粒子群局部优化的反距离权重插值算法

参考点与参数的选取会对反距离权重(IDW)的精度产生影响。针对多参数协同优化反距离权重算法(PIDW)忽略局部特性的问题,提出一种利用粒子群对IDW进行局部优化的改进算法——PLIDW。首先,分别对研究区域中各个样本点的参数进行寻优,利用交叉验证方法进行评估,记录各自最优取值的一组参数;同时,为提高查询效率,使用K维树(KD-Tree)保存空间位置与最优参数;最后,根据空间邻近程度从K维树选取最近的一组参数优化IDW。基于模拟数据与真实的温度数据集上的实验结果表明,相较于PIDW,PLIDW在真实数据集上的准确度提高4.18%以上,改善了PIDW存在的因忽略局部特性导致部分场景准确度低的问题,适应能力更强。

地形因子对反距离加权插值方法(IDW)最优距离指数的影响分析

反距离加权插值方法(Inverse Distance Weighted,IDW)是生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的常用内插手段之一,不同的地形应使用合适的IDW距离指数进行插值。本文选取了平原、丘陵、小起伏山地、中起伏山地和大起伏山地5种地形,设计了2组试验,从地形宏观形态和地形微观形态2个方面研究了地形对IDW插值中最优距离指数(Optimal order of distances,OOD)的影响。首先使用狼群算法(Wolf pack algorithm,WPA)计算不同地形区下IDW插值的OOD,分析不同地形之间OOD的分布差异;其次选取坡度、坡向、曲率3个地形因子,计算各采样点的OOD,分析不同地形因子对采样点OOD的影响。结果表明,从平原地区到大起伏山地地区,随着区域内地形起伏度的增加,OOD减小。采样点的OOD在高值区的占比随坡度增大而减小;OOD随坡向变化差异不大;随着地形曲率的增大,OOD在高值区的占比增加,在低值区的占比减小。在较为平坦的地区,例如平原地区,丘陵地区建议使用OOD在3≤a≤4范围内取值进行IDW插值,而在小起伏山地、中起伏山地和大起伏山地等山地区建议采用OOD在1≤a≤2范围内取值进行IDW插值。

反距离权重插值因子对插值误差影响分析

反距离权重插值法(IDW)作为空间分析中插值的一种常用方法,被广泛地应用于各个领域的插值计算中。针对反距离权重插值法中涉及到权重、权重幂数及搜索半径等影响因子,选用实测样本数据研究其随着幂数的变化对单点插值结果的变化趋势以及对整体插值误差的影响,通过实验数据的计算和理论分析,发现各点的插值误差变化趋势各不相同,但权重的幂数越大,权值越小,整体的单位权中误差也越大,从而整体精度越差;而随着搜索半径的增大,即数据点密度越大,得到的插值结果越好。因此,在不存在相同插值点的情况下,采用的样本数据密度越大,权重的幂数越小,得到的整体插值误差结果越好。

顾及局部特性的自适应3D矢量场反距离权重插值法

3D矢量场插值是拓扑分析与可视化应用的重要预处理步骤。针对反距离权重法(inverse distance weighted,IDW)在3D矢量场插值中参考样本选择缺乏科学指导以及无法反映矢量场局部特性的局限性,提出了一种顾及局部特性的自适应3D矢量场反距离权重插值法。首先基于距离影响度搜索初始样本集;然后对初始样本集进行分类,若其为小样本集直接采用IDW算法插值,若其为大样本集则基于矢量场局部线性近似进行优化得到优化样本集进行IDW算法插值。理论分析与实验结果表明,该方法能够自适应选择插值参考样本;并且插值结果在局部范围内符合矢量场的线性近似假设,插值结果更具有合理性;同时该方法还提高了IDW算法的插值精度。

顾及方向遮蔽性的反距离权重插值法

针对反距离权重(IDW)空间插值在实际应用中存在的缺陷,本文对IDW插值算法进行了优化改进,提出了调和反距离权重(AIDW)空间插值方式。该插值方式在传统IDW的算式中增加了反映样点方位的调和权重系数K,其插值过程综合考虑了样点距离和样点方位对插值点的共同影响。理论分析和实例应用表明:AIDW插值方式可减小或克服样点分布不均的IDW插值缺陷,使离散点的空间插值结果更趋于合理,其等值线绘制亦可有效避免传统IDW插值中的孤立圆及同心圆现象,使等值线的绘制更接近于人工作业。

考虑高程的雨量反距离权重插值法研究

在普通反距离权重插值法的基础上,采用考虑高程的反距离权重插值法,在山区和山区、平原混合地形区分别进行了雨量插值。结果表明:1在山区,考虑高程的反距离权重插值法可明显提高插值精度,且搜索半径越小,插值越精确;2在山区、平原混合地形区,普通的反距离权重插值法精度较高,但是搜索半径变小时,误差也有一定减小;3通过贵州西部地区插值结果的对比,认为权重指数α=2时结果比较理想。

