权重对空间插值方法的影响分析

GIS软件中包含了一些通用的空间插值方法模板,用户在使用空间插值方法时由于参数选取不当可能带来误差,例如:IDW法的幂指数默认值为2,但实验证明幂指数为2并不一定是最佳的.以反距离加权平均法和样条函数为例进行研究,结果表明:IDW法权重的选择对插值结果有很大的影响,幂指数的选择要根据研究区域的具体情况确定;在插值点稀少或数据缺乏的地区,适当的提高IDW的幂指数值可以提高插值精度;相比IDW法,样条函数法更适合应用于表面逐渐变化的情况,如:温度、高程、地下水位温度、污染浓度等.     

GANs与GRBFNN在空间插值中的对比分析

为了进一步提高空间插值的精度,搭建生成对抗网络(GANs)、最小二乘生成对抗网络(LSGANs)及Gauss径向基神经网络(GRBFNN)。使用国家气象科学数据网1960—2013年619个气象站点数据的平均值,将上述3种深度学习模型对降水量和平均气温的插值结果与普通Kriging(OK)及反向距离加权(IDW)的插值结果进行对比分析,并进行交叉验证。结果表明:全国气象站点降水量和平均气温数据的空间插值中,IDW法优于OK法。当训练样本较多时,LSGANs模型空间插值表现最好;当训练样本数量较少时,GRBFNN的插值精度最高。高程对平均气温的插值精度影响较大,对降水量的插值精度影响较小。LSGANs和GRBFNN深度学习模型有助于拓展空间插值的思路和应用范围,具有很好的前景。     

基于多重分形理论的地表高程插值方法研究

从地表高程插值的研究现状出发,将多重分形理论引入Kriging和IDW两种常见插值方法,并对四种插值方法进行了比较分析.结果表明,在相同的样本数据条件下,多重分形插值的精度要高于IDW插值方法和Kriging插值方法.通过对局部奇异性指数的计算,多重分形插值方法合理地强化了局部区域的估值结果,可以更好地表达整个地区高程的局部奇异性.     

天津降水数据的空间插值分析

采用反距离加权法(IDW)、梯度距离平方反比法(GIDW)、普通克里格法(OK)、协同克里格法(COKRING)插值方法,对天津市及周边地区四种频率年平均最大一日暴雨量数据的空间插值精度进行对比研究.交叉验证表明:四种频率降水量的插值平均绝对误差(MAE)为:15.77mm、18.42 mm、11.71mm、11.72mm;平均均方根误差(RMISE)为:22.02 mm、33.29 mm、19.43mm、19.71 mm;插值精度排序为OK>COKING>IDW>GIDW;OK与COKRING差别并不明显,GIDW精度远低于IDW;降水频率的高低影响插值的误差,二者呈显著负相关关系.天津一日最大暴雨量的空间分布特征为:由北部山地和东南部沿海向中部地区逐渐减少.     

四种气温空间插值方法适用性分析

探讨不同地貌类型区各种气温空间插值方法的精度及其适用性,为环境科学、生态学和地理学等区域性研究提供气象要素空间插值方法选择依据。基于地面气象站点实测气温数据,采用Kriging、IDW、Spline和TPS四种空间插值方法对三江源区、横断山区、内蒙古草原和松嫩平原等热点研究区域进行气温空间插值精度对比分析。结果表明:①TPS插值法引入高程作为协变量提高了插值精度,适用于如青藏高原东南缘地形起伏较大、地域范围较广的区域,但在干热河谷等特殊地理环境中,插值精度有所下降且存在低估现象;②Kriging插值精度高于IDW和Spline,适用于地势平坦的松嫩平原等区域;③IDW和Spline插值法对气象站点分布和密度要求较高,适用于气象站点密度大且地形起伏较小的区域。4种气温插值方法中,TPS插值法精度最高,其次为Kriging插值法,IDW和Spline插值法精度相当。     

