基于GIS的空间插值方法研究

对地理信息系统空间数据分析中的空间数据插值方法从广义的角度分为点的插值和面的插值进行了论述,讨论了点与面的各种插值方法的理论基础、算法以及应用方式,并对空间插值的应用与推广及相关的问题进行了阐述．指出在运用空间插值方法时,要得到理想的空间插值效果,必须针对不同研究区的实际情况,对实测数据样本点进行充分分析,反复试验比较,以选择最佳的方法,并在运用一般插值方法的基础上,依据自身需要及学科的特点,对插值方法进行改进,进而提出适合各学科研究的更优的空间插值方法．     

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GIS和地统计学的烟田土壤养分空间变异特征研究

基于GIS和GPS定位技术,结合网格取样,用地统计学方法研究了褐土烟区土壤养分(有机质、碱解氮、速效磷、速效钾)的空间变异规律,并绘制了养分空间分布图.结果表明:土壤养分在整个研究区内均表现出中等变异水平,其变异性大小表现为:速效磷有机质碱解氮速效钾.除有机质外,其它元素都表现出较强的空间结构性,土壤有机质的空间相关距最大,达447m,碱解氮的自相关距最小,仅123m;速效磷和速效钾的相关距分别为337m和345m.基于半方差函数模型,用普通克里格法对研究区土壤养分进行了克里格插值,结果表明:有机质在研究区内普遍缺乏,速效磷、速效钾含量中等,而碱解氮含量在整个研究区分布较复杂,呈零星装分布.     

基于GIS的云南省会泽者海镇土壤重金属插值方法

以云南省会泽县者海镇土壤中重金属的含量与分布状况进行数据采集,采用ArcGIS中的地统计分析模块对土壤中重金属分布进行空间插值研究.运用反距离加权插值、多项式插值、径向基函数插值法和克里金插值对土壤中重金属的进行插值比较,发现当土壤中的重金属基本符合正态分布是Kriging插值效果较好,而当数据为非正态分布其它的方法能够更好对该地区重金属发布进行模拟.     

基于地统计方法的中国西部气温空间插值研究

利用基于地统计学的简单克里格、普通克里格、协克里格及综合方法4种插值方法对中国西部地区的气温估计结果进行比较研究.气温的空间分布格局和交叉验证结果表明在考虑高程信息后协克里格和综合方法比简单克里格和普通克里格的效果好.相比之下,协克里格比综合方法有更多奇异值出现;其他指标也表明综合方法优于其他3种插值方法.     

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。     

基于地统计学和GIS的辽河上游区域土壤养分空间分异研究

利用3S技术,结合地统计学方法,对辽河吉林省段土壤总氮、总磷含量的空间变异特征和分布规律进行了研究.结果表明:研究区土壤总氮、总磷含量范围分别为0.33~3.21g/kg,0.18~0.78g/kg,变异系数分别为58.08%和41.5%,均为中等程度变异.土壤总氮、总磷的最优半变异函数模型分别为高斯模型和球状模型,空间预测模型以各向异性模型最佳.经Kriging插值分析,总氮、总磷含量为林地>旱田>水田>草地,呈纵向阶梯式变化趋势.土壤总氮密度变化主要受土地利用类型的影响,而总磷密度变化受农业活动的影响较大.区内总氮、总磷总储量分别为3 874.686t,1 136.49t,不同土地利用类型的总氮、总磷储量均表现为旱田>林地>水田>草地.     

渗流弥散的空间变异性及空间插值方法的比较研究

水质模拟与预测是评价和保护地下水工作中不可或缺的重要程序。由于地下水的储藏与运行特性及实际条件的限制,人们在对其进行观测时往往只能得到有限的监测结果,因此需要借助已知点信息来对未知点水质空间分布特性进行估计。现行的空间变异性估计方法很多,使用何种方法可以获得对渗流污染物运移空间变异性的最优估计,成为研究的重要课题。本研究选取反距离加权法、趋势面法、普通克里格法以及方位-分维法作为研究对象,用其对所渗流弥散实验的监测样本在不同的样本密度下进行空间插值,通过各种方法的估值精度的对比,对其在渗流污染物空间估计中的的估计效果做出评价。     

湖南省年均降水量空间插值模拟方法比较研究

用反距离权重法、普通克里金法、协克里金法、径向基函数法、全局多项式法、局部多项式法对湖南省及其周边50个气象站点1971-2000年年均降水量进行空间插值,将插值估算结果与检验点作对比分析,结果表明,上述6种插值方法均能反映湖南省内平均降水量的空间分布特征,局部多项式法插值误差最小,精度最高.由于降水量是受多因素影响的复杂过程,还需要考虑更多的因素对现有插值模型的改进,进一步提高降水量空间插值的精度.     

