空间插值分析算法综述

空间插值分析算法是一种应用于将离散点的测量数据转换为连续数据表面的算法,能够将连续数据曲面与其他空间现象的分布情况进行比较,它在空间信息方面具有广泛的应用场景,尤其是地理信息方面.对泰森多边形法、反距离权重插值法、样条函数插值法、克里金插值法等空间插值算法的插值原理和应用场景进行综述,对空间插值分析算法的进展和未来研究方向进行了探讨.     

针对Kriging插值结果的空间查询方法

Kriging插值方法及其各种改进模型已被广泛应用,但由于其插值结果是栅格形式,因此不利于与矢量数据叠加分析。为了更加便捷地使用插值结果,在衡量Voronoi图和最小外接矩形特点的基础上,提出了适用于Kriging插值结果的数据结构及空间查询方法。查询某一点位的特征值时,先通过区域的最小外接矩形初步判断出该位置可能存在的区域,进而逐一判断点与所选区域的空间关系,根据点所在区域的属性值得到该点位的特征值。该方法实现了对Kriging插值结果的空间查询,其正确性通过某露天矿的实际运行数据得到了验证。实验结果表明,该方法的查询效率控制在毫秒级,能够满足矿区车载终端程序及类似应用的需求。     

一种融合遥感和地面观测资料的雪深空间插值方法

针对积雪观测站点稀少的问题,提出一种考虑海拔影响,能够融合MODIS积雪面积产品和站点观测的雪深空间插值方法,该方法利用去云后MODIS积雪面积产品构建的无积雪“虚拟站点”弥补站点分布不均匀和稀少的不足,利用泛协克里金插值方法考虑海拔对雪深的影响。利用北疆地区50个气象站点的逐日雪深观测资料、逐日MODIS积雪面积产品和AMSR-E被动微波雪水当量和雪深产品,对普通克里金、泛克里金、普通协克里金和泛协克里金插值结果进行了比较研究。研究结果表明:积雪覆盖范围较大时,站点雪深与海拔之间相关系数较大,利用泛协克里金插值结果精度高且稳定;否则利用普通克里金插值精度较高且稳定。通过增加“虚拟站点”,能够提高雪深插值精度,并在一定程度上修正了克里金插值中存在的平滑效应。
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空间克里金插值的时空扩展与实现

空间克里金插值常用来补充采样点不足的问题,当数据分布与时间和空间都有关系时,面向空间的方法直接应用到时空过程可能导致有价值信息在时间维的丢失,由此导致了时空克里金插值的研究。研究的目标是将空间插值模型扩展到时空领域并实现时空变异函数、时空插值和时空交叉验证。其方法是首先获得最佳变异函数模型和时空下的有效基台值、块金值与变程,然后实现时空克里金插值的扩展,最后通过时空交叉验证去验证扩展的时空克里金插值方法的有效性。验证结果表明,扩展的时空方法能为随机领域以一定的精度提供较多的信息,为不同时空环境下的预测或插值提供了一个有效的途径。     

人工神经网络在降水量空间插值中的应用研究

降水的空间分布信息在水资源管理与分析中越来越重要,而降水插值是获取降水量信息的重要途径.对云南省内117个站点进行月平均、年平均的空间降水插值试验,采用融合地理信息的BP网络模型和径向基函数网络模型,并选取反距离加权法和克里金方法,对各种方法的插值结果进行对比分析,计算结果表明,人工神经网络方法可调参数较少,操作简单,插值效果较好.     

