基于ArcGIS普通克里格插值在土地平整土方量计算中的应用

针对土地平整土方量计算方法研究不足的情况,以重庆市开县竹溪镇春秋、灵泉和大湾3个村整村推进项目为例,借助ArcGIS软件的统计模块对高程数据分布及趋势进行分析,并利用普通克里格法中球形、圆形、指数及高斯4种理论模型进行高程插值,分析预测误差,选取最优理论模型,计算挖填方量。研究结果表明,高斯模型拟合效果最佳,从分析数据来看,研究区典型片区一ME:-0.0178、RMSSE:0.9699、ASE:2.039、RMSE:2.3745,共规划条田田块44块,面积29.7326hm2,土方量开挖49959.1m3;研究区典型片区二ME:-0.004、RMSSE:1.019、ASE:1.447、RMSE:1.531,共规划条田田块20块,面积22.9049hm2,土方量开挖32935.0m3。通过该方法对高程数据进行拟合,能高效科学计算条田平整中土石方量,为合理确定土地平整工程的工程造价提供依据。

基于不同插值方法的PM1污染物浓度研究

随着GIS和计算机技术的不断发展,空间数据插值应用越来越广,本文基于PM1污染物浓度数据,阐述了反距离加权插值法(IDW),普通克里格插值法(Kriging)和样条函数插值(SPLINE)三种空间插值方法的数学含义,并指出了各自的特点。在IDW插值图像中,在权重不同的情况下,变化比较大的地方出现在采样点属性值变化剧烈和频繁的区域。SPLINE(规则样条)是基于生成具有连续的二阶导数和最小平方曲率的插值方法。Kriging比其他二种方法灵活,参数限制更多。但不管用哪一种插值方法,空间插值不能代替观测数据,在有一定数量的观测数据的基础上,插值结果才会更逼近真实值。

淮北平原年降水量空间插值模型的比选

为对比不同变差模型在降水量空间插值中的优劣,对淮北平原185个雨量站的2009年年降水观测数据,分别用不同理论变差模型与实验变差值拟合,然后选择普通克里格法进行降水场的变异分析及插值。经交叉验证法等多指标对插值结果检验后,证实了区域降水量具有明显的空间相关性,且三种拟合后变差模型的差异主要在短距离(h<10km)内。同时在现有站网布设方式下,三种模型插值结果并无显著差异,但以球状函数拟合插值结果整体效果最佳。

农林交错区景观敏感性分析——以黑龙江省牡丹江地区为例

利用1976年到2005年遥感影像数据获取农林交错区景观特征数据,并构建景观特征敏感性指数,利用GIS的地统计学分析方法对景观特征敏感性指数进行普通克里格球状模型拟合分析。结果表明:农林交错区农林用地的动态变更过程直接影响研究区景观特征敏感性,使林地的敏感度明显增加。林地的敏感性从0.453 8增加到0.533 1。从整体空间分布上看,表现为敏感性以人口聚集地为中心向外呈环状递减的特征。

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。

不同天气条件下黄瓜日光温室温湿度空间分布研究

以＂京研迷你2号＂黄瓜品种为试材,采用了普通克里格插值法,研究了模拟温室内不同时间点温湿度分布,并利用温室内温湿度测量值进行验证。结果表明：日光温室内温湿度测量值与模拟值的决定系数（Determination Coefficient,R2）为0.96和0.95,均方根误差（（Root Mean Square Deviation,RMSD）为1.35℃和1.45%,平均偏差（Mean Bias Deviation,MSD）为-0.16℃和-0.14%。不同天气条件夜间温室内温度分布均匀,维持在10~15℃;湿度值在83%~98%,晴天白天温室内温度最高可达31℃。温室温度分布为冠层中央向四周逐渐降低,最大温差为6℃。最大湿度差值为5%,与温度分布规律相反。根据黄瓜霜霉病萌发和侵染条件,可利用温室冠层温湿度分布情况,判断黄瓜病害发病位置,以期为病害预警提供数据支持。

基于产状数据的三维岩层分界面模拟

为使三维地质建模摆脱对难以获得、花费高昂且数据量较少的钻孔和剖面数据的依赖,模拟出满足精度要求的三维地质模型,并利用产状数据进行岩层分界面趋势推演,且依此采用普通克里格方法进行空间曲面插值,实现对岩层分界面的三维模拟。实例研究表明,该方法模拟出的岩层分界面精度较高,可为后续基于面的三维地质模型的建立提供可靠依据和有效可行的途径。

关中地区近50年来最高、最低气温时空变化特征分析

基于关中地区9个气象站点气温资料,采用气候倾向率、趋势系数、普通克里格插值、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对关中地区1960—2009年最高、最低气温的时空变化特征、突变特点和变化周期进行了分析。结果表明,近50年来关中地区最高、最低气温均有明显增温趋势,最高、最低气温增温幅度存在季节差异,冬春季增温幅度最大,夏季最弱;最高、最低气温增温趋势强弱的地区差异也比较显著;最高、最低气温升温突变显著,最低气温突变早于最高气温,最高气温和最低气温突变还存在季节差异;最高、最低气温变化周期显著,均存在显著的16—18年的周期变化和3—5年的动荡周期。

