降雨量分布的空间插值方法研究——以美国爱达荷州为例

以美国爱达荷州为例,根据105个气象站点及其30年年平均降水量数据,采用反距离加权平均法、普通克立金法、规则样条函数法及趋势面法等方法进行插值,分析了不同插值方法中站点数量变化、像元尺度变化对降雨数据空间插值结果的影响.通过对数据和精度指标的对比分析,得出每一种插值方法在某一标度范围插值的精度及适用范围.研究表明:[1]插值精度并不与样本点数量成正比例关系;[2]像元尺度的变化对空间插值精度的影响很小;[3]不同插值方法对插值结果有很大的影响,规则样条函数具有优秀的插值精度.要得到最理想的插值结果,须对不同研究区,进行实测样本数据进行分析,反复试验比较,以选择最佳插值方法.     

基于空间散乱点插值的曲面重构

采用最近邻点法、距离反比加权法和克里格法等空间插值方法,基于IDL语言实现插值算法,对我国西部某金属矿山坑道内,利用大功率充电法测得的163个电位数据进行曲面重构,结果表明,克里格插值方法更能够真实地反映空间数据变量(场)的分布特性,具有广泛的实用价值。     

元素空间分布插值方法的对比研究:以铜陵地区土壤中的重金属元素为例

文中以铜陵地区As、Cd、Cu、Pb、Tl、Zn等6种土壤污染元素为例,选取常用且具有代表性的反距离加权法、径向基函数法、普通克里格法、多维分形法4种空间插值方法,进行土壤元素空间插值,并对其结果进行验证分析和评价。各方法均选取最优参数进行插值对比,土壤样本数共372个,其中337个用于插值计算,35个不参与插值计算而用于验证插值结果。对比研究显示,普通克里格法对刻画区域土壤元素的空间分布趋势效果最佳,但其半变异函数模型及参数的优选仍有待进一步研究;多维分形法对刻画土壤元素局部异常和污染效果最佳,但其对土壤元素分布普遍特征的反映仍需深入研究;反距离加权法和径向基函数法对土壤元素分布的空间插值精度一般,但其简单易用、插值最优参数易于选择。     

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、 气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素, 运用距离权重反比法(IDW)、 梯度距离权重反比法(GIDW)、 样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995-2009年逐日气温和降水进行了空间插值, 并以气象要素空间插值数据驱动模型, 进行布哈河流域径流模拟. 选用布哈河口月平均流量, 以Nash-Suttclife系数(E_ns)、 相关系数(R)和相对误差(R_E)为评价指标, 进行校准期(2000-2004年)和验证期(2005-2009年)的径流模拟效果比较. 结果表明: 径流模拟精度较高, GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化, 并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.     

滨海地基土层的空间插值分析

等值线图是研究地基土层发育分布规律的最主要方法,但是通过地质钻孔进行地基土空间插值的精度研究并不多见。本文以天津滨海新区全新统中组第Ⅰ海相层为例,对地基土层埋深及厚度进行了空间插值对比研究;采用验证法对普通克里格法、距离倒数权重法和薄板张力样条函数法的插值精度、插值效果进行了分析评价,重点探讨了空间尺度变化、钻孔数量变化对插值效果的影响,确定了滨海新区地基土层空间插值的最佳钻孔间距、钻孔数量。在2000 m×2000 m及原始数据尺度下,采用普通克里格法对不同工程地质分区内的地基土层埋深及厚度各等级分布面积进行了统计,分析了地基土层埋深和厚度的空间插值变化情况。研究结果表明:滨海新区地基土层埋深及厚度的空间插值总体以2000 m×2000 m空间尺度下的OK法插值效果最好,能准确地揭示出地基土层的空间发育分布规律。     

空间插值方法模拟地下水空间分布适宜性探讨——以敦煌盆地东湖保护区为例

选取敦煌盆地东湖保护区稀少地下水控制点区域为研究区,以潜水埋深数据为例,利用克里金、反距离加权法和径向基函数法等3种插值方法获取地下水潜水埋深栅格图像,并通过交叉验证和拟合分析对插值结果进行比较,分析总结3种插值方法在缺少足够控制点区域获取插值图像的适用特点及差异性,结果认为:在干旱半干旱地区艰苦环境下,利用取之不易的少量地下水控制点通过克里格插值方法模拟区域地下水位埋深结果是可靠的,同时对于空间相关性较强的类似空间变量,利用克里格插值可以较好地获取区域变量空间分布趋势。     

基于地形分区IDW的复垦排土场土壤养分空间分布

准确掌握土壤养分的空间分布，对于评价复垦排土场土壤质量，并制定相应的复垦措施具有重要意义，但是排土场的复杂地形导致一般插值方法的预测效果较差。以内蒙古锡林浩特盟胜利一号露天矿北排土场为例，采用基于地形分区的反距离权重法对土壤养分（速效氮、速效钾、有效磷和有机质）进行空间插值并与常规反距离权重法和克里金插值法进行比较。结果表明，使用分区反距离权重法插值得到的交叉验证精度均高于克里金插值法与反距离权重法，除此之外，有效磷的R2值为0.22，速效氮的R2值为0.37，速效钾以及有机质的R2值分别为0.34与0.14，同样高于克里金插值法与反距离权重法。插值结果显示，排土场速效氮含量整体由北至南逐渐减少；有效磷含量仅在中心地区稍高；速效钾在研究区东北部含量偏高；土壤有机质在中心地区含量相对偏低。研究成果为露天矿排土场土壤养分评价提供借鉴。      