基于克里金空间插值的MODIS积雪覆盖率产品去云方法

由于云与积雪在可见光和远红外波段都具有相似的光谱特征,使得光学遥感监测积雪受到天气的严重干扰,如何消除亚像元尺度上MODIS积雪覆盖率(Snow Cover Fraction,SCF)产品中云的干扰成为了一个亟待解决的难题。通过分析亚像元尺度上SCF分布的空间变异性,提出了一种基于克里金空间插值的MODIS SCF产品去云方法,分别利用普通克里金(Ordinary Kriging,OK)和以海拔为协变量的普通协克里金(Ordinary Co\|Kriging,OCK)进行去云实验。11个不同日期的实验结果表明:OK和OCK方法在MODIS SCF产品去云中均能达到较高的精度,特别是在云覆盖率低于20%的情况下,此时OCK的精度要好于OK;而当云覆盖率大于20%时,OK的精度略高于OCK,但两者的精度都明显低于云覆盖率低于20%的情况,而且平滑效应都比较明显。     

基于半监督学习的克里金插值方法

针对数据量较小时,克里金插值精度低的问题,将克里金插值模型与半监督学习理论相结合,利用未标记样本参与训练改进模型性能,提出基于半监督学习的克里金插值模型,即自训练克里金插值模型（STK）和协同训练克里金插值模型（CTK）。以北京地区2017年4月和5月的PM2.5浓度数据作为实验数据,采用克里金插值模型、STK和CTK进行对比实验。实验结果表明,这两个模型既具有半监督学习的优点,适用于只有少量标记样本的情况,又可以分析空间现象的分布模式。其中CTK采用两个模型协同训练,有效削弱了早期误差对后期训练的影响,利用未标记样本提升了模型的性能。     

基于克里金空间插值的位置指纹数据库建立算法*

为解决室内定位系统中建立位置指纹数据库工作量庞大的问题,提出了一种融合信号衰减因素的普通克里金空间插值建库算法。该方法首先采用高斯滤波对有限预选参考点的信号强度采样数据进行预处理,并基于球状模型由参考点预处理数据拟合出空间变异函数,然后采用普通克里金插值法对其它位置的信号强度进行估值并生成相应的位置指纹,最后由有限实测数据生成大容量高分辨位置指纹数据库,并通过KNN_Filter算法和对数权重算法完成了定位仿真,验证了该建库方法的有效性。仿真实验结果表明,该算法在保证定位精度的前提下相比传统建库方法可降低40%左右的工作量,提高了室内位置指纹定位方法的工作效率。     

基于Surfer Automation的地磁场空间插值方法研究

为了准确制备精细地磁图,提出了一种基于Surfer Automation的地磁场空间插值的实现方法.该方法集成了Surfer的空间插值算法,并利用了Matlab的计算功能和可视化技术,实现了冗余数据的剔除和地磁图的制备,大大缩短了开发时间,避免了重复开发.     

加权边沿自适应的场内插值去隔行方法*

为实现隔行扫描图像到逐行扫描图像的扫描格式转换,提出了一种基于空间加权和边沿自适应的场内插值去隔行算法。该算法包括LRV（left right vertical）评估和边沿自适应插值。相比传统的去隔行算法,LRV评估可以有效地消除伪边沿插值;在边沿自适应插值中增加预插值判断进行插值方向初步估计,可以抑制反向插值错误;在边沿方向搜索中增加空间权值,可以提高插值的准确率。实验结果表明,该算法在处理图片和视频流时的图像质量均要优于传统的算法。     

基于混合并行的Kriging插值算法研究

普通Kriging方法是进行空间降水插值的一种有效方法。然而一方面由于海量数据插值计算量大,另一方面该算法的时间复杂度大,为减少空间降水插值的计算时间,采用OpenMP和MPI混合并行技术,实现Kriging并行算法。在Windows操作系统上搭建并行计算环境,实验数据表明,该并行算法能有效地节省计算时间。     

中国西部地区积雪深度的空间插值比较

应用反距离加权法、样条函数法、Kriging法对中国西部地区(79.05°～103.57°E,27.17°～48.05°N)113个气象台站观测的年平均积雪深度进行空间插值比较研究。结果表明反距离加权法和样条函数法的插值结果与积雪深度的实际分布情况有一定的差异;普通Kriging法能够反映出研究区积雪深度分布的空间结构特征,与实际情况比较吻合。影响插值结果精度的主要原因是研究区内气象台站稀少且空间分布很不均匀。可以通过合理的采样设计,将确定性方法和随机方法相结合,并考虑地形、气候等影响积雪分布的因素来提高空间插值的精度。     

