การทำแผนที่ดินเชิงสถิติ

การทำแผนที่เชิงปฐพีมิติ  หรือ การทำแผนที่ดินเชิงสถิติ  คือการสร้างแผนที่คุณสมบัติของดินและชั้นต่าง ๆ โดยใช้ข้อมูลเป็นหลัก โดยอาศัยการใช้กระบวนการเชิงสถิติ วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อคาดการณ์ตัวแปรของดินบางตัวในตำแหน่งที่ไม่ได้สังเกต และเพื่อเข้าถึงความไม่แน่นอนของการประมาณนั้นโดยใช้การอนุมานเชิงสถิติ เช่น แนวทางที่เหมาะสมที่สุดเชิงสถิติ จากมุมมองของการประยุกต์ใช้ วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อคาดการณ์การตอบสนองของระบบนิเวศระหว่างดินและพืชต่อกลยุทธ์การจัดการดินต่าง ๆ อย่างแม่นยำ และการสร้างแผนที่คุณสมบัติของดินและประเภทของดินที่สามารถใช้สำหรับแบบจำลองสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ และประกอบการตัดสินใจ ซึ่งส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้ธรณีสถิติในสาขาปฐพีศาสตร์และวิธีการเชิงสถิติอื่น ๆ ที่ใช้ในปฐพีมิติ
แม้การทำแผนที่ดินเชิงสถิติจะขับเคลื่อนด้วยข้อมูลเป็นหลัก แต่ก็ยังสามารถขึ้นอยู่กับความรู้ของผู้เชี่ยวชาญได้เป็นส่วนใหญ่เช่นกัน อย่างไรก็ตามยังต้องใช้ความรู้ของผู้เชี่ยวชาญภายในกรอบการทำงานด้านการคำนวณทางปฐพีมิติเพื่อสร้างแบบจำลองการคาดการณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น เทคนิคการผสานรวมข้อมูล (Data assimilation) เช่น ตัวกรองคาลมานของปริภูมิ-เวลา สามารถใช้เพื่อบูรณาการความรู้ด้านปฐพีมิติกับการสังเกตภาคสนาม
ในบริบทของทฤษฎีสารสนเทศ การทำแผนที่ดินเชิงสถิติใช้เพื่ออธิบายความซับซ้อนเชิงพื้นที่ของดิน (เนื้อหาข้อมูลของตัวแปรดินเหนือพื้นที่เชิงภูมิศาสตร์) และเพื่อแสดงความซับซ้อนนี้โดยใช้แผนที่ การวัดสรุป แบบจำลองเชิงคณิตศาสตร์ และการจำลอง โดยการจำลองเป็นวิธีที่นิยมใช้ในการแสดงภาพรูปแบบของดิน เนื่องจากการจำลองแสดงถึงรูปแบบเชิงกำหนด (เนื่องจากภูมิทัศน์) จุดความร้อนเชิงภูมิศาสตร์ และความแปรผันระยะสั้น (ดูรูปภาพด้านล่าง)
ปฐพีมิติ.
