全球MODIS气温数据的修正秩克里金插值分析

高维数据插值是大数据分析的一个基本内容,传统克里金插值方法的计算复杂度,是O(n3),即随数据观测量的增大其计算复杂度以3次方速度增长,无法满足实时性应用需求强的克里金插值。修正秩克里金(FRK)方法通过矩阵分解降低大维矩阵的运算维数来简化矩阵计算,提高计算速度。在大数据分析背景下,借助FRK方法对全球MODIS气温数据进行统计建模并计算实现气温数据的插值分析。将其与普通克里金(OK)作对比实验,结果表明,相较于OK方法,FRK方法的插值精度并没有降低;在计算效率方面,使用FRK方法进行插值时,随数据量增大,耗时程度趋于缓慢平稳增长,而同一环境下的OK方法耗时随数据量增大呈指数增长趋势。相对于传统克里金方法,FRK能够在保证插值精度的同时显著降低其计算复杂度,缩短插值时间。     

基于GIS与Surfer的陕西省农用地分等趋势面分析

借助Mapgis提供的空间分析功能和Surfer格网丈件的数据内插方法,根据空间采样点数据进行空间插值,利用陕西省农用地分等单元的空间位置及自然质量等指数,建立多次空间趋势面模型,制作趋势面等值线图和残差图。通过分析可以得出：趋势面模型总体上反映了陕西省农用地自然质量的分布情况,且随着次数的增加,拟合精度也有所增加。     

一种基于多源数据的沿岸低潮面模型构建方法

针对沿岸低潮面模型构建时数据多源、精度不等的现状,提出了一种基于多源数据的沿岸低潮面模型构建方法。利用验潮站低潮面数据和基于网格潮汐模型计算的低潮面数据等多源潮汐数据,改进潮汐数据插值方法,根据不同源数据精度信息进行权重配赋,构建顾及不同源数据精度差异的沿岸低潮面模型。实验结果表明,本文所提方法顾及了沿岸海域潮汐运动特点和不同源数据精度差异对建模精度的影响,可以有效利用多源潮汐数据构建较高精度的沿岸低潮面模型,满足低潮线推算等特殊应用对高精度沿岸低潮面模型的需求。     

地形建模中的分形应用及分析

地形建模是建立各种三维信息系统和虚拟信息系统的基础,本文针对传统地形建模方法存在逼真度差且不能很好保持原有地形特征的问题,提出将分形曲面插值算法应用到地形建模中。文中采用实验数据完成了地形模型的构建,通过对其盒维数的计算分析和与传统克里金插值及反距离权重插值结果进行比较,发现用分形插值建立的地形模型不仅逼真度高,而且能够很好地保持原有地形的宏观地形指标和分布趋势,显示出其优越性。另外,该方法外业工作量小,费用低。所以,分形插值用于地形建模是一种极具应用价值的方法,对虚拟系统的建设具有重要参考意义。     

气象监测数据的时空特征分析与建模

尝试对美国爱荷华州东部66个气象观测站1951～2000年的月均最低气温数据进行时空特征分析和建模。将时空数据分解为时空趋势和时空残差两部分,使用非线性时间序列模型模拟气温的时空趋势,分析模型参数和残差的时空特征,探索时空数据建模方法。案例研究表明研究区域内所有站点的时间序列特征较一致,可采用一个趋势性和周期性模型表达。同时残差部分具有一定的时空自相关特征,建议开发一个简单方法进行时空数据插值。     

离散点云构建数字高程模型的插值方法研究

针对消除DEM构建中插值方法选择的随意性问题,该文基于机载LiDAR离散点云数据,以广东省典型城区与山区为实验对象,利用克里金、反距离权重、径向基函数和自然邻域4种插值方法,对插值参数进行优选后构建DEM,使用交叉验证、相关性分析、像元统计量和三维可视化等方法进行精度分析与比较。结果表明:在城区反距离权重插值,不但可以对空值区域进行适当填充和平滑,而且对高程最大、最小值的预测精度也很高;不同插值方法在构建山区DEM时精度相差不大,插值精度可以达到厘米级,其中普通克里金插值效果最佳。对于城区与山区点云数据反距离权重插值法生成的DEM均能很好地反映地表自然形态,为今后LiDAR点云数据构建DEM选择最佳的插值算法以及插值参数提供参考。     

冬小麦种植空间区划研究

随着人口的逐渐增多,人们对粮食的需求量加大。冬小麦作为世界上主要农作物之一,对其进行研究具有重要意义。针对以往对冬小麦进行研究没有考虑到物候期差异的情况,本文利用温度数据对冬小麦种植空间区划进行研究,首先利用气温点状矢量数据进行插值,然后对其进行分类整理得到华北地区冬小麦种植空间区划结果。插值过程中利用了趋势面插值法、样条函数法、反距离权重插值法、自然邻域法和克里金插值法,通过实验分析得出克里金插值法的结果比较理想,选择此结果划分区划,并且证明了它适用于区域变量存在空间相关性的点状矢量数据。     