宜兴市稻田表层土壤生物固氮量的空间分异特征

通过对水稻土的系统采样,利用乙炔还原法估算宜兴市稻田土壤的生物固氮量;采用地统计学方法,对稻田土壤的生物固氮量空间变异特征进行分析。结果表明:研究区单位面积生物固氮量范围为0.75~46.85 g/m^2,均值8.04 g/m^2。采用普通克里格法对采样数据进行了空间插值,稻田土壤的生物固氮量总体呈带状分布,高值区位于研究区西南和东南方向靠近丘陵地区,低值区则位于研究区西北和东北方向地势平坦的区域。地统计学中的变异系数和块金值均表明稻田土壤的生物固氮量属中等空间变异,即研究区内稻田土壤的生物固氮量受到结构性变异和随机变异的共同影响。可见,人为经营活动与自然环境共同影响着稻田土壤的生物固氮量。

Monte Carlo EM梯度法在MATLAB中的实现

文章使用空间广义线性混合模型为连续空间非正态变量建模,在MATLAB中实现模型参数估计的MCEMG算法,即结合Monte Carlo样本的EM梯度法,求解参数的极大似然估计及采样点随机效应的最小均方误估计。在GS+中进行随机效应的普通克里格插值,并最终对非采样点响应变量进行预测。模拟仿真结果显示该方法参数估计与真实值较接近,响应变量预测结果能反应真实数据总体分布情况。

西秀区土壤养分含量及分布特征

为贵州省安顺市西秀区土壤养分管理与利用提供参考,运用GIS技术分析该区耕地土壤养分中大量元素和中微量元素的分布状况。结果表明:全区耕地土壤呈酸性,土壤有机质和全氮含量丰富;有效磷含量中等和丰富的耕地分别占34.52%和42.58%,速效钾中等、丰富和偏高等级分别占29.47%、40.56%和23.21%,有机质、全氮和速效钾养分含量从北向南呈下降趋势。有效硼中等和偏低的耕地分别占69.74%和28.51%,有效硼在全区分布均衡;有效锌丰富的耕地占95.21%,西南部和东北部的含量较高。有效铜、有效铁、有效锰、有效钼、有效硫、交换性钙、交换性镁含量总体偏高。

尤溪金柑园土壤交换性镁含量的空间变异分析

应用地统计学和GIS空间分析技术,对尤溪金柑主产区土壤交换性镁的空间变异特征进行了分析。结果表明,土壤交换性镁含量范围在1.05～143.19 mg·kg^(-1)之间,平均值为48.59 mg·k^(-1);半方差拟合最佳模型为指数模型,块基比为0.5,具有中等程度的空间变异,变程为4.05 km;利用普通克里格插值法生成的空间分布图显示,研究区内交换性镁含量偏低,缺乏和低量区域分别为总面积的84.13%和9.84%。

基于3DMine软件的三维地质建模及储量估算——以新疆巴里坤矿区某井田为例

为了明确可开发利用煤炭资源储量的范围、分布及发展潜力,查明井田产能建设的煤炭资源储量,规划井田开采方案,为煤矿资源储量的可持续发展提供可靠保障,以新疆巴里坤矿区某井田A1煤层为研究对象,提出了一种基于3DMine软件的三维地质建模与储量估算方法。该方法首先结合已有地质资料和钻孔数据,建立了地质数据库,圈定了矿体边界,构建了矿体三维模型;然后将矿体模型分解为离散的块体组合模型,采用普通克里格空间插值法估算煤炭资源储量。结果表明:普通克里格法计算煤炭资源储量能够充分利用样品信息,与传统地质块段法相比较而言,估算结果较为可靠;该方法综合考虑了煤样的形状、大小及煤样与储量块等变量之间的空间结构特征,能够为井田采矿设计与规划提供参考。

尤溪金柑园土壤有效硼含量的空间变异分析

应用地统计学和GIS空间分析技术,分析尤溪金柑主产区土壤有效硼的空间变异规律。结果表明,土壤有效硼含量范围在0.06-1.40 mg.kg-1之间,平均值为0.43 mg.kg-1;半方差函数拟合最佳模型为高斯模型,块基比值(CO/CO+C)为0.20,具有较强的空间相关性,变程为710 m;利用普通克里格法生成的空间分布图显示,研究区域有效硼含量偏低,硼含量缺乏区域和低量区域分别占总面积的5.34%和53.44%。据此,提出果园硼肥施用改进措施。

