Geostatistics Analyst中空间内插方法的介绍

主流GIS软件ArcGIS 9的Geostatistics Analyst模块中所涉及的两大类空间内插方法:确 定性内插方法和地统计内插方法。结合该软件对各种插值方法的应用和处理进行了介绍,应用示例 比较各种内插方法的适用范围。     

淮北平原年降水量空间插值模型的比选

为对比不同变差模型在降水量空间插值中的优劣,对淮北平原185个雨量站的2009年年降水观测数据,分别用不同理论变差模型与实验变差值拟合,然后选择普通克里格法进行降水场的变异分析及插值。经交叉验证法等多指标对插值结果检验后,证实了区域降水量具有明显的空间相关性,且三种拟合后变差模型的差异主要在短距离(h<10km)内。同时在现有站网布设方式下,三种模型插值结果并无显著差异,但以球状函数拟合插值结果整体效果最佳。     

基于克里金插值估算区域降水量的抽样方法对比分析——以甘肃省为例

降水数据的空间插值精度由降水的空间变异特征、插值方法和降水观测站分布决定的, 其中, 降水观测站及插值方法的选择尤为重要. 利用空间随机抽样、空间分层抽样和空间三明治抽样等空间抽样方案, 以甘肃省境内的气象站点为研究对象进行抽样分析, 在抽样结果的基础上进行区域降水量克里金插值, 并对比了插值结果精确度. 结果表明: 在较为丰富的先验知识的前提下, 空间三明治抽样所得的区域降水量插值结果的误差项ME(1.97)、MSE(0.0066)和RMSSE(1.0184)都是最优的, 空间分层抽样次之, 空间随机抽样最差. 与另外两种抽样方案相比, 空间三明治抽样是一种使区域误差最小, 适用范围更广, 精确度更高的抽样方法.     

一种基于傅里叶变换的去假频内插方法及应用

道间插值方法在地震资料处理中具有十分重要的作用,而地震道空间内插所面临的主要问题是空间假频。基于对模型数据的二维谱特征分析,通过在频率-波数域进行简单的除法运算构造内插算子,给出了一种基于傅里叶变换的地震道空间内插方法,实现了去假频道间插值,并将其应用于垂直地震剖面(VSP)记录的空间内插,取得了满意的效果。由于该方法不需求解线性方程组,可使用快速傅里叶变换,因此具有简单、快速的特点。      

空间内插方法比较

空间内插可以分为几何方法、统计方法、空间统计方法、函数方法、随机模拟方法、物理模型模拟方法和综合方法。介绍了每一种方法的适用范围、算法和优缺点。指出没有绝对最优的空间内插方法,必须对数据进行空间探索分析,根据数据的特点,选择最优方法;同时,应对内插结果做严格的检验。开发通用空间内插软件、智能化内插以及加强相关基础研究将是空间内插研究的重点。     

利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析

利用稳定同位素大气环流模型模拟结果, 借鉴数据同化的思想, 运用Cressman插值法和最优插值法两种空间插值方法对青藏高原多年平均降水δ¹⁸O模拟结果进行客观订正, 并运用交叉验证方法检验空间插值的效果. 结果表明: 最优插值法订正的结果稍优于Cressman插值法; 对比订正结果与运用经验回归模型BW模拟结果表明, 最优插值所建立的降水稳定同位素的空间分布结果要优于BW模型模拟结果, 而Cressman插值方法订正的降水稳定同位素的空间分布结果与BW模型模拟的结果相当. 两种空间插值所得结果经过高程订正后, 对青藏高原南部的预测结果得到了明显改善.     

东北三省月降水量的时空克里金插值研究

为了实现对时空场任意点进行时空插值,以东北三省1999~2008年的月降水数据为研究对象,选用了一类比较实用的积和式时空变异函数模型进行时空克里金插值。每个站点的降水量都是时间序列,插值之前对各站点的降水进行了时序分解和去季节项处理。在分别得到纯空间和纯时间的变异函数基础上建立时空变异函数。将二维的普通克里金插值扩展为三维,并对1999年10月各站点进行降水量估计,同时与单纯空间克里金插值效果进行比较。结果表明时空插值效果理想,因为同时考虑了空间、时间的相关性,插值精度较空间克里金更高。     

修正BW方法在中国大气降水δ18O空间分布研究中的应用

为研究中国大气降水δ18O的空间分布,利用81个大气降水和冰芯站点δ18O资料和BW回归模型,拟合出大气降水δ18O与纬度和海拔的定量关系:δ18O=-0.024LAT2+1.541LAT-0.002 ALT-29.678.同时,为了优化BW回归模型的拟合结果,对BW回归模型的残差做了内插并比较了不同插值方法的精度.结果表明:以降水量为辅助变量的协同克里格法对残差的预测效果最好,与广泛采用的反距离加权法相比,该方法预测的BW残差与实际残差间的RMSE减小了0.14‰,ME也更接近于0.最后,利用最优的插值方法生成了BW回归模型的残差分布图,并将其与BW的模拟结果叠加得到了中国降水δ18O的空间分布图.其结果总体上反映了中国大气降水中δ18O的分布状况,为降水δ18O的现代过程研究以及古气候和古水文的研究提供了资料参考.     