利用MODIS温度产品进行秩修正滤波FRF时空插值

普通克里金方法具有空间结构探索及插值分析(给出插值结果及其精度)的功能。但是,绝大部分的克里金方法主要用于空间插值,在时空插值方面的研究还较少。综合考虑具体的实验区域和观测数据构建基函数,使用秩修正滤波(fixed rank filtering,FRF)方法对MODIS平流层温度数据进行时空插值预测并将其结果与秩修正克里金(Fixed rank Kriging,FRK)方法的插值结果进行对比分析。实验结果表明,在空间数据(空间点)整体分布均匀且有已知点的情况下,FRK方法预测的数据精度更高,略优于FRF;而对于较大空间范围内缺失数据的情况,考虑温度在时间维上具有一定的相关性,FRF方法在缺失空间信息时能够引入更多时空信息从而获得较其他方法更高质量的插值结果。     

基于MODIS雪盖数据的北疆雪深多元非线性回归克里金插值

为了提高北疆地区雪深时空分布监测的准确性,以该区域48个气象站点2006年12月—2007年1月的月平均雪深观测数据为基础,通过分析月均雪深空间自相关性及其与经纬度、高程的相关性,结合MODIS雪盖数据构建了多元非线性回归克里金插值方法,插值获得了北疆地区较高精度的雪深空间分布数据。将插值雪深数据与普通克里金插值法、考虑高程为辅助变量的协同克里金插值法的预测结果进行比较,结果表明:1相对普通克里金和协同克里金方法,多元非线性回归克里金法的12月份雪深预测精度分别提高了15.14%和9.54%,1月份的提高了4.8%和6.7%;2由于充分利用了经纬度和地形信息,多元非线性回归克里金法的雪深预测结果可提供更多细节信息;3预测结果客观地表达了雪深随经纬度和地形变化的趋势,反映了积雪深度的空间变异性;4基于不显著相关的协变量高程的协同克里金插值法预测的雪深数据精度劣于普通克里金插值法的预测结果。     

矿山开采沉陷预计空间插值方法分析研究

文章首先对GIS中5种常用的空间插值方法原理进行了详细阐述,采用交叉验证法来对比分析不同插值方法的精度。应用反距离权重法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、趋势面法5种常用的空间插值方法对兖矿集团济三煤矿1308工作面开采沉陷预计数据进行插值,对比分析了各种插值方法的精度,并对插值的误差影响因素进行了实验分析。结果表明：5种常用的空间插值方法中,克里金插值和样条函数插值精度最高,自然邻域插值和反距离权重插值精度居中,趋势面插值精度最低;对插值结果造成影响的因素与沉陷预计点的数量和密度有关,沉陷预计点的密度越大、数量越多,空间插值结果的精度就越高。研究成果可为矿山开采沉陷预计插值方法的选取提供借鉴。     

土壤重金属的空间插值方法比较分析——以阳谷县为例

空间插值通过采集少量的数据点,利用其中的空间关联,推求该区域内其他位置的属性值。本文以山东省阳谷县土壤重金属Cu采样数据为例进行空间探索性分析,分别采用了反距离权重插值和普通克里金插值两种方法进行空间分布插值模拟。结果表明,针对研究区采样数据,反距离权重插值方法生成的模型平均误差为1.97 mg/kg,总体精度为92%;普通克里金插值模型的平均误差为1.91 mg/kg,总体精度为92.35%,普通克里金插值方法更优。     

ICESat-2与多源光学影像的潮滩地形反演方法

针对潮滩地形监测存在的操作难度大、价格高、精度低等问题,本文基于ICESat-2卫星激光点云剖面数据,提出了结合多源光学影像的潮滩地形反演方法。以中国黄海辐射沙脊群的两大沙洲系统——条子泥与高泥为研究对象,利用低通滤波降噪技术提取地形高度值,并与潮汐水位数据相结合赋值,实现了从二维到三维的转换,提高了目前主流的水边线潮位赋值法的反演精度。该模型展现了更多滩面地形起伏变化的细节,高度差异明显,可以观测到清晰的潮沟地形。对比实测数据,相关系数为0.89,均方根误差为0.34 m。研究结果验证了ICESat-2数据对于潮滩地形反演的重要作用,为构建人类活动影响下的潮滩演化理论奠定了数据基础。     

一种基于主成分分析的协同克里金插值方法

针对协同克里金插值方法在插值时,辅助变量较多造成计算复杂度增加,而辅助变量较少引起插值精度降低这一问题,提出了一种基于主成分分析的协同克里金插值方法（PCA-CoKriging）。该方法首先使用主成分分析对插值相关变量进行将维,得到较少几个综合指标,然后里利用这几个综合指标作为辅助变量进行协同克里金插值。为验证该方法的有效性和数据分布对该方法的影响,本文选取了2016年北京市范围内4个季节中PM_2.5浓度满足正态分布效果不同的4组数据,分别使用PCA-CoKriging和普通克里金插值方法、常规协同克里金插值方法,进行了插值试验。结果表明,本文方法与普通克里金插值方法、常规协同克里金插值法在4组试验中的平均绝对误差分别为4.91、6.04、5.61,平均均方根误差分别为6.65、8.76、7.57。综合比较,本文方法比常规协同克里金插值的平均绝对误差与均方根误差分别提升了10.73%、12.56%,比普通克里金插值法的平均绝对误差与均方根误差分别提升了18.71%、24.09%。     

