基于地理信息系统的空间插值算法研究

本文根据"北海区环境预报信息集成系统"对于ArcGis Engine中常用空间插值算法进行研究,主要研究了反距离加权插值算法、克里金插值算法、样条函数插值算法,并对反距离加权插值算法进行了改进,在本系统中利用该算法进行插值计算。研究各个算法的实现原理及各个算法的有缺点。经研究发现:应用Kriging插值算法的插值效果较好,IDW插值算法简单、易于实现,Spline算法计算量小,可以产生平滑的曲线。     

耕地养分空间插值技术与合理采样密度的比较研究

土壤养分连续空间分布数据是土壤信息系统工作的基础,土壤养分空间插值的研究因此变得尤为重要.对湖北省鄂州市进行土壤养分采样调查,以对作物生长作用较为密切的有效氮、有效磷、有效钾、pH为研究对象,运用克里格法(Kriging)、样条函数法(spline)、距离权重倒数法(IDw)3种插值方法对数据进行栅格化处理,分析比较3种插值方法所得结果的特性以及对耕地养分数据插值的适宜性.通过调整空间采样点密度,比较几种空间采样密度对插值结果的影响,总结3种插值方法在不同空间尺度下的插值精度,并在不同土壤类型内进行不同采样密度的插值分析.     

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.     

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.     

三峡区间面雨量空间插值方法对比分析

空间插值是常用的面雨量计算方法,以三峡区间为研究对象,选取反距离加权、普通克里金、协同克里金3种空间插值算法,进行面雨量空间插值计算和对比分析,其中协同克里金插值将地形作为影响因素。三峡区间面雨量插值结果表明:克里金插值在精度上要优于反距离加权插值,插值效果也更平滑;协同克里金的插值精度优于普通克里金,平均绝对误差、误差均方根相对于普通克里金插值分别降低了19%,10%。因此,在山区或地形复杂区域的面雨量计算,将地形作为协同区域化属性的协同克里金插值更合适。     

基于PCL的三维流体载荷向结构载荷转换方法

为在MSC Patran中实现三维流体载荷向结构载荷的转换,分别基于反距离加权（InverseDistance Weighted,IDW）插值法和薄板样条（Thin Plate Spline,TPS）法,用PCL编写载荷转换程序.在MSC Patran中通过创建空间场来调用该程序,再通过创建压力载荷来调用所创建的空间场,从而实现转换.用该程序对内部受流体压力的管道进行结构分析,结果表明IDW插值法和TPS法都能很好地实现载荷转换,运算耗时相当;使用IDW插值法时,若插值点过多则会降低插值精度.     

Kriging空间插值最优估计模型的研究

空间插值对土地价格、降雨量、人口分布,等进行估计是最常用也是最有效的方法。空间插值的理论假设是空间位置上越靠近的点,越可能具有相似的特征值;而距离越远的点,其特征值相似的可能性越小。Kriging插值方法以统计学理论为基础。如果采样点数据比较少的情况下,可设计出对Kriging插值的半变异函数进行拟合的实验方案,并从中选出误差最小的估计模型。     

时空自适应加权的MODIS积雪产品去云方法

鉴于MODIS积雪产品存在的空间不连续降低了数据的应用潜力,该文提出一种时空自适应加权的去云方法,同时顾及积雪在空间和时间上的相关性,自适应地衡量两者对积雪分布的影响。以新疆伊犁河流域为实验区,进行了模拟验证和基于气象台站数据的真实验证。结果表明:该方法能完全去除云覆盖,去云精度可达到90%以上,且对不同云量的修复都有较好的鲁棒性,能真实地反映地面积雪覆盖情况,可为积雪监测研究提供数据保障。     

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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Kriging方法在输电线路气象环境建模中的应用

由于气象测点个数有限、分布不均匀且与线路走廊不一致,无法为研究灾害引发的线路故障及其防御技术提供精确的输电线路气象环境数据模型.为此,本文分析了Kriging空间插值方法的实现原理,应用Kriging插值方法实现对输电线路气象环境数据的网格化建模,并制定插值结果校验方法及评价标准,选取江苏省级电网可获取的996个气象测点2017年某日的温度数据,通过Kriging法进行网格化插值并对结果进行分析比较,验证了适用于该区域输电线路的温度数据网格化插值的Kriging半变异函数模型的选取过程.     

