【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土地复垦与生态修复，具体涉及一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法。
技术介绍
1、碳汇是指生态系统的碳摄入量超过其释放能力形成的一个co2汇集，即净初级生产力nep(net ecosystem productivity)，其计算公式为nep＝gpp-er，式中，gpp是指总初级生产力，即植物光合作用固定的总碳量，er是指生态系统呼吸。nep的计算公式表明，碳汇数值取决于植物碳吸收过程与呼吸过程的共同作用。碳汇潜力是指生态修复后，生态系统能够吸收和储存co2的量。
2、在我国快速发展的过程中，大量矿产资源被开采利用，并由此导致了一系列的生态环境问题，因此，在矿产资源开采后，废弃矿山的环境整治和修复工作受到了广泛的重视。采石宕口作为露天矿山开采形成的采石场，是常见的一种废弃矿山地貌，通过植树造林、草地恢复和生物降解等方式对其进行生态修复，能够增加植被和土壤的固碳能力，使修复后的采石宕口发挥直接的固碳作用，大量吸收大气中的二氧化碳增加碳汇，具备很大的挖掘潜力。所以对采石宕口的碳汇能力进行评估，给出生态修复的规划设计，具有重大意义。
3、目前，有多种技术用于评估生态系统的co2通量、碳储量或碳密度，如利用大气co2观测和大气输送数据构建的逆模型，推断co2通量的平均空间分布；使用资源清查法，根据化石燃料排放和土地利用变化源，以及海洋和大气碳汇的数据，计算森林当前的碳汇量；结合样地调查数据和landsat oli遥感影像，构建多元逐步回归模型和普通克里格残差矫正模型，评估城市森林碳储量；使用改进的
4、但是，上述的现有技术只是评估了当前时点的co2通量、碳储量或碳密度，没有直接评估生态系统未来的碳汇潜力，也不能够高效和高精度的评估采石宕口在生态修复后的碳汇潜力。因此，为客观反映采石宕口生态修复产生的效益，并为采石宕口的生态修复规划设计提供参考，本申请提出一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，包括以下步骤：
4、s1，获取采石宕口和参照生态系统的生态参数以及碳密度实测值；
5、s2，基于机器学习方法和所述参照生态系统的生态参数以及碳密度实测值，建立采石宕口碳密度预测的随机森林回归模型，并对所述随机森林回归模型进行训练；
6、s3，以采石宕口的生态参数为变量因子，通过训练合格的所述随机森林回归模型，获取采石宕口的碳密度预测值；
7、s4，计算采石宕口的碳密度预测值和碳密度实测值的差值，所述差值即为采石宕口的碳汇潜力。
8、进一步的，所述生态参数包括地形参数和土壤类型参数。
9、进一步的，所述生态参数的获取方法为：获取采石宕口和参照生态系统的遥感影像，并从所述遥感影像中提取出所述地形参数和土壤类型参数。
10、进一步的，所述遥感影像为高分辨率多光谱遥感影像；所述地形参数通过photoscan或arcgis软件处理得到，处理路径为：数据导入→初始化处理→点云加密→生成数字表面模型和正射影像图→生成高精度的数字正射影像图(dom)、数字表面模型(dsm)及数字高程模型(dem)；所述土壤类型参数以地区性条件为依据，通过目视解译得到。
11、进一步的，所述随机森林回归模型利用数据集构建和训练，所述数据集包括模型监督值和变量因子，所述模型监督值为所述参照生态系统的碳密度实测值，所述变量因子为所述参照生态系统的生态参数。
12、进一步的，所述随机森林回归模型的训练步骤为：
13、a.在原始数据集中，利用bootstrapping方法有放回的随机抽取k个新样本集，并用新样本构建k棵分类回归树；
14、b.假设n个特征，在每棵分类回归树的每个节点选择mtry特征，其中mtry特征＜n，计算每个mtry特征的平方误差，并通过平方误差值大小选择回归能力最强的mtry特征进行节点的分裂；
15、c.直接生成多棵分类回归树组成随机森林对新数据进行回归，回归结果进行加权平均得到的值为最终的值进行输出；加权平均的权重根据每棵分类回归树的袋外数据误差确定。
16、进一步的，所述新数据进行回归的回归决策方式如下：
17、
18、式中，h(x)为标识组合回归算法；hi为单个决策树回归算法；wi为第i棵树的权重；/为判别函数，如果hi(x)等于目标变量y，i的值为1，否则为0；y为目标变量；k为随机森林中树的数目。
19、进一步的，所述随机森林回归模型中设置ntree数值和mtry数值，所述ntree数值设定为500，所述mtry数值设定为2。
20、进一步的，其特征在于，所述随机森林回归模型的表达式为：
21、cd＝fr(as，sl,so)
22、式中，cd为基于随林森林回归模型估算的采石宕口碳密度预测值；fr为随机森林机器学习算法；as为地形坡向；sl为地形坡度；so为土壤类型。
23、进一步的，所述数据集还用于对所述随机森林回归模型进行预测精度评估。
24、进一步的，所述随机森林回归模型的预测精度评估方法为决定系数r2和均方根误差rmse，其中，
25、
26、
27、式中，r2为线性相关程度值；rmse为偏差程度值；为预测值；为样本均值；yi为监督值；n为样本数量。
28、进一步的，评估的方法为：
29、当线性相关程度值达到或超过预设线性值，并且偏差程度值不超过预置偏差值，判定所述随机森林回归模型合格；否则，如果线性相关程度值低于预置线性值，或者偏差程度值高于预置偏差值，则判定所述随机森林回归模型不合格；
30、若所述随机森林回归模型不合格，则基于机器学习方法，在所述参照生态系统的生态参数和碳密度实测值的基础上，重新构建所述随机森林回归模型，直到所述随机森林回归模型精准度的判断结果为模型合格；如果模型合格，则对所述随机森林回归模型进行敏感性测试，并获得测试结果，测试结果为合格或不合格。
31、本专利技术的有益效果：
32、(1)通过无人机遥感影像探测结合开源遥感数据获取，数据源获取的成本低，操作性强；(2)通过采石宕口周边参照生态系统训练的碳汇潜力评估模型，其精度高，并能保证残差在10％以内，能够满足采石宕口修复后碳汇潜力快速估算的精度要求；(3)通过预测采石宕口修复后的碳汇潜力，能够为采石宕口的生态修复效益评估和规划设计提供数据支撑。
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1.一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述生态参数包括地形参数和土壤类型参数。
3.根据权利要求2所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述生态参数的获取方法为：获取采石宕口和参照生态系统的遥感影像，并从所述遥感影像中提取出所述地形参数和土壤类型参数。
4.根据权利要求3所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述随机森林回归模型的训练步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述新数据进行回归的回归决策方式如下：
8.根据权利要求7所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述随机森林回归模型中设置Ntree数值和Mtry
9.根据权利要求5或6或7或8所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述随机森林回归模型的表达式为：
10.根据权利要求9所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述数据集还用于对所述随机森林回归模型进行预测精度评估。
11.根据权利要求10所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述随机森林回归模型的预测精度评估方法为决定系数R2和均方根误差RMSE，其中，
12.根据权利要求11所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，评估的方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述生态参数包括地形参数和土壤类型参数。
3.根据权利要求2所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述生态参数的获取方法为：获取采石宕口和参照生态系统的遥感影像，并从所述遥感影像中提取出所述地形参数和土壤类型参数。
4.根据权利要求3所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所述随机森林回归模型的训练步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种评估采石宕口生态修复后碳汇潜力的方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨永均，吴秦豫，陈浮，杨辉，胡建锋，马静，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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