空间插值备课讲稿.ppt

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1、空间插值空间插值空间插值是用已知点的数值来估算其他点的数值的过程。在GIS应用中，空间插值主要用于估算出栅格中每个像元的值。因此，空间插值是将点数据转换成面数据的一种方法。2控制点控制点是已知数值的点，它提供了为空间插值建立插值方法（例如数学方程）的必要数据。控制点的数目和分布对空间插值精度的影响极大。3图15.1爱达荷州及其周边的175个气象站地图。4空间插值的类型空间插值方法可分成全局和局部拟合法。空间插值方法可分成精确的和不精确的。空间插值方法可分成确定的和随机的。5整体拟合法局部拟合法确定性随机性确定性随机性趋势面*回归泰森密度估

2、算距离倒数权重薄板样条克里金表15.1空间插值方法的分类*考虑到一些前提假设，趋势面分析可以看作一种特殊的回归分析，因而是一种随机方法。图15.2精确插值（a）和不精确插值（b）。7整体拟合法■趋势面分析是一种不精确的插值方法,它用已知值和多项式方程一起来近似估算点。■回归模型将一个因变量与一系列独立变量以线性方程作相关分析,然后作为插值用于预测或估计。图15.30号站点的未知值由其周围具有已知值的5个站点插值。9图15.4由三阶趋势面模型生成的等值线图（图中点符号表示位于爱达荷州内的已知点）。10局部拟合法局部拟合法用一组已知点的样本来

3、估算未知值，确定用于估算的已知点个数和已知点选择是很重要的。11图15.5搜索样本点的三种方法：（a）找到与估算点最邻近的点；（b）以半径搜索点；（c）用象限搜索点。12泰森多边形泰森多边形假设泰森多边形内的任意点与多边形内的已知点的距离最近。13图15.6由已知点和德劳奈三角形（细线表示的）插值生成的泰森多边形（粗线表示的）。14密度估算密度估算用已知点的样本来量测栅格中的像元密度。密度估算分成简单密度估算和核密度估算两种方法。15图15.7由简单密度估算法的每公顷范围内看到鹿的次数。16图15.8核函数是一个概率密度函数，在图上显示就

4、象格网上的一个“隆起”（“bump”）。17图15.9由核密度估算法计算的每公顷范围内看到鹿的次数。字母X标记的像元用做注释栏15.2中的例子。18距离倒数权重（IDW）插值距离倒数权重（IDW）插值法是一种精确插值方法，它假设未知值的点受近距离已知点的影响比远距离已知点的影响更大。19图15.10距离倒数平方法生成的年平均降水量曲面。20图15.11距离倒数平方法生成的等雨量线图。21薄板样条函数（Thin-PlateSplines）薄板样条函数生成一个通过控制点的表面，并使所有点连接形成的所有坡面的斜度变化最小（Franke1982）

5、。也就是说，薄板样条函数基于生成最小曲率的面来拟合控制点。22图15.12规则样条法生成的等雨量线图。23图15.13张力样条法生成的等雨量线图。24克里金法克里金法是一种用于空间插值的地统计学方法。与前面介绍的其它插值法相比，克里金法可用估计的预测误差来评估预测的质量。克里金法假设某种属性的空间变异既不是完全随机性的也不是完全确定性的。相反，空间变异可能包括三种影响因素：表征区域变量变异的空间相关因素；表征趋势的“漂移”或结构；还有随机误差。对几种影响的不同解释，形成用于空间插值的不同克里金法。25半变异图克里金法用半变异测定空间相关要

6、素，这里的要素是指对空间依赖的要素或称之空间自相关要素。相对于数据集中各对已知点的距离点绘半变异云图。如果数据集不存在空间相关，那么近距离已知点之间的半变异很小，相反，较远距离的已知点之间的半变异较大。26图15.14半变异云图。27区间分组（binning）半变异云图包含所有的控制点对，使之操作和使用不方便。区间分组（binning）的过程，是以距离和方向来平均半变异数据。28图15.15对图（a）中的1和2样本按方向进行区间归类的常用方法是径向扇区（b）。ArcGIS中的GeostatisticalAnalyst则使用如图（c）的格网

7、像元。29图15.16通过距离区间分组后的半变异图。30模型拟合半变异图通常须用某一数学函数或模型来拟合。拟合的半变异图可用于估算任意给定距离的半变异。31图15.17用数学函数或模型拟合半变异。32图15.18拟合半变异图的两种常见模型：球体模型和指数模型。33块金(nugget)、变程(range)和总基台值（sill）块金(nugget)是样对距离为0时的半变异，表示测量及分析误差或微小变异，或两者。变程(range)是半变异开始稳定时的样对距离。超过该变程，半变异趋平于相对恒定值。此时的半变异称为总基台值（sill）34图15.1

8、9块金、变程、总基台值和基台值。35普通克里金法（OrdinaryKriging）假设不存在漂移，普通克里金法重点考虑空间相关的因素，并用拟合的半变异直接进行插值。36图15.20基于指数模型