山东省多年气象要素空间插值方法比较研究

针对山东省境内气象站点分布比较稀疏的情况,以1990～2001年山东省17个气象站点的年平均降水和温度为基础数据,分别建立了平均降水和温度与海拔、经纬度和植被指数(NDVI)之间的回归方程;在此基础上建立模拟站点以增加气象数据的信息量。分别采用反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)和普通克里格法(OK)3种插值方法进行比较插值分析。结果表明:模拟站点的加入大大提高了插值的精度;采用的3种插值方法中,普通克里格法比反距离加权法和径向基函数法具有更为理想的插值效果。     

空间插值法在热环境流动观测中的应用

以重庆都市区华岩公园3次流动观测(GPS+温湿度自动记录仪)的温度为例,选取常用的反距离加权插值法、普通克里格插值法和样条插值法3种空间插值方法,对不同插值方法及其在不同参数时的空间温度插值结果进行验证分析和评价,筛选出适合流动观测的空间插值法。最后,根据普通克里格插值法中的指数模型插值得到的温度场,分析了华岩公园的冷岛效应。研究结果表明:普通克里格插值法的指数模型对描绘流动观测(GPS+温湿度自动记录仪)范围内的温度场分布效果最佳,其他模型的插值结果精度波动性大;对测点密度大且分布均匀的温度可使用反距离加权插值法进行快速插值,但要根据温度的密度来确定1个合适的幂指数;样条函数插值法精度不稳定且不可估计,因此,该方法不适用于流动观测数据的空间插值处理。     

站点密度对复杂地形PRISM月降雨空间插值精度的影响

【目的】利用降雨和高程与坡向等地形因子之间关系,分析站点密度对于坡面回归方程模型(PRISM)插值精度的影响,探究该模型的适用范围。【方法】以北京西北山区为例,基于研究区数字高程模型(DEM)、山地自动气象站点数据和降雨数据计算插值结果,采用反距离加权法(IDW)、克里金法(Kriging)和样条函数法(Spline)等插值方法,以及交叉验证和实测数据验证等方法进行数据对比,分析站点密度对插值结果的影响。【结果】当站点密度从0.55×10^-2个/km²降低到0.18×10^-2个/km²时,各种插值方法的插值精度均随站点密度的减少而降低,PRISM模型的变化程度最大,Spline的变化程度最小; 同时当站点密度逐渐降低至0.18×10^-2个/km²时,PRISM模型的插值误差超越Kriging和IDW,但仍在Spline之上。【结论】当站点密度较低时,PRISM模型优势不明显,建议使用IDW和Kriging。     

基于Kriging模型的地面气温空间插值研究

基于中国气象局提供的全国192个气象观测站的日均地面气温(SAT)数据,利用Kriging模型对研究区域内任意位置SAT进行插值评估.为了使应用于Kriging模型的试验数据满足弱平稳性,首先使用傅立叶级数拟合并去除原数据中的年趋势;并根据各位置的地理坐标,包括海拔和经纬度,拟合出研究区域的空间趋势.反距离加权(IDW)插值法作为比较对象也被应用于试验中.采用交叉验证的方式,将192个观测站依次作为目标点进行插值并与该站的实际数据比较,计算各站插值评估的平均绝对误差(MAE)与均方根误差(RMSE),从而比较两种方法的精确度.结果表明Kriging模型在174个观测站得到的插值结果优于IDW插值法.并且,在Kriging过程中,去除时间趋势和空间趋势对准确获取研究区域内的空间相关性起到了重要作用.     

基于BP神经网络与BOLL通道的结构监测数据识别修复

通过BOLL通道法巧妙地引入第三方数据，与原始数据互相验证分析，以此构建上下轨线，求取偏离值得到改进型BOLL通道法进行相关的非均匀温度场异常温度识别过滤，再结合IDW算法验证对非均匀温度场缺失温度数据的补全效果，并且基于BP神经网络模型提出两种应力修复方法，对应力监测数据进行修复，然后对修复效果进行研究，验证方法的实用价值.研究结果表明：改进型BOLL通道法在处理非均匀温度场方面具有独特的区域自适应性，在去除异常温度数据的同时较好保留了非均匀温度场研究的突变温度细节；IDW算法综合考虑了测点温度的非均匀性，对于温度场缺失温度数据的补全具有较好效果；同时基于BP神经网络构建温度相关性、多测点相关性的应力修复方法，对非均匀温度场监测中的应力数据进行修复，其结果具有相当的可靠度.     

