丘陵地貌区高程内插适宜方法选择——以长春净月潭为例

对不同的地貌区进行空间内插时选择的适宜方法不同,以典型丘陵地貌区长春市净月潭地区的高程为研究对象,用ArcGIS 9.2分别作反距离权重法、最近邻点法、趋势面分析和克里金法做高程内插。应用交叉检验方法对其内插的精度作出分析,检验其科学性和可靠性,得出反距离权重法、最近邻点法、趋势面法、样条函数法和克里金法高程内插的不同精度,并对各种方法的适用性进行讨论。结果表明最近邻点法精度最高,以下依次为普通克里金插值法、样条函数、反距离权重法、趋势面法。为类似于净月潭地区的丘陵地貌区高程内插提供选择参考。     

基于GIS的日照市气温分布式模拟

地表气温分布受多种因素的影响,尤以海拔高度和地形最为显著。以山东省日照市为例,利用1?5万DEM数据,借助研究区及周边6个气象站点1971-2000年的气温资料,运用ARC/INFO软件对气温数据进行样条函数法内插后,通过气温直减率法和辐射差值与温度的相关关系对内插结果进行海拔高度和地形的订正,得到研究区实际地表温度空间分布图,为日照市农业实践活动提供气温空间分布资料。     

稀疏观测数据的空间内插方法的分析与比较

依靠稀疏样本数据描述空间指标在地理空间上的连续分布是实践中常常遇到的问题,内插是解决问题的基本方法.以云南省为实验区,15年来6-8月的均温为空间描述指标,在90 m×90 m的分辨率水平上,分别应用不同方法进行内插处理,对内插结果进行了分析和比较.结果表明关联函数法内插效果最好,较好地体现了云南北低南高、西高东低的总体气温变化规律,同时又体现了河谷地带的干热特点.如果无法建立关系函数,则使用克里金插值效果较好,反距离内插法次之,趋势面分析和泰森多边形内插法效果最差.趋势面分析中的高阶多项式内插不优于低阶多项式.     

基于温度梯度修正的山东省年均温资料插值方法比较研究

对研究区气象站点的年均温与其他地理要素进行相关分析,发现温度与高程具有较高的相关系数。在此基础上,设计了使用空间内插方法分别获得研究区气温与高程,再根据内插得到的高程与实际DEM之差对内插得到的气温进行温度梯度修正,以得到实地气温的方法。这种方法可以有效的消除对气温进行内插时,高程要素对其产生的干扰。分别运用IDW、Kriging、Spline3种方法进行插值,比较结果发现IDW法得到的结果最能反映温度随空间位置变化的趋势,较其他两种内插方法具有较大的优势。     

约束Delaunay三角网点删除的一体化凸耳消元法(IEE)

对Delaunay三角网(CD—TIN)点删除算法——凸耳消元法(EE)进行剖析,提出约束Delaunay三角网的点删除算法——体化凸耳消元法(IEE)。该算法将CD-TIN的点删除转化为点的影响域重构,并保证重构后的CD—TIN满足CD—TIN的可视性与空圆法则,确保了CD—TIN的拓扑完备性,实现了CD—TIN中约束点与非约束点删除的一体化操作和局部更新,并得到实验验证。     

基于DEM的地理要素PRISM空间内插研究

利用PRISM模型基于DEM、站点数据和其它空间数据图层内插了气象要素,以便准确表达其空间分布特征。为了比较PRISM空间内插结果,采用GIS常用的Kriging内插、Spline内插等方法分别对降水和气温站点数据进行空间插补,并对内插结果进行精度分析、DEM空间分辨率的影响分析和各个权重因子的影响分析。分析表明,PRISM方法比其它内插方法能够更加精确地表达气象要素的空间分布,更适合于在地形复杂地区地表参数的空间内插。由于气象要素空间分布的复杂性,PRISM内插方法不能完全表达地表参数空间异质性。以后研究中,应在更小的站点影响单元内考虑更多因子利用PRISM方法进行气象要素的空间内插。     