降雨空间插值方法的比较与改进

对几种常用的降雨空间插值方法,如泰森多边形法、距离平方倒数法、克里金方法的优缺点进行了分析和比较．考虑到高程对降雨量影响较大,在协克里金方法的基础上将高程作为第2类影响因素引入降雨量的空间插值方法中,并提出了引入高程信息的协克里金方法．将3种方法(距离平方倒数法、普通克里金方法、引入高程信息的协克里金方法)用于沿渡河流域降雨量的插值计算,结果表明,考虑高程信息的协克里金方法的插值效果明显优于其他2种方法．     

基于GIS的甘南高原积温资源空间插值分析

将气象台站的海拔和经纬度位置作为影响积温空间分布的因子,采用回归分析方法建立空间插值模型,对甘南高原0℃年积温进行空间插值分析,年积温资源分布图。研究表明,在甘南高原区域尺度上,积温资源的分布主要受海拔影响,积温与海拔之间关系以二次回归模型精度最好;全区包含了从寒冷到温暖共4个热量带,积温资源量总体偏低,其中0℃年积温小于1300℃的高寒带占有主要地位。     

基于仿射投影的光线空间插值方法

为有效处理不同视点图像中对应区域的不同形变和噪声污染,提高所绘制的视点图像的质量和速度,提出了一种基于仿射投影的光线空间插值方法.该方法首先利用尺度不变特征变换进行特征检测和图像配准,计算出相应图像对之间的仿射变换矩阵,然后利用仿射变换投影进行光线空间插值,并在小波变换域绘制出虚拟视点图像.实验结果表明,采用文中方法绘制的虚拟视点图像的峰值信噪比和计算时间均优于传统的块匹配插值和视差域滤波插值方法.     

土壤特性的空间差异及其空间插值方法研究

对土壤养分的空间差异及其空间插值方法进行研究,获得田间土壤养分的连续空间分布,是精准农业技术体系中用GIS管理和分析土壤背景数据的一项基础性工作.本研究对一块面积为28533m2的旱地以30m×30m间隔采样,获36个有关土壤速效钾、速效磷和有机质含量的采样数据.用移动平均、趋势面拟合、点状克立格、逆距离加权等空间插值方法得到各种插值的连续空间分布,与同期用15m×15m采样间隔所得132个实际观察数据进行比较,结果表明几种插值方法并无显著差异,但其中以克立格和逆距离加权插值整体效果最好,尤以克立格指数模型最佳.     

福建省降水空间插值方法比较与区域分布特征研究

选取福建省70个气象站点(其中10个为检验站点)1960—1990年的多年平均降水量作为数据源,基于Arc GIS10.1平台,采用了反距离权重加权法(IDW)、克里金法(Kriging)和趋势面法(Trend)三种空间插值方法,对降水的最优插值方法进行探究.结果表明,克里金法取得较好的效果,并对空间插值结果进行分析得出结论:福建省降水存在较大的空间变异性,并深受地形的影响,地区降雨量呈现出由东南沿海向西北内陆逐渐递增的趋势.而在德化、九仙山以及平和地区降水量呈现异常偏大情况,分析原因主要是由于在区域高大山脉的影响下,暖湿气流在地形抬升的过程中形成了大量降水.     