利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

针对GPS/INS组合导航中INS动力学建模不准确的问题,提出了一种基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学多阶建模算法。首先,介绍了牛顿插值的计算方法;然后,利用其对惯性系统Gauss-Markov模型进行改进,实现了多阶建模;最后,给出了组合导航详细的动力学模型和观测模型。利用实测数据对算法进行验证,并通过对比不同阶数建模方法寻求牛顿插值的最优建模阶数。结果表明,相比于传统GaussMarkov过程,基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型能够有效提高组合导航位置精度和姿态精度。与此同时,实验分析表明,4阶牛顿插值建模在实现模型准确性的前提下,降低了模型的复杂性,为牛顿插值建模阶数选取提供了良好的借鉴。     

一种基于PSO-BP神经网络的重力数据插值方法

重力数据在使用上需要通过进一步的精化和融合,并利用精确的插值技术进行加密处理,以满足实际应用的重力数据基础。本文提出一种基于粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)优化BP神经网络的方法,并应用于重力数据推估。通过仿真实验对比分析了PSO-BP神经网络、普通BP网络和传统克里金方法在重力异常插值上的效果,发现本文方法在均方差、差值稳定性上具有一定优势,但运算时间较长。利用澳大利亚中部的重力观测数据对PSO-BP神经网络进行训练,结果表明,本文方法在整个区域的插值效果上优于BP神经网络和克里金方法,补充高程数据作为PSO-BP神经网络的输入,能进一步提升利用该方法推估自由空气重力异常场的精度。     

空间分析中几种插值方法的比较研究

针对常用的空间插值方法在精度分析方面比较的不足,从地质统计学、数学函数和几何方法方面分别选取普通克里金插值法、三次样条函数法和距离权重倒数法进行插值精度的比较与分析。文章分析了各个方法的优缺点和局限性,选取疏密差异较大的均匀和不均匀离散点数据进行实验,利用三次趋势面模型和MATLAB,ArcGIS,GS＋Version等相关软件进行分析与处理,得到三种方法在局部插值误差方面的变化规律,同时为使用插值方法的用户提供一个最优的选择方案。     

基于GIS的格点精细化预报插值方法的研究

在格点间隔为9 km的气象预报基础上,本文运用双线性插值方法进行局部格点加密与数据的平滑,实现局部地区的3 km格点预报。通过使用距离倒数插值、克里金插值、自然邻域插值和样条函数插值,将局部3 km格点间隔数据与其余9 km格点间隔数据整体进行插值,并使用交叉验证法比较整体插值结果,发现克里金插值方法插值精度最好,最终选择使用克里金插值方法进行精细化格点插值预报,作为气象预报人员进行精细化天气预报的参考依据。     

基于ArcGIS的降水量空间插值方法研究

目前对降水量空间插值方法的研究很多,针对反距离权重插值、样条函数插值、普通克里金插值在降水量空间插值中的缺陷,提出引入月平均总云量影响因子的协同克里金插值方法。并以内蒙古降水量数据为例进行实验,实验结果表明,引入月平均总云量影响因子的协同克里金插值在精度和拟合度方面得到改善。     

克里金插值法内插IGS电离层图精度分析

采用克里金插值法和常用插值方法内插IGS电离层图数据,获得重庆CORS网5个基准站电离层穿刺点处的VTEC值,和利用5个基准站的GPS平滑伪距观测值解算的VTEC值进行比较,发现克里金插值法和常用插值方法的内插精度相当,故克里金插值法内插IGS电离层图的精度是可靠的。     

三维激光扫描技术在复杂地质隧道岩体信息获取中的优化

为了更高效、高精度地获取岩体结构面信息,借助三维激光扫描技术,提出并建立一种基于Kriging算子和最小二乘法组合的点云插值方法。首先对获取的隧道点云数据利用单一的最小二乘法进行插值,并以此为基础,结合Kriging算子的适应度函数建立组合插值模型。在利用三维激光扫描仪已获取的某岩溶隧道的原始点云数据的基础上,运用组合模型进行插值处理,以此获取岩体结构面信息,并将组合方法得到的结果与单一的插值方法进行对比,发现组合方法插值效果较好,误差也较小。基于Kriging算法和最小二乘法结合的插值方法,在利用三维激光扫描技术获取岩溶隧道岩体几何信息—结构面产状的过程中能更加精确、全面,并可以用于岩体稳定性评价。