基于GIS石河子垦区数字高程的空间插值法研究

农业气候资源是农业资源的重要组成部分，地形是影响农业气候资源的重要因素之一。为了使离散的高程点插值成为连续的高程点，从而得到整个研究区的高程点数据，本文采用地理信息系统软件ARC／INFO对1：10万比例尺的国家基本地形图进行矢量化，获取石河子垦区高程点数据，利用ArcGIS的地统计分析模块功能，以反距离权重插值、径向基函数插值、普通克里格插值等空间插值方法对以上高程点进行插值，创建了石河子垦区高程表面图，通过交叉验证并进行对比研究，结果表明：OK插值法效果最佳，其中MAE为21．916，RMSE为50．61，RMSS为0．9584；在检验标准上占有明显优势，IDW相对较差，其中MAE为27．726，RMSE为61．43。将各种插值法制成了相应的高程表面图，使离散的点插值成为连续的点，为农业气候资源的空间分布差异的研究等奠定了基础，从而更进一步的服务于农业。     

基于ArcGIS的交通量预测模型

常规交通量预测模型耗时、工作量大.针对美国印第安纳州交通量趋于稳定的特点,借助ArcGIS地统分析软件,分别采用Ordinary Kriging、距离加权倒数(IDW)、径向基函数插值(RBF)等方法对交通量进行预测,并与动态称重系统(WIM)的交通资料进行比对,结果表明采用径向基函数插值中的反高次曲面函数(IMS)插值预测方法适合美国印第安纳州交通量的分布实际,预测误差最小.     

Taylor展开随机径向基点插值无网格法在随机非稳态热传导中的应用

用Taylor展开随机径向基点插值无网格法(TSRPIM)对随机温度场进行了分析.径向基点插值是一种新型的无网格法,采用耦合径向基函数和多项式基函数构造近似函数,有效地解决了点插值中系数矩阵奇异性问题,而且由于插值具有Delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.同时利用Taylor展开法,建立了随机结构分析的Taylor展开随机径向基点插值无网格法(TSRPIM).数值实例表明在随机温度场分析方面随机无网格法具有明显的优势.     

不同空间插值方法对博斯腾湖水体矿化度的适应性评价研究

文章通过用GIS中常用的五种插值方法,反距离加权(IDW)、全局多项式(GP)、局部多项式(LP)、普通克里金(OK)和径向基函数(RBF)对博斯腾湖的矿化度进行了空间插值,利用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)三个误差评定指标结和模拟值与实测值的相关系数R2对这五种不同插值方法精度进行了综合性评价。结果表明:全局多项式插值方法在博斯腾湖矿化度插值中取得的精度最高,其中均方根误差、平均绝度误差、平均相对误差和相关系数分别为0.03383、0.02525、0.01921和0.97763。最后利用全局多项式插值方法得到的结果对博斯腾湖矿化度空间分布状况进行了分析评价,博斯腾湖水体矿化度存在明显的空间梯度。矿化度的空间分布主要与流入和流出地表水及其水质息息相关,即在西北方向的矿化度最高在1.5-2.0g/L,博斯腾湖中央和东南方向上矿化度相对较低在1.0-1.5g/L,在西南角方向的矿化度最低在0.7-1.0g/L。这些研究成果对于博斯腾湖水资源的可持续管理和区域社会经济发展等领域具有重要的参考意义。     

热风加热沥青路面的湍流共轭传热与温度场预测

为了揭示沥青路面传热机理，研究了热风冲击射流对流换热和沥青路面内部导热的共轭传热过程，建立了热风加热沥青路面的冲击射流湍流共轭传热理论模型，采用大涡模拟研究了沥青路面温度场分布，获得了沥青路面温度场样本数据.利用本征正交分解法(POD)对温度场样本数据进行降阶处理，选取径向基函数插值方法，预测出了沥青路面温度场分布.仿真和实验结果表明：热风加热沥青路面冲击射流的湍流模型计算结果与实验温度的平均误差为5.4%;温度场预测精度随着选取模态阶数的增大而增强，采用POD分解与径向基函数插值方法计算温度场耗时仅为数值计算时间的0.63%,实现了沥青路面温度场快速且高精度的预测.     