ปฐพีมิติเป็นการประยุกต์ใช้กระบวนการเชิงคณิตศาสตร์และสถิติในการศึกษาการกระจายตัวและการก่อตัวของดิน
คำนี้เป็นคำควบของรากศัพท์ภาษากรีก "pedos" (ดิน) และ "metron" (การวัด) และเนื่องจากในขณะนี้ยังไม่มีการบัญญัติศัพท์เป็นภาษาไทย จึงอาจแปลคำว่า Pedometric ได้ว่า ปฐพีมิติ ซึ่งมาจากคำว่า ปฐพี (ดิน) และ มิติ (การวัด) ซึ่งการวัดในกรณีนี้จะจำกัดอยู่เพียงกระบวนการเชิงคณิตศาสตร์และสถิติเท่านั้น โดยมีความเกี่ยวข้องกับปฐพีวิทยา โดยเป็นสาขาวิชาหนึ่งของปฐพีศาสตร์ซึ่งเป็นการศึกษาดินในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ
ปฐพีมิติช่วยแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับดินเมื่อมีความไม่แน่นอน อันเนื่องมาจากความแปรผันเชิงกำหนดหรือเชิงสุ่ม ความไม่ชัดเจน และการขาดความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติและกระบวนการของดิน วิธีนี้อาศัยกระบวนการเชิงคณิตศาสตร์ สถิติ และตัวเลข รวมถึงแนวทางเชิงตัวเลขในการจำแนกเพื่อจัดการกับความแปรผันเชิงกำหนดตายตัว และแบบจำลองผสมผสานความไม่แน่นอนโดยใช้ทฤษฎีความอลวน การแจกแจงเชิงสถิติ หรือตรรกศาสตร์คลุมเครือ
ปฐพีมิติมุ่งเน้นที่การศึกษาปฐพีวิทยาจากมุมมองของสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น การวิเคราะห์เวฟเล็ต (Wavelets analysis) ทฤษฎีเซตวิภัชนัย และการทำเหมืองข้อมูลในแอปพลิเคชันการจำลองข้อมูลดิน ซึ่งความก้าวหน้ายังเชื่อมโยงกับการปรับปรุงการรับรู้จากระยะไกลและระยะใกล้ด้วย
การทำแผนที่ดินเชิงปฐพีมิติเทียบกับแบบดั้งเดิม.
ในการสำรวจดินแบบดั้งเดิม การแจกแจงเชิงพื้นที่ของคุณสมบัติของดินและเนื้อดินสามารถอนุมานได้จากแบบจำลองความคิด ซึ่งนำไปสู่การวาดโครงร่างด้วยมือ วิธีการดังกล่าวอาจถือได้ว่ามีความเป็นอัตวิสัย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะประเมินความแม่นยำของแผนที่ดังกล่าวเชิงสถิติ โดยปราศจากการเก็บตัวอย่างภาคสนามเพิ่มเติม การทำแผนที่สำรวจดินแบบดั้งเดิมก็มีข้อจำกัดในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) หลายธีม ซึ่งเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่ามักถูกนำไปใช้โดยผู้ทำแผนที่ต่างกันอย่างสม่ำเสมอ และเนื่องจากส่วนใหญ่เป็นกระบวนการที่ใช้แรงงานคน ทำให้ยากต่อการทำให้เป็นระบบอัตโนมัติ แผนที่ดินแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากการกำหนดขอบเขตของมวลดินที่สมมติขึ้นด้วยมือ จากนั้นจึงแนบคุณลักษณะของดินเข้ากับมวลดินเหล่านั้น ด้วยการทำแผนที่ดินเชิงปฐพีมิติ ผลลัพธ์ทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับการคำนวณทางสถิติที่แม่นยำและสามารถทำซ้ำได้
การทำแผนที่เชิงปฐพีมิติ อาศัยข้อมูลความแปรปรวนร่วมเชิงพื้นที่ที่ละเอียดและครอบคลุมเป็นส่วนใหญ่เป็นหลัก เช่น อนุพันธ์ของแบบจำลองระดับความสูงเชิงเลข (DEM) ภาพถ่ายดาวเทียม การใช้ประโยชน์ที่ดิน สภาพภูมิอากาศ ชั้นข้อมูลทางธรณีวิทยา และชั้นข้อมูลทางธรณีวิทยาในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ ตลอดจนภาพถ่ายต่าง ๆ พัฒนาการของการทำแผนที่ประเภทนี้เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเกิดขึ้นของเทคโนโลยีใหม่ ๆ และแหล่งข้อมูลทั่วโลกที่สามารถเข้าถึงได้สาธารณะ เช่น แบบจำลองความสูงเชิงเลขSRTM MODIS ASTER และภาพถ่ายจากดาวเทียม Landsat ตลอดจนข้อมูลรังสีแกมมาและภาพจาก LiDAR และวิธีการทำแผนที่แบบอัตโนมัติรูปแบบใหม่
การทำแผนที่เชิงปฐพีมิติเทียบกับเชิงเลข.
การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงปฐพีมิติต้องอาศัยข้อมูลเชิงธรณีสถิติอย่างแม่นยำ ในขณะที่การทำแผนที่ดินเชิงเลขจะใช้แนวคิดการทำแผนที่ดินแบบดั้งเดิมมากกว่า ซึ่งไม่ได้เน้นข้อมูลเชิงปฐพีมิติเพียงอย่างเดียว ซึ่งอาจเรียกอีกอย่างว่า "การทำแผนที่ดินเชิงพยากรณ์" ("predictive soil mapping") การทำแผนที่ดินเชิงเลขอาศัยการอนุมานคุณสมบัติของดินด้วยความช่วยเหลือของคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างแผนที่เชิงเลขของประเภทดินที่แยกจากกัน การทำแผนที่ปฐพีมิติไม่ได้สร้างแผนที่ที่แสดงขอบเขตของประเภทดินที่แยกจากกัน
วิธีการ.
วิธีการทำแผนที่ปฐพีมิติแตกต่างกันขึ้นอยู่กับขั้นตอนการประมวลผลข้อมูลการสำรวจดิน
พื้นฐานทางทฤษฎีหลักประการหนึ่งสำหรับการทำแผนที่เชิงปฐพีมิติคือแบบจำลองสากลของความแปรปรวนของดิน
 <math>Z(\mathbf{s}) = m(\mathbf{s}) + \varepsilon '(\mathbf{s}) + \varepsilon "</math>
...โดยที่ <math>\textstyle{m(\mathbf{s})}</math> เป็นส่วนที่กำหนดความแปรปรวนของดิน <math>\textstyle{\varepsilon '(\mathbf{s})}</math> คือส่วนที่สุ่มซึ่งมีการสหสัมพันธ์เชิงพื้นที่โดยอัตโนมัติของการแปรปรวนของดิน และ <math>\textstyle{\varepsilon "}</math> คือความแปรปรวนตกค้าง (ความคลาดเคลื่อนในการวัด ความแปรปรวนระยะสั้น ฯลฯ) ซึ่งจะขึ้นอยู่กับ <math>\textstyle{\mathbf{s}}</math> แต่ไม่ได้ถูกจำลองไว้ในแบบจำลองนี้ แบบจำลองนี้ได้รับการนำเสนอเป็นครั้งแรกโดยนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Georges Matheron และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นตัวทำนายเชิงเส้นที่มีความเอนเอียงน้อยที่สุดและดีที่สุดสำหรับข้อมูลเชิงพื้นที่ วิธีหนึ่งในการใช้แบบจำลองนี้ในการสร้างคำคาดการณ์หรือการจำลองคือการถดถอยแบบคริกิง (เรียกอีกอย่างว่า คริกิงสากล) สำหรับข้อมูลดิน องค์ประกอบเชิงกำหนดของแบบจำลองมักขึ้นอยู่กับปัจจัยการก่อตัวของดิน ได้แก่ สภาพภูมิอากาศ สิ่งมีชีวิต ภูมิประเทศ วัสดุต้นกำเนิด (ลักษณะศิลาวิทยา, Lithology) และเวลา แบบจำลองเชิงแนวคิดนี้เรียกว่าแบบจำลอง CLORPT ซึ่งนำมาใช้ในการสร้างแบบจำลองดินและภูมิทัศน์โดย Hans Jenny
กลุ่มพิเศษของเทคนิคการทำแผนที่เชิงปฐพีมิติมุ่งเน้นไปที่การลดขนาดข้อมูลเชิงพื้นที่ที่สามารถอิงตามพื้นที่หรือต่อเนื่องได้ การคาดการณ์ชั้นของดิน ยังเป็นอีกสาขาหนึ่งของการทำแผนที่เชิงปฐพีมิติ โดยใช้การวิเคราะห์ทางธรณีสถิติเฉพาะซึ่งใช้เพื่อการแทรกประเภทปัจจัยของตัวแปร
การทำแผนที่เชิงปฐพีมิติส่วนใหญ่อาศัยเทคโนโลยีสมัยใหม่ในการวัดคุณสมบัติของดิน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเทคนิคการทำแผนที่ดินเชิงเลข ได้แก่