基于GIS方法的城市扩张空间模型研究

城市化的过程的城市空间形态变异是以城市区域的向外扩张为显著特征的,借助与GIS的空间应用模型,从空间发展、变化的角度,去探索城市化过程中城市发展的运动变化规律,提高预测的科学性和准确性。基于GIS空间分析的方法,从时空变化两个方面做深入研究。用GIS空间分析模型从时空变化的角度研究城市扩张的规律,从而探索城市空间变异的内部机理,具有较高的研究效率。     

复杂山地环境下气候要素的空间插值方法比较研究

复杂山地环境下气候要素的空间插值长期以来是地理科学研究的一大热点和难点问题.该文以中国康滇区为研究区域,以康滇区基准气象站点的分布图和1 km精度的数字高程模型为实验数据,借助传统的普通克里格法和反距离加权法以及将海拔高程引为变量的薄板光顺样条插值方法,对多年月平均温度和降水量进行空间插值方法的比较研究.结果表明,康滇区温度的空间分布呈现出明显的地带差异,而降水量的空间分布没有明显的地带差异;均方根误差等统计指标评价薄板光顺样条插值方法的插值精度最高.与普通克里格法和反距离加权法相比,薄板光顺样条插值方法更适宜用于复杂山地环境下气候要素的空间插值.     

雅鲁藏布江流域气象要素空间插值方法的比较与改进

雅鲁藏布江流域地形和气候环境复杂,而站网分布稀疏,研究该流域气象要素的空间分布对流域径流模拟和区域水资源管理具有重要意义.本文采用反距离加权法、全局多项式法、局部多项式法、泛克里格法、考虑高程因素的协克里格法以及改进的克里格法对雅鲁藏布江流域年平均降雨量和气温的空间分布进行分析,并应用交叉验证法对插值结果进行比较.结果表明,考虑高程因素的协克里格法对年平均降雨量和气温的空间内插结果有较大改善;气温进一步采用改进的克里格法进行空间内插,精度得到提高.     

基于地形的大气水汽插值方法比较

对于分辨率差别较大的MERIS水汽产品与ASAR数据,直接利用ONN地形模型进行大气空间插值对局部地形变化较大的区域插值精度不高。针对这一问题,在基于ONN地形水汽空间插值的基础上,提出应用普通Kriging和von Karman Kriging 2种插值模型对局部大气进行空间插值。为修正Kriging模型引起的局部过度平滑问题,运用这2种Kriging模型的基础上,提出运用Yamamoto修正的Kriging法对区域大气残差进行空间插值。将全局ONN插值结果与局部大气残差估计值相加,得到区域的大气分布状况。对3种不同的插值方法进行交叉验证比较发现:利用ONN地形模型+基于残差的von Karman Kriging方法空间组合插值方法精度,无论是均方根误差ERMSE、平均绝对误差EMAE、平均相对误差EMRE还是平均相位标准偏差都远低于ONN地形模型+基于残差OK的空间组合插值和简单的ONN地形模型的插值误差,而且ONN地形模型和基于残差的von Karman Kriging的空间组合插值方法能进一步克服ONN+基于残差OK模型的区域平滑问题,更符合大气的空间分布特征。     

基于GIS的农田土壤重金属空间插值分析及污染评价——以江苏省南通市为例

以江苏省南通市土壤重金属污染情况调查的资料数据为基础.比较不同的空间插值方法后选用合适的模型进行空间插值计算,并根据插值结果对南通市农田土壤重金属空间分布和污染现状进行分析和评价.研究结果表明,样本数据的离散程度会影响空间插值的结果,对离散程度大的数据,应根据实际应用进行转换以降低其离散程度.南通市五种重金属超过自然背景值的面积比例分别为:Hg 2.75%;As 23.02%;Pb 68.24%;Cd 0.01%;Cr 5.59%.南通市各市县Pb的污染指数均超过1,海门市、南通市区和启东市的As污染指数均超过1.南通市区、海门市和启东市的综合污染指数处于警戒限.通州市的综合污染指数接近警戒限.     

基于空间插值方法的路面结构设计湿度指标精度研究

目的选取最优的空间插值方法求取年降水量,为沥青路面结构组合设计提供湿度参数,进而达到依据区域湿度特点规范设计道路结构参数的目的.方法采用4种半变异函数模型的普通克里格法等3种常见的空间插值方法对辽宁省年降水量空间要素进行插值研究,采用交叉验证法评价各方法的插值效果.结果就辽宁省年降水量而言,4种半变异函数模型中的环形模型精度最高.利用CM半变异模型的普通克里格法和其他两种插值方法计算所得平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差具有一致性,其中OK法精度最高.结论选取CM半变异模型的OK法求取年降水量可满足计算要求,进而为道路结构设计的湿度参数选取提供参考.