A high-accuracy method for filling voids and its verification

A new method for filling voids is developed by improving the approach to high- accuracy surface modelling (HASM), which is based on the first fundamental coefficients and the second fundamental coefficients of surfaces. The first fundamental coefficients are used to calculate the lengths of curves, angles of tangent vectors, areas of regions and geodesics on the surface. The second fundamental coefficients reflect the local warping of the surface, namely its deviation from the tangent plane at the point under consideration, which can be observed from outside the Earth. Nine regions with different landform complexities in hilly, plateau and mountainous areas are selected for testing the performance of HASM by comparing those ones of the classic methods such as triangulated irregular network (TIN), inverse distance weighted interpolation (IDW), advanced Spline method (ANUDEM), Spline and Kriging. The results demonstrated that the HASM void filling always has the highest accuracy regardless of the landform complexity, void area and auxiliary data.     

区域尺度雪深验证数据的加密研究

在区域尺度的微波遥感雪深反演中,由于气象站点的稀少和分布不均匀,导致雪深数据真实性检验难以进行,本文提出使用克里金插值法来解决这一问题,并证明了插值结果作为AMSR-E雪深反演验证数据的可靠性和可行性。     

Efficient multiresolution spatial predictions for large data arrays

Imputations of missing values and optimal smoothing with massive data arrays poses a computational challenge since ordinary kriging becomes infeasible. Imputation and smoothing with standard algorithms like inverse distance weighted nearest neighbour interpolation (IDW) and interpolation on triangulated irregular networks (TIN/IP) fail to incorporate the spatial structure and ignore information beyond the neighbourhood. Multiresolution spatial models (MRSM) or approximate kriging methods adapted to handling massive data sets can be expected to do better than IDW and TIN/IP in terms of mean square errors of prediction (MSEP). We illustrate a MRSM that is efficient, computationally fast, and easy to implement. In two forestry examples with imputation of LiDAR range values the MRSM achieved a lower MSEP than IDW, TIN/IP, and fixed ranked kriging. MRSM appear as especially attractive for the construction of a DTM from last return LiDAR pulses. A third example demonstrates MRSM for efficient smoothing.     

高精度曲面建模方法的系统构建

高精度曲面建模方法（HASM）是一种基于微分几何学曲面理论的曲面建模方法。大量数值实验表明,HASM的模拟精度高于Kriging、IDW、Spline等经典的插值方法,并已成功应用于土壤属性曲面建模、气温要素、DEM构建及生态系统变化趋势等领域。由于目前的HASM程序大多是用Matlab、C++、Fortran等语言开发的,受开发工具的限制,尚没有便于使用的图形界面,阻碍了方法的推广应用。针对这个问题,利用C#语言,在Visual Studio中构建了基于windows窗体的HASM模型系统,并做了一定的数值测试实验,结果表明了该系统的有效性。     

分形布朗运动在水下地形模拟中的应用

由于水下地形的高程数据获取困难,如何运用少量的数据生成真实感强、精度高的地形模型是值得研究的问题。运用分形布朗运动（fBm）模型得到水下地形的分形特征参数,结合随机中点位移内插算法,通过Matlab编程实现了三维水下地形的模拟。以长江口深水航道为例,讨论了其运用fBm的可行性,模拟生成了三维航道地形,并与 ArcGIS自带的插值方法进行比较,采用等深线重构法对插值结果进行精度分析。比较结果显示,基于fBm模型模拟得到的地形具有丰富的地表细节,反映了地形的复杂性和不规则性,具有很好的可视化效果,同时能保证较好的精度。     

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。     

加权最小二乘法改进遗传克里金插值方法研究

数据内插被广泛应用于地统计分析领域,克里金插值作为其中最为有效的方法之一,其原理是通过建立变异函数理论模型,得到可靠的权重值和拉格朗日系数,构成求解待测点的线性组合。为了有效地提高插值精度,文中利用加权最小二乘法优化遗传算法中的适应度函数,进而改进普通基于遗传算法优化的克里金插值方法。并且在MATLAB中利用外部工具箱确定模型参数,最后通过实例验证,将该方法与普通克里金插值以及遗传克里金插值结果进行对比,发现采用该方法,插值效果较好且误差也较小,证明了通过加权最小二乘法可以有效改进普通遗传克里金插值方法。