疏勒河流域山前区降水量变化趋势分析

选取疏勒河流域山前代表站党城湾、昌马堡、鱼儿红、玉门市站1978-2014年实测逐月降水与气温资料。利用距平分析法、坎德尔秩次相关检验法、皮尔逊Ⅲ型降水量频率曲线、降水量模比系数等相关水文统计方法对流域内山前区降水量、年均气温变化趋势进行分析,结果表明山前区降水量有自东南至西北递减的趋势,降水量年内分布不均匀,年际分布呈周期性增减过程,山前区降水量与年均气温长系列变化呈增加趋势     

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.     

土壤水分空间插值的克里金平滑效应修正方法

地统计学的普通克里金法是研究土壤水分空间变异特性和描绘其空间分布的有效方法。但与其它建立在最小二乘标准上的插值方法一样,普通克里金法也存在着平滑效应问题,即估计值的变异程度比实际要小,从而导致估计值往往不能反映出土壤水分真实的空间变化特征。结合实际的土壤水分监测数据,采用Yamamoto提出的一套针对普通克里金估计值进行后处理的方法,较好地解决了普通克里金法平滑效应的问题,在保证局部估计值精度的同时,重现了土壤含水率在空间的分布与变化特征。     

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。     

合肥市大兴地区土壤中镉元素的空间分布的多维分形特征研究

土壤中cd元素空间分布的研究是土壤科学的重要内容,也是土壤环境污染评价与防治的重要依据。空间变异研究中最为常用的克里格插值法能够较为精确的进行空间估值,但由于它的低通滤波性,使得对于较高数值的异常点往往不能正确估计。而异常区域的元素分布状况恰是环境污染评价与防治最为关注的。因此,本文采用多维分形地统计学方法,对大兴地区的镉元素进行了空间插值分析。结果表明,该方法能较好的反映cd元素的空间分布奇异性。     

三种插值方法在降水等值线绘制中的对比分析

为对比不同插值方法在宁夏回族自治区的适用性,基于宁夏及其周边地区77个气象台站1956—2016年平均降水量数据,运用泰森多边形法、距离平均反比法、克里金插值法对降雨量数据进行空间插值和交叉验证,从插值方法的稳健性和准确度出发进行对比分析,得出适用于宁夏回族自治区的插值方法。研究表明：（1）从准确度来看,克里金插值法与观测值走向、位置较为相似;从稳健性来看,克里金插值法MAE平均值为4.43 mm、RMSE平均值为10.36 mm,显著小于泰森多边形法和距离平均反比法。（2）整体来看,克里金插值法更为理想,可以用于宁夏回族自治区降水量空间插值分析。     

降雨资料Kriging与IDW插值对比分析—以漓江流域为例

降水空间化信息在很多领域都具有重要意义,而进行空间插值方法形成降水空间化信息是当代较为常用的方式。面对众多的插值方法其插值精度成为我们是否采用的关键,就kirging插值法与IDW(Inverse Distance Weighting)插值进行研究以探讨其插值效果,为此类科学研究提供依据。研究以漓江流域内各气象站点降水统计资料为基础分别采用上述两种方法进行插值处理,通过与预留实测站点比较评判方法的插值效果的优劣。结果表明,多年月平均降水量作为时间步长时,降水丰沛的月份使用kriging插值法较优于IDW插值法,而枯水月份则使用IDW插值法较优于kriging插值法。     

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。     

Robustness of Kriging weights to non-bias conditions

In this paper, the effect on Kriging weights of non-bias conditions, when the same residual covariance model is used, has been studied by the l₂ norm of the weights difference between Ordinary Kriging and Kriging with a trend model. Four covariance models, in 1-D and 2-D, and in interpolation and extrapolation conditions are examined. Situations in which both algorithms yield the same results are pointed out.     

Localised Uniform Conditioning (LUC): A New Approach for Direct Modelling of Small Blocks

Recoverable mineralisation at a given mining selectivity is traditionally modelled from sparse data grids by non-linear geostatistical techniques such as Uniform Conditioning. This method estimates the tonnage and grade of mineralisation which can be extracted as small selective minable blocks from large blocks (panels), whose grade is modelled by Ordinary Kriging. Uniform Conditioning technique estimates the proportions of recoverable mineralisation in each panel without specifying the actual locations of the economically extractable blocks. This inability to predict a spatial location of the recoverable mineralisation is a major disadvantage of the conventional Uniform Conditioning method. A new approach, called Localised Uniform Conditioning, has been developed to overcome this limitation. This method applies the grade–tonnage relationships modelled by the Uniform Conditioning technique to the spatial grade distribution patterns approximated by direct kriging of the small blocks from the sparse data grid. This approach estimates localised selective mining units grades conforming to the proper grade–tonnage curves obtained by the Uniform Conditioning method as well as maintaining the relative spatial grade distribution pattern indicated by the directly kriged small block grades. The advantage of this approach is essentially dependent upon the data available for ranking the small blocks within a panel in increasing order of their grade. Ordinary Kriging of the small blocks can be used for their ranking providing the kriged estimates produce a meaningful indication of the relative grade pattern. Where the data is sparse and not close to a panel, or their distribution is characterised by a strong short-range variability, the advantages of using the Localised Uniform Conditioning approach are more limited.