合肥义城地区土壤重金属污染评价中典型插值方法的对比

空间插值对于土壤中重金属元素的空间分布及污染评价具有重要意义。对合肥义城地区土壤中的Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg等污染重金属元素,以常用且具有代表性的反距离加权法、径向基函数法、普通克里格法,进行了空间插值的对比验证分析和评价。通过对各种元素的空间插值各种误差进行综合比较的结果表明：Cu、Pb、As元素采用普通克里格法进行插值结果最优,而Zn元素采用反距离加权法最优,对于Cd、Hg元素则径向基函数插值法最优。     

土壤碳储量计算中不同插值方法对比研究——以吉林省大安市为例

土壤碳储量问题是大气温室效应和全球变化研究的热点问题。本文采用“单位土壤碳量”方法,计算了吉林省大安市表层土壤有机碳总储量和平均土壤有机碳储量,以为全球碳循环研究提供精确的基础数据。分析和比较了反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数和普通克里格等不同插值模型对表层单位土壤有机碳储量空间插值结果的影响,结果表明全局多项式插值的均差最小,径向基函数中张力样条法的平均绝对误差最小,普通克里格法的标准差最小。综合分析来看,普通克里格的有理二次方程式模型插值精度最高。      

水质评价中熵权对指标极差变化的敏感性分析

水质评价中熵权反映了各项评价指标对评价结果的影响程度.为分析熵权对指标极差变化的敏感性,采用VisualBasic编程和曲线拟合的方法,对单指标和多指标极差变化对权重的影响进行了研究.结果表明:在指标最大值、最小值不变的情况下,随着样本数的增加,各指标权重虽有变化,但变幅较小,可见小样本求得的熵权可以反映指标的重要性.当样本数确定时,仅改变单项指标的最大值或最小值,越小越优型指标的权重对最大值变化的敏感性大于对最小值变化的敏感性.多项指标同倍数增大时,2倍最大值是权重变化的特征点.     

隧道支护结构荷载作用的随机反演

提出荷载－结构模式进行随机反分析方法，从隧道支护结构变形反算对应的荷载作用，可反推围岩抗力系数和覆土荷载的分布情况，以及作用于支护结构上各部位的外荷载。提出了以实测位移为基础的样条函数插值．以插值位移补充大量的实测值，满足了反分析所需众多的已知位移数。通过一施工实例对该方法的可行性进行了检验。     

基于样条插值与曲波变换压缩感知的井下微地震监测数据重建

对于非常规油气开发水力压裂井下微地震监测,由于井中布设的检波器数量有限而导致空间采样不够,致使在进行偏移成像时产生空间假频。为消除假频现象,需要对空间欠采样的数据进行内插。目前基于曲波变换(Curvelet)稀疏约束的地震道插值方法(即压缩感知)已经逐渐被广泛应用,但是对于井下微地震监测数据,由于检波器数量过少,其在时间上的采样点数要远远大于检波器数。在这种情况下,曲波基函数在一定尺度下所能取到的方向信息是有限的,致使其基函数各向异性特征不能很好地发挥,因此插值效果不好。为解决该问题,我们提出了结合样条插值的基于曲波变换稀疏约束地震道插值方法。对于井下微地震监测数据,首先利用样条插值方法对每道数据的特定震相到达时间进行插值,在达到曲波基函数可以取到的方向后(如水平方向),此时曲波基函数可以更稀疏地表示微地震数据体,然后再进行基于曲波变换稀疏约束的道间插值,并进行方向滤波,即可以达到较好的插值效果。我们基于一个井下微地震监测合成数据进行了测试,与数据加密前的地震偏移成像结果对比,内插之后数据偏移成像中的假频得到了压制。     

基于杨赤中推估法空间插值的三维地质隐式建模

杨赤中推估法是一种对空间域复合变量通过连续的几何滤波过程来建立核函数的最小二乘推估法,建模过程简便且能基于少量已知数据点取得好的建模效果。针对地质勘查中离散、稀疏而不规则分布的地质特征点数据难以构建地质体三维模型的难点问题,提出了一种基于杨赤中推估法的三维地质空间插值与模型建立的自动化方法。该方法首先以地质特征点数据库为基础,选用负幂指数函数模型建立适合三维地质空间插值的杨赤中推估法估值数学模型;在此基础上,构建一套基于杨赤中推估法的三维地质空间插值计算和地质体隐式建模的自动化实现流程与程序;最后以实例矿化插值数据为基础,采用基于移动立方体算法的三维隐式建模方法,快速构建实例矿体三维模型。与人工交互圈定地质体边界和进行矿体推断的三维地质显式建模相比,这种方法能快速直观地分析地质特征并处理样品分析数据,方法可行且高效。     