基于运动学标定和空间插值的机器人定位误差补偿

绝对定位精度是衡量机器人性能的重要指标。为提升工业机器人的绝对定位精度,提出一种融合运动学标定和空间插值的定位误差分级标定的方法。首先基于D-H法建立机器人运动学模型,运用微分运动学理论建立机器人末端位置误差模型,结合IGG3权因子函数采用抗差岭估计辨识了运动学参数。而后基于机器人定位误差空间相似性特点,采用空间插值法对剩余误差进行补偿。最后通过实验对所提出的方法进行了验证。结果表明:机器人定位误差RMS值由补偿前的0.812 mm减小为0.049 mm,精度提高了93.97%。该方法能够有效减小机器人的绝对定位误差,提高定位精度。

MODIS 1B数据基于反距离权重的插值方法研究

在VC环境中自主开发了反距离权重法插值程序,并在ENV I系统环境实现了其它常规插值技术,通过在同一软硬件环境中对同一幅图像数据分别用不同的插值方法进行处理分析,发现反距离权重法有较好的纹理与清晰度,而且公式简单,易于实现。

基于反距离权重插值的城市超标洪水淹没风险分析研究

文章以全国重点防洪城市之一南昌市为例,利用ArcGIS扩展模块中反距离权重插值模型(IDW),构建了南昌市城市范围水位曲面,计算分析了超标洪水淹没风险范围。结果表明,当南昌市遭遇超标洪水时,除红谷滩等地势较高的区域外,城区范围内约558.91km^(2)区域会受洪水威胁。该成果可为南昌市水行政部门防洪决策提供依据。

基于反距权重插值的入海河口水环境研究

对某入海河口在春季和夏季进行2次水体环境因子(TP、TN、COD、Chla、SS)监测,利用Arc Map扩展模块中反距离权重插值模型,对各监测值分别进行插值分析。通过插值结果,对营养盐、Chla、COD和SS在时间和空间上的差异进行探讨,揭示了入海河口水体环境因子在季节差异和流域分布上的独有特点。

反距离权重插值法模拟降水分布时的幂系数优化

针对反距离权重插值法在模拟区域降水分布时的缺陷,提出利用插值点附近的已知点密集度以及已知点的相对方位描述插值点的位置特征,并将位置特征参数归一化为反距离权重插值法的权重幂系数进行插值计算。通过验证,证明该方法在模拟降水分布时比采用常数权重系数有更好的效果。

基于Gini系数和空间IDW插值法的山东省卫生资源配置公平性分析

目的从人口、地理和地域空间的角度来评价山东省卫生资源配置的公平程度。方法采用基尼系数对卫生资源配置的人口和地理公平性进行评价;利用地理信息系统的反距离权重插值法对地域空间上卫生资源配置的公平性进行描述性分析。结果山东省卫生资源配置在人口和地理上均处于相对公平状态;反距离权重插值法分析得出,经济发达地区卫生资源配置水平普遍高于经济落后地区。结论山东省卫生资源配置总体来说公平性较好,但是地域分布有一定差异,应该引起管理者的重视,提高对经济落后地区的卫生资源的投入。

海洋次表层FIDW温盐影像插值算法

最大限度地提高海洋次表层温盐影像插值速度,是解决渔况信息动态服务效率的关键。IDW可以实现海洋剖面观测点的二维插值,但通用的IDW算法效率较低,采用FIDW方法提高插值效率,在使用相同计算公式的情况下实现影像快速插值,插值结果经过实测数据验证表明误差的范围可以满足渔业分析应用的需要。

基于基尼系数和IDW插值法的云南省卫生资源配置公平性分析

目的分析2017年云南省卫生资源配置的公平性,为今后卫生资源的投入、规划布局提供依据。方法采用基尼系数对云南省2017年各项卫生资源按人口和地理分布的公平性进行评价,利用反距离权重插值法对云南省2017年卫生资源按地理分布情况进行描述分析。结果 2017年云南省卫生机构数、病床数、卫生技术人员和执业(助理)医师数按人口分布的基尼系数分别为0.138 6、0.124 8、0.190 4和0.235 5,按地理分布的基尼系数分别为0.331 3、0.379 0、0.379 7和0.402 8。结论2017年云南省卫生资源按人口配置的公平性优于地理配置的公平性,其中执业(助理)医师配置的公平性最差。云南省2017年卫生资源在地理空间上呈现以昆明市为中心向四周辐射递减的趋势分布,而西北部区域卫生资源配置最低。

