de técnicas de mapeo pedométrico se enfoca en reducir la escala de la información espacial que puede ser continua o basada en áreas. La predicción de clases de suelo es también otro subcampo del mapeo pedométrico donde se utilizan métodos geoestadísticos específicos con el propósito de interpolar variables de tipo factorial.
El mapeo pedométrico también se basa en gran medida en el uso de tecnologías novedosas para medir las propiedades del suelo, también conocidas como técnicas de mapeo digital del suelo . Éstas incluyen:
- Espectroscopia de suelo y detección de suelo proximal (dispositivos portátiles o impulsados por vehículos)
- Sistemas de teledetección para cartografiar y monitorear suelos (por ejemplo, SMOS )
- Tecnología LiDAR para producir modelos digitales de elevación
- Tecnologías de agricultura de precisión
Referencias
- ^ Hengl, Tomislav (2003). Mapeo pedométrico: superando las brechas entre los enfoques convencional y pedométrico . [Wageningen: sn ISBN 9789058088963.
- ^ a b Grunwald, editado por Sabine (2006). Modelado ambiental suelo-paisaje, tecnologías de información geográfica y pedometría . Boca Ratón, FL: CRC / Taylor & Francis. ISBN 9780824723897.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ Kempen, B .; Heuvelink, GBM; Brus, DJ; Stoorvogel, JJ (10 de marzo de 2010). "Mapeo pedométrico de la materia orgánica del suelo mediante un mapa de suelos con incertidumbre cuantificada". Revista europea de ciencia del suelo . 61 (3): 333–347. doi : 10.1111 / j.1365-2389.2010.01232.x .
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- ^ Hengl, T .; Nikolić, M .; MacMillan, RA (31 de marzo de 2012). "Mapeo de la eficiencia y el contenido de la información". Revista Internacional de Geoinformación y Observación Aplicada de la Tierra . 22 : 127-138. doi : 10.1016 / j.jag.2012.02.005 .
- ^ Heuvelink, Gerard (diciembre de 2003). "La definición de pedometría" (PDF) . Pedometron . Grupo de Trabajo Internacional sobre Pedometría - Comisión Provisional de Pedometría de la Unión Internacional de Ciencias del Suelo (15). Archivado desde el original (PDF) el 30 de septiembre de 2007 . Consultado el 1 de noviembre de 2006 .
- ^ Peter A., Burrough; Johan Bouma ; Scott R. Yates (1994). "El estado del arte en pedometría" (PDF) . Geoderma . Elsevier Science BV, Amsterdam. 62 (1–3): 311–326. Código bibliográfico : 1994Geode..62..311B . doi : 10.1016 / 0016-7061 (94) 90043-4 . Consultado el 1 de noviembre de 2006 .
- ^ McBratney, AB; Mendonça Santos, ML; Minasny, B (1 de noviembre de 2003). "Sobre cartografía digital de suelos". Geoderma . 117 (1–2): 3–52. Código Bibliográfico : 2003Geode.117 .... 3M . doi : 10.1016 / S0016-7061 (03) 00223-4 .
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- ^ Scull, P .; J. Franklin; OA Chadwick; D. McArthur (junio de 2003). "Mapeo predictivo de suelos - una revisión". Progreso en Geografía Física . Publicaciones Sage. 27 (2): 171-197. doi : 10.1191 / 0309133303pp366ra .
- ^ Burrough, PA (1986). Principios de los sistemas de información geográfica para la evaluación de los recursos terrestres . Prensa de Clarendon. pag. 194.
enlaces externos
- Comisión de Pedometría de la Unión Internacional de Ciencias del Suelo
- ISRIC - Centro de datos de información mundial del suelo
- Sociedad Internacional de Geomorfometría
- Herramientas de código abierto para científicos del suelo del California Soil Resource Lab
- Grupo de trabajo sobre cartografía digital de suelos