三峡库区万州主城区第四系堆积层厚度的估算方法及应用

堆积层厚度是区域地质灾害体稳定性预测及定量评估不可或缺的基础数据,传统的空间插值方法制图效率低,精度也较差。以三峡库区万州主城区为研究对象,通过分析区内第四系堆积层厚度标志得出各标志因子,根据已知厚度区域的特点提取堆积层厚度与其标志因子之间的关系,建立了基于随机森林算法的堆积层厚度模型,最后将该模型应用于整个区域估算出堆积层厚度的空间分布。特征点的预测值与实测值的比较结果表明:模型整体的误差变异小,预测的准确度较高,预测结果具有较高的可信度。     

变异函数模型对渗透系数克里格插值的影响研究

在克里格计算或其它地质统计学研究中,变异函数模型选取的适当性直接影响渗透系数的结构分析与插值结果的合理性。分别基于高斯模型、球状模型、指数模型对同一沉积相介质的渗透系数进行结构分析,并采用普通克里格法进行插值,结果分析表明:变异函数模型对渗透系数克里格插值的影响主要体现在变程值的不同;变程值过小,搜索邻域内各数据点之间的相关性降低甚至消失,克里格法退化为简单的算术平均;随着变程值增大,参与克里格计算的实测点增多,插值结果趋近于平稳;当变程值与实际值较为吻合时,克里格插值精度达到最大。     

基于两种插值算法的三维地质建模对比

三维地质建模过程中,插值算法对模型准确性具有显著影响。为评价不同插值算法对三维建模准确性的影响,本文选取反距离权重插值法和自然邻域插值法开展对比研究。通过理论分析和案例研究,从统计学原理、插值误差和可视化效果等三方面进行了对比分析。结果表明：反距离权重插值法在建模中精度较高,适应面更广。与自然邻域插值法相比,反距离权重插值法更加适用于地层缺失严重的层位,能够更好地保留地层缺失的特征;同时,反距离权重插值法能够更好地处理断层构造,对于地层的错断起伏情况表现效果更好;反距离权重插值法在沉积地层中误差更小,与实际情况更接近。     

Kriging插值方法在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用了一种适合城市工程地质和岩土工程特点的地层数据模型-基于钻孔信息的3棱柱模型。由于钻孔之间的距离稀疏程度、方向、数据值存在差异,钻孔以外未知的地质特性需要插值和推断,传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题。借鉴地质统计学的Kriging方法给出一种距离加权插值算法,即先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的插值效果。     

一种基于距离场的三维地质空间属性插值方法

针对根据一系列属性等值线剖面/断面数据进行三维空间插值问题,笔者提出一种基于距离场的三维空间属性插值方法。首先,根据对应属性等值线轮廓生成三维等值面;然后,构建属性等值面的三维距离场;最后,对于空间内任意点属性,根据其两侧等值面的距离场数据进行线性插值求取,从而生成整个三维空间内的属性场模型。将该方法应用于某铜矿区的可控源音频大地电磁法(CSAMT)剖面数据,在已知视电阻率等值线剖面的基础上,插值得到三维空间的视电阻率场,可用于揭示地下空间物性分布和预测隐伏矿体等。     

地层特性随机场插值方法应用研究

地质勘探中钻孔的数量常是有限的,钻孔以外未知的地质特性需要进行插值或推断。实践中一般假定两钻孔之间的地质特性为线性分布,用直线连接。线性连接方法简单,但精度难以保证。因此,有必要进一步研究简便且精度高的插值方法。对常用的空间插值数学方法作一简要评价,认为Kriging法更适用于地质特性随机场的插值。并尝试将Kriging法应用于南水北调穿黄工程砂土地基标准贯入击数及液化范围的空间插值,采用合适的变差函数以反映砂层的空间相关特性,由插值结果得到地基砂层标贯击数及液化范围的沿线分布,从而可以更好地了解地层特征的变化情况。     

不同雨量次降雨空间插值对比——以四川省南充市降雨为例

为对比分析大雨、中雨、小雨条件下,不同空间插值方法模拟地市州尺度降雨的差异,基于四川省南充市9个县级辖区三次24h降雨量数据,采用反距离加权(Inverse Distance Weighting,IDW)、张力样条函数(Spline with Tension,ST)、局部多项式(Local Polynomial Interpolation,LPI)、ANUDEM四种插值方法,从插值平均误差(ME)、中误差(RMSE)角度进行了对比分析。结果显示,按ME排序,大雨、中雨时LPISTIDWANUDEM,小雨时IDW、ANUDEM、ST基本相似,LPI最大;三种降雨条件下四种插值方法 ME均小于0.5mm。从RMSE看,大雨、中雨、小雨时ANUDEM插值RMSE为1.79mm、3.07mm和0.05mm,显著小于IDW、LPI和ST;三种插值方法之间差异微小,大雨、中雨、小雨时均接近13mm、8mm和0.5mm。在降雨量等级为大雨和中雨时,ANUDEM插值方法优于其他插值方法,而在降雨量等级为小雨时,四种插值方法差异较小。