结合灰色关联改进反距离加权插值法的劈分新方法

油井产量劈分是多层油藏精细开发的重要前提,产量劈分的准确与否是油田开发后期增产措施的实施和提高最终采收率的关键。常规的地层系数劈分方法往往只考虑油层的静态参数,未考虑层间干扰等相关动态参数的影响,势必产生巨大的误差,已难以解决多层油藏产量劈分问题。为此,在常规劈分方法的基础上,运用反距离加权插值法,构建一种新的产量劈分预测模型,并运用灰色关联分析方法,将劈分系数中各影响因素进行定量化对比,确定出影响劈分系数的主要因素,最终实现油井的产量劈分。该方法应用于Z油田X区块产量劈分,与常规方法相比精度明显提高,符合实际的开发特征,为油藏后期的开发提供了重要的科学依据与指导作用。

一种顾及方向遮蔽性的高效空间插值方法

反距离权重插值方法在航空航天中有着广泛的应用,但其存在仅考虑距离关系而忽视方位关系的缺点,顾及方向遮蔽性的调和反距离权重插值方法弥补了这种不足,提高了插值精度,但仅适用于平面插值。借鉴该方法的基本假设,根据归一化后样本点的不同空间分布,以平面均匀角和球面均匀角为基准,制定统一的均匀性量化标准,提出一种更具普适性的三维空间插值方法。在搜索插值点的临近样本点时,提出一种最近邻搜索算法,极大提高了插值计算效率。通过测试函数计算发现,与反距离权重插值方法相比,所提插值方法误差显著降低。将所提插值方法应用于某型民用飞机短舱的气动载荷插值,结果表明,所提插值方法兼具高效和高精度的优点。

基于IDW插值的测量数据等值线生成方法

航道测量是航道维护管理的重要工作,而测量数据的内业成图是电子航道图、数字航道等运行的数据基础。针对传统等值线绘制与检查流程耗费大量人力与工时的问题,采用IDW(反距离加权)插值方法与ArcGIS工具,设计了等值线生产方法与优化方案,并以此开发等值线生成平台。实践表明:新的等值线生产方法具有较高的生产效率,等值线生成平台可以推广应用于航道内业制图。

顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法

水深是反映海底地形地貌的最基础要素,对缺失的水深点进行准确的插值能帮助有效地表达海底地形地貌起伏形态。针对海底地形变化复杂的区域,传统的反距离加权插值法存在只考虑样本水深点与待插值水深点之间的距离,而忽略了样本水深点之间的空间相关性的问题。本文提出了一种顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法。该算法首先对离散的水深点构建特征水深线,在特征水深线的基础上,提取特征水深线上的特征点作为特征水深点;然后在所有样本水深点到待插值水深点距离之和不变的约束下,提出距离重分配的量化指标;最后构造出一个顾及特征水深点距离重分配的IDW插值算法模型。实验结果表明,在海底地形变化复杂的区域,顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法与传统的IDW、自然邻域插值、样条函数插值算法等相比,能有效提高水深点的插值精准度。

顾及各向异性的多参数协同优化IDW插值方法

反距离加权插值(inverse distance weighting,IDW)的精度受到空间邻近度、距离衰减系数及最邻近点数等多个参数共同的影响。然而,目前的IDW插值算法大多仅考虑单参数的调优,或对各参数独立调优,难以实现插值模型的整体优化。此外,传统的IDW插值算法没有顾及各向异性对空间邻近度的影响。本文提出一种顾及空间各向异性的多参数协同优化IDW插值算法(PIDW)。首先,引入距离调节参数以及方向参数,将经典各向同性的欧氏空间距离扩展为各向异性的“椭圆”距离;然后,引入粒子群优化算法对最邻近点数、距离衰减系数、距离调节及各向异性方向的多参数进行协同优化,获得插值精度的偏差与方差在全局意义下的满意解。试验采用两个不同尺度的空间数据验证了PIDW算法的插值效果,结果表明本文的插值算法能够显著地提高各向异性环境下IDW插值算法的精度。通过与经典的IDW及其改进算法的IDW、普通克里金及顾及各向异性的普通克里金算法的比较分析,进一步证实了PIDW具有较好的插值效果。

基于三种空间插值方法的气温适应性分析——以江西省为例

针对江西省气象站点分布不均,密度过小,无法做到对江西整个区域进行观测,利用2020年江西省及邻近区域115站点气温月平均数据,采用反距离权重法、普通克里金法和ANUSPLIN法对江西省月平均气温进行空间插值获取插值栅格数据,并采用交叉验证法对插值精度进行对比检验,选出了对江西地区气温插值效果最好的插值方法。结果表明:在精度方面,ANUSPLIN软件插值法的插值精度最高(MAE:0.626℃,RMSE:0.751℃)。在普通克里金法次之(MAE:1.116℃,RMSE:1.348℃),反距离权重法精度最低(MAE:1.008℃,RMSE:1.217℃)。插值表观效果方面,ANUSPLIN软件法插值表面文件纹理清晰,气温走势与海拔走势息息相关;普通克里金法在站点数目少时插值表面文件易出现分层现象;反距离权重法易受极值点影响,插值表面文件易出现“牛眼”现象。综合分析得出3种插值方法对江西省气温插值的精度从高到低依次为:ANUSPLIN软件法,普通克里金法,反距离权重法。