计算三维温度场及温度应力的径向点插值无网格法

在分析径向点插值无网格法计算温度场优点的基础上,用变分原理推导其求解三维不稳定温度场的支配方程,并进而推求温度应力.研制相应的程序并通过混凝土矩形棱柱体浇筑块不稳定温度场计算的算例进行验证.     

GIS与地统计学的土壤水分空间插值方法

空间连续的土壤属性数据是土壤信息系统工作的基础,土壤水分在土壤形成和土壤肥力上有着不可替代的作用.作为土壤水分变化的时空定量监测方法,土壤水分空间插值方法及其精度是数字土壤研究的重点,但不同空间插值方法对山地平原过渡地带土壤水分的影响尚不清楚.以龙门山与成都平原过渡地带的绵竹市部分区域为研究区,在土壤采样、测试获取土壤水分数据基础上,采用反距离权重法(IDW)、普通克里格插值法(Kriging)、径向基函数插值法(RBF)和回归克里格法(RK)等不同方法对土壤水分进行空间插值,并以土壤样点水分数据为参考值对其插值结果进行对比分析.结果发现:1)在众多插值方法中,克里格插值的适用性最好;而当目标变量空间自相关性较弱,与环境因子相关性较强时,回归克里格是较为优越的插值方法;当目标变量呈现出局部变异性时,最适宜采用反距离权重法;在目标变量在短距离内出现剧烈变化或样本值可能有测量误差或不确定性时,不宜使用径向基函数插值法.2)除了插值方法的选择外,采样点的密度和数目、插值方法中参数的设定以及空间自相关的范围和程度都是影响其插值精度的因素.3)从其插值效果中可以看出山地平原过渡带的土壤水分空间分布特征为西北山区的土壤水分含量明显高于东南平原,城镇周边土壤水分含量明显低于周围耕地.根据土壤水分含量的空间分布差异,各地可安排相应的农事活动.     

基于BPNNSI的多年平均水面蒸发量插值方法

以广东省117个蒸发站点为基础数据,分析了多年平均水面蒸发量的空间分布特征及其与经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向、太阳天文辐射、植被指数的内在关系,提出了一种基于DEM与GIS技术并利用BP神经网络模型进行插值的新方法(BPNNSI)。用没有参与建模的24个站点进行验证,结果表明,该方法由于综合考虑水面蒸发量的各种影响因素,明显的优于IDW、KRIGING方法。因而该方法不仅能够用于水面蒸发量的空间插值,而且依此获取的高精度、高分辨率蒸发量数据,对与其相关领域的研究具有重要意义,还对降雨、平均气温等的空间插值有借鉴意义。     

NCEP震前异常增温数据插值及可视化方法

地震前通常伴随着异常增温现象,传统获取增温信息的方式,对异常温度场的整体信息体现得不够明显。为弥补传统方式的不足,文章采用双维度插值法及三维整体插值法对震区国家环境数据中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)温度数据进行插值,重建震区异常温度场,并运用直接体绘制技术对其进行可视化。实验表明,从体绘制结果中能够直观地获取异常温度场的整体信息,更易分析出震前异常增温特征,2种插值算法都能够重建震区异常温度场,相比而言,双维度插值法的绘制结果较为平滑,三维整体插值法更能体现出温度变化的整体性。     

基于ArcEngine的闪电强度等值线的自动绘制

采用Eclispe RCP平台,利用Oraclc数据统计出闪电数据,使用ESRI提供的ArcEngine组件实现反距离加权插值(IDW)方法,同时,加入Job后台任务处理机制,避免数据在导入过程中假死机的现象.结合南京地区的闪电数据,自动绘制出闪电强度等值线.结果表明:该方法的结果反映了南京地区闪电的空间分布规律.