等高线内插DEM算法的质量评价

以北方农牧交错带典型丘陵、山地及丘间盆地混合地带为研究区,利用国家测绘局提供的1∶5万地形图,比较ANUDEM方法与生成DEM常用的内插算法TIN、NNI、Kriging和IDW之间的精度。DEM质量评价采用数值精度指标验证,并辅以地形属性可视化分析、等高线分析和不同算法插值结果差异分析等,结果表明不同算法内插高程误差较大的区域主要分布在地形结构线附近;且ANUDEM方法生成的DEM精度较高,在其上提取的等高线与原始等高线吻合度高,能较好地反映研究区的真实地形。     

样条函数步长变化对树轮宽度年表与气候相关性的影响初探

利用天山中部北坡头屯河及三屯河流域4个天山云杉采点的树轮样本,研制样条函数不同步长的树轮宽度标准化年表,分析样条函数不同步长对树轮宽度标准化年表与气候的相关性的影响发现:①随着样条函数步长的增加,位于森林中下部林缘的庙尔沟煤矿和三屯河的树轮宽度标准化年表与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水量的相关系数曲线均呈现出先增后减小的变化形式,但在局部有差异,最佳步长分别为40 a和30 a。②随着样条函数步长的增加,处于森林上限的东南沟和小渠子的树轮宽度标准化年表与大西沟气象站当年2-3月的月平均气温的相关系数的曲线都呈现光滑的先升后平的对数曲线型,最终确定220 a、185 a分别作为东南沟和小渠子树轮宽度标准化年表的样条函数步长。③通过分析发现最佳的样条函数步长比传统方法给定的样条函数步长和按树轮宽度序列公共区间长度的1/2的样条函数步长所含的气候信息多。     

秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究北大核心CSCD

利用ARCGIS软件,以研究区多年平均年降水量为数据源,开展以下研究:(1)采用反距离权重法、普通(泛)克里金法、样条函数法和趋势面法进行直接内插。(2)利用降水量随海拔递增率,再次利用以上方法进行插值。(3)分析站点数量的变化对插值精度的影响。(4)分析插值空间尺度变化对插值精度的影响。针对插值结果,使用交叉验证法来评估插值方法的优劣,旨在找出研究区年降水量空间插值的最优方法。结果表明:(1)研究区多年降水量与纬度呈现出很好的负相关,与其他各地理环境因子相关性很差或无相关性。(2)考虑降水随海拔的递增率后,研究区南坡西段和研究区海拔<600 m和>800 m的大部分观测站的空间内插精度得到有效提高,其它区域以及其它海拔区间的插值精度反而降低,因此使用单一线性数据作为整个研究区降水随海拔的变化率不够科学和严谨。(3)在缺少研究区不同剖面降水观测资料的情况下,权重为0.001的正规则样条函数法是最优插值方法。(4)像元尺度在50~1 000 m间的变化对降水插值的不确定影响甚微;插值精度与选取的插值点个数无明显相关性,当站点个数为20个时,插值精度最高。     

基于DEM聚焦分析的旬平均气温与地面高程的相关性定量研究

在ArcGIS支持下,基于数字高程模型(DEM),采用聚焦分析和相关分析方法,对1997-2006年黑龙江省旬平均气温与地面高程的相关性进行定量分析.结果表明,旬平均气温与高程有较高的相关性,与高程值value及50 km左右邻域内高程均值mean的函数相关系数较大,但各旬内的相关程度不同.作物生长期各旬平均气温与地面高程的相关系数较大,最大相关系数在-0.4889～-0.8209,平均为-0.6905.这对农业气候资源研究中旬平均气温精确插值具有重要意义.     