基于空间内插的云下地表温度估计及精度分析

云覆盖下地表温度的估计,是热红外遥感研究的一个前沿问题。地表温度具有较高的空间相关性,理论上可通过空间内插值方法来估计云覆盖下的地表温度,从而消除云对地表温度产品的应用限制。本文基于普通克里格插值方法和规则样条函数插值方法提出了云下地表温度的估计方法,并通过ArcGIS软件进行应用试验,分析了这一方法在不同云覆盖范围内的估计精度。实验结果表明,当云覆盖小于9km2时,城市地区的估计误差小于1℃,而农田地区为0.6℃。因此,本文提出的云覆盖下地表温度的估计方法在一定的云覆盖范围内是可用的。     

Edge-Oriented Spatial Interpolation for Error Concealment of Consecutive Blocks

This paper proposes a low-complexity spatial-domain error concealment （EC） algorithm for recovering consecutive blocks error in still images or intra-coded （I） frames of video sequences. The proposed algorithm works with the following steps. Firstly the Sobel operator is performed on the top and bottom adjacent pixels to detect the most probable edge direction of current block area. After that one-dimensional （1-D） matching is used on the available block boundaries. Displacement between edge direction candidate and most probable edge direction is taken into consideration as an important factor to improve stability of 1-D boundary matching. Then the corrupted pixels are recovered by linear weighting interpolation along the estimated edge direction. Finally the interpolated values are merged to get last recovered picture. Simulation results demonstrate that the proposed algorithms obtain good subjective quality and higher PSNR than the methods in literatures for most images.     

基于AE的空间数据批量插值方法

为得到样本空间内连续的栅格数据,以ANUDEM插值算法为基础,基于ArcGIS Engine组件进行二次开发,实现一种空间数据的批量插值方法。对样本空间内的离散测量数据进行检索,重新组织数据格式并进行批量插值操作,将结果以图形化的形式显示。在云南蒋家沟流域水文计算系统中的应用结果表明,利用该方法可得到大批量可信度较高的流域雨量分布数据。     

基于NSCT的区域自适应图像插值算法

提出一种基于非下采样轮廓波变换(nonsubsampled contourlet transform, NSCT)的分区域自适应插值算法,将图像划分为不同区域,相应地采用不同的方法实现图像插值.首先,构造了一类有理函数插值模型,分析了其C\\+2连续性条件,给出了误差估计.其次,通过NSCT捕获到图像的边缘轮廓信息,利用其高频信息的统计特性设定阈值,根据阈值将图像自适应地划分为边缘区域和非边缘区域.最后,边缘区域采用新的基于边缘指导的插值(new edge-directed interpolation, NEDI)模型,非边缘区域采用C\\+2连续有理函数模型插值,进而得到目标图像.实验结果证明:提出的基于NSCT的区域自适应插值算法与当前经典插值算法相比,在处理图像纹理细节和边缘方面具有明显优势,同时获得了较好的客观评价数据,且时间复杂度较低.     

昭平台水库上游区域降雨侵蚀力时空变化特征

昭平台水库是淮河上游一座重要的防洪工程,由于库区的水土流失造成的泥沙淤积严重,加强库区水土流失治理与监督监测尤为必要。而降雨侵蚀力的时空分布规律研究则是实现区域土壤侵蚀定量监测预报的重要基础。本文利用昭平台库区上游20年雨量站17年的资料对该区年降雨侵蚀力进行了分析研究,利用中汤代表站次降雨过程资料计算分析了区域降雨侵蚀力的年内分布特征。区内降雨侵蚀力年间变化规律同雨量变化总体趋势相同,并呈现4~5年的变化小周期,空间上从西南至东北逐渐减小,并形成一个高值区和一个低值区;年内R值集中分布于6~8月,占年R值75.4%,同月雨量的分布一样呈单峰型,最大值均出现于8月份。