基于GIS的新疆气温数据栅格化方法研究

以新疆99个气象台站1971-2010年年平均气温为数据源,采用多元回归结合空间插值的方法对新疆区域气温数据进行栅格化研究。建立了年平均气温与台站经纬度和海拔高度的多元回归模型,对于残差数据的插值采用了反距离权重法(IDW) 、普通克立格法 (Kriging)和样条函数法(Spline)3种目前应用广泛的空间插值方法,针对于这3种方法进行了基于MAE和RMSIE的交叉验证和对比分析,结果表明在新疆的年平均气温的GIS插值方案中,IDW方法精度总体要高于其他两种插值方法。     

Reconstructing pre-erosion topography using spatial interpolation techniques:A validation-based approach

Understanding the topographic context preceding the development of erosive landforms is of major relevance in geomorphic research, as topography is an important factor on both water and mass movement-related erosion, and knowledge of the original surface is a condition for quantifying the volume of eroded material. Although any reconstruction implies assuming that the resulting surface reflects the original topography, past works have been dominated by linear interpolation methods, incapable of generating curved surfaces in areas with no data or values outside the range of variation of inputs. In spite of these limitations, impossibility of validation has led to the assumption of surface representativity never being challenged. In this paper, a validation-based method is applied in order to define the optimal interpolation technique for reconstructing pre-erosion topography in a given study area. In spite of the absence of the original surface, different techniques can be nonetheless evaluated by quantifying their capacity to reproduce known topography in unincised locations within the same geomorphic contexts of existing erosive landforms. A linear method (Triangulated Irregular Network, TIN) and 23 parameterizations of three distinct Spline interpolation techniques were compared using 50 test areas in a context of research on large gully dynamics in the South of Portugal. Results show that almost all Spline methods produced smaller errors than the TIN, and that the latter produced a mean absolute error 61.4% higher than the best Spline method, clearly establishing both the better adjustment of Splines to the geomorphic context considered and the limitations of linear approaches. The proposed method can easily be applied to different interpolation techniques and topographic contexts, enabling better calculations of eroded volumes and denudation rates as well as the investigation of controls by antecedent topographic form over erosive processes.     

基于贝叶斯最大熵的甘肃省多年平均降水空间化研究

 贝叶斯最大熵方法可以对具有一定不确定性的“软数据”和认为没有误差的“硬数据”进行插值。对甘肃省1961—1990年52个气象站点的多年平均降水数据进行空间化研究。通过比较普通克里格、共协克里格、三元回归建模后残差插值以及基于贝叶斯最大熵的3种不同软硬数据参与情况下的插值结果,发现考虑降水30 a时间序列不完整性以及辅助变量经验模型不确定性的插值结果的MAE和RMSE,比直接使用多年平均降水数据直接插值的MAE和RMSE小,表明贝叶斯最大熵方法通过对不确定性的考虑可以有效降低预测结果的绝对误差。从降水的空间分布来看,考虑辅助变量DEM的插值结果能相对较好的体现高程对降水的地形影响,尤其分区将辅助变量转换为软数据可以有效体现不同区域高程对降水的不同影响问题。综合误差评价以及降水插值结果的空间分布,认为BME插值过程中可以考虑数据本身以及辅助数据利用的不确定性,使降水空间化的结果更加真实客观,同时为合理利用辅助信息提供了一个新思路。     

降雨信息空间插值的不确定性分析

文章以潮白河流域为样区,根据58个雨量站1990年的降雨观测数据,采用反距离权重法、克立格法、样条函数法、趋势面法等插值方法,分析了站点数量变化、时间尺度变化、栅格像元的尺度变化、插值方法的差异对降雨数据空间插值结果的影响,剖析降雨插值中的不确定性。结果表明：（1）插值站点数量越大,区域降雨插值的不确定性越小;（2）像元尺度在50m~1000m间变化对降雨插值的不确定性只有微弱的影响;（3）对应于时间尺度由年到月到日的变化,降雨插值的不确定性随时间尺度的减小而显著增大;（4）不同插值方法影响到降雨空间插值的不确定性水平。为了减少降雨信息空间插值的不确定性,根本途径是要引入第三方相关变量,并将其整合到现有的插值算法中。高相关性变量的选取及其与插值模型的整合方式将成为降雨插值研究的主导方向。     

Book reviews

A digital elevation model (DEM), which is used to represent a terrain surface, is normally constructed by applying an interpolation method on given sample elevation points. Interpolation methods can be classified into two classes: linear methods, which have a low time cost and are suitable for terrains where there is little change in elevation, and nonlinear methods, which normally consume comparatively more time and are more suitable for terrains where there are frequent changes in elevation. A hybrid interpolation method, which involves both a linear method and a nonlinear method of interpolation, is proposed in this paper. The proposed method aims to integrate the advantages of both linear and nonlinear interpolation methods for the refinement of regular grid DEM. Here, the bilinear is identified as the linear method, and the bi‐cubic is taken to be the nonlinear interpolation method. The hybrid method is an integration of a linear model and nonlinear interpolation model with a parameter that defines the weights for each of the models. The parameter is dependent on the complexity of the terrain, for which a DEM is to be interpolated. The experimental results in this study demonstrate that the hybrid method is effective for interpolating DEMs for various types of terrain.     

土壤厚度的空间插值方法比较——以青海三江源地区为例

利用青海三江源地区533个土壤剖面中的厚度数据, 在GIS技术的支持下, 采用确定性内插(反距离加权、全局多项式、局部多项式和径向基函数)和地统计内插(普通克里格、简单克里格、泛克里格和协同克里格)两类共八种插值方法对研究区土壤厚度的空间分布进行了预测, 并综合比较了各种插值方法的预测误差、统计特征值和插值结果分布图。结果表明:(1)在地统计内插方法中, 普通克里格方法(一阶)插值效果比普通克里格方法(二阶)要好;在普通克里格方法(一阶)的半方差函数模型中, 球状模型的插值效果优于指数模型和高斯模型;普通克里格方法在四种地统计内插方法中预测误差最小、预测结果准确性最好。(2)确定性内插方法中, 反距离加权(指数为1)法的误差较小, 并且对区域与局部趋势的反映效果最好。(3)从预测误差大小和对区域总体及局部趋势的综合反映效果来看, 有异向性的球状模型普通克里格(一阶)插值方法预测结果最能准确反映青海三江源地区土壤厚度的空间分布。     

Wavelet triangulated irregular networks

GIS applications have recently begun to emerge on the Internet. The management of three-dimensional geographic datasets in this distributed environment poses a particularly challenging problem, which highlights the need for a good data representation. This paper presents a new multiresolution data representation: the Wavelet Triangulated Irregular Network (WTIN). Compared to the traditional cell-based Digital Elevation Model (DEM) format and the Triangulated Irregular Network (TIN) format, it is more compact and suitable for scalable distributed GIS services. This format is based on the second-generation wavelet theory and is specially designed for geographical height field data. The modified Butterfly scheme is used for constructing the wavelet transform. For every point in the geographic surface, only a single wavelet coefficient is used, which makes the final data representation very efficient and easy to compress. Because the transform used in the data representation is a linear filter operation, the computational efficiency is better than other multiresolution data formats for terrain surfaces. Results from numerical experiments on real data are given to demonstrate that the proposed data representation can be efficiently implemented. The results show that the proposed WTIN data format can provide multiresolution data sets, which achieve significant compression while preserving geographical features. The quality is found to be quite acceptable for geographical terrain representation.     

基于GIS的农业气候资源区域化问题研究——以甘肃省为例

在农业气候资源研究中,站点数据的区域化问题是进行资源优化配置和高效利用的一个重要环节。通过采用逐步回归分析与空间插值相结合的方法,以甘肃省及其相邻省区的112个站点1970~2001年31年的月平均温度和降水数据以及计算得到的月平均太阳辐射和潜在蒸散量为数据源,对甘肃省气候资源进行了区域化。对每种气象要素都采用了两种空间插值方法,并对插值结果运用了绝对验证和相对验证两种方法进行了验证和对比。结果表明:温度残差的平均绝对误差(MAE)是Spline< IDW, 其值分别为:0.744℃和0.754℃,平均相对误差(RME)分别为:9.56%和9.66%。降水的平均绝对误差是Kriging温度>潜在蒸散量>降水,但都达到了较高的精度。