青衣江中游土壤速效钾空间分布特征研究

根据3753个样点表层(0~20cm)土壤速效钾的化验数据,在Arc GIS 9.0平台上运用地统计学方法研究了青衣江中游流域土壤速效钾的空间分布特征及其影响因素。结果表明:研究区域土壤速效钾含量总体处于中等水平(根据全国第二次土壤普查速效钾含量分级标准),含量介于3.00~723.00mg/kg之间,均值为71.53mg/kg。从空间分布上看,土壤速效钾含量总体上呈条带状和不规则的斑块状分布,含量由西南向东北逐渐增加,且以70.00~86.00mg/kg级别为主,占区域面积的44.012%。高值区(>86.00mg/kg)主要分布于东北和西北方向,集中在中保镇、汉王乡、新庙乡等一带,并以此为中心向北和向西逐渐降低,向西南呈现出先逐渐降低后又有所上升的趋势。低值区(<61.00mg/kg)主要位于柳江镇、槽渔滩镇、止戈镇、三宝镇等一带,并呈现出以此为中心向四周波动增加的趋势。研究区域土壤速效钾含量与气候、土壤质地、海拔、坡度、土壤侵蚀等因素密切相关,其中在不同气候条件、土壤质地、海拔、坡度、土壤侵蚀状况下土壤速效钾含量差异达极显著水平。

长白山天然针阔混交林土壤养分空间异质性及其影响因素

地形、植被和土壤属性都是影响土壤养分空间变化的因素,但多个因子共同作用如何影响土壤养分空间变化的研究较少.以吉林八家子天然针阔混交林土壤为研究对象,运用经典统计学和地统计学分析土壤养分空间变异特征,采用相关性分析和结构方程模型分析影响土壤养分异质性的关键因素.结果表明:(1)两个土层的土壤pH均值分别为5.30和5.24,属弱变异,有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾呈中度变异(29.43%-75.18%).(2)0-20 cm土层,土壤pH、有机质、全氮和速效钾空间自相关性强,全磷空间自相关性中等,而有效磷空间自相关性较弱;20-40 cm土层,土壤pH、有效磷和速效钾空间自相关性强,其余指标呈中等空间自相关性.(3)两个土层土壤pH的低值和有机质、全氮及全磷的高值主要分布在高海拔区,空间连续性较好,而有效磷的空间分布较为破碎,速效钾高值主要分布在西北和中部.(4)结构方程模型表明地形与植被对土壤养分存在直接与间接正向影响,地形通过影响林木生长和林下植被两个路径显著影响土壤养分空间变化(P<0.05),林下植被对土壤养分空间变化影响的路径系数分别为0.30和0.35(P<0.01).综上,长白山天然针阔混交林土壤养分多为结构性因素引起的弱、中度变异,受随机因素影响的土壤养分空间分布较为破碎;结构方程模型可初步阐明各潜变量对天然针阔混交林土壤养分空间变化的影响关系.(图4表4参41)

土壤速效钾空间模拟的技术方法研究

采用GIS和地统计学中的普通克里格插值(Ordinary Kriging)和序贯高斯模拟方法(SGSV单次实现和SGSA平均实现)对河南省封丘县土壤速效钾的空间变异特征进行了分析研究。结果表明,Kringing插值具有明显的平滑效应;SGSV模拟与实测数据具有相似的空间自相关结构,既尊重了实测数据,又可以再现区域化变量的空间波动性;SGSA在一定程度上能够消除平滑效应的影响,同时还能兼顾实测数据的结构性特征。因此,SGSA模拟在土壤速效钾空间结构的研究中,能够达到更好的效果。

基于多源遥感数据协同的滇西北森林郁闭度估测

森林郁闭度(FCC)是评价森林资源和生物多样性的重要参数,利用多源遥感协同手段以较小成本高精度实现区域FCC反演是当前研究热点。本研究以星载激光雷达ICESat⁃2/ATLAS为主要信息源,结合54块实测样地数据,采用贝叶斯优化(BO)算法改进后的随机森林(RF)、K⁃最近邻值法(KNN)、梯度回归(GBRT)模型获取光斑尺度ATLAS光斑内FCC,协同多源遥感影像Sentinel⁃1/2及地形因子基于BO算法优化后的全连接深度神经网络模型(DNN)进行区域尺度的滇西北香格里拉市FCC遥感估测。结果表明:在提取的50个ATLAS激光雷达光斑参数指标中,经RF特征变量优选后,6个特征参数(乔木冠层百分比、冠层顶光子相对高度的标准差、冠层高度最小值、区段内98%冠层高度值与冠层高度中位数的差值、冠层顶部光子数、表观反射率)贡献率较大,可作为光斑尺度遥感估测模型变量。在BO⁃RF、BO⁃KNN、BO⁃GBRT模型中,以BO⁃GBRT模型估测的FCC结果最优,留一交叉验证的决定系数(R^(2))为0.65、均方根误差(RMSE)为0.10、绝对残差均值(RS)为0.079,预测精度(P)为0.792,可作为研究区有林地74808个ATLAS光斑的FCC估测模型。以有林地ATLAS光斑尺度FCC值作为区域尺度BO⁃DNN模型的大样本数据,联合多源遥感因子进行研究区FCC估测,十折交叉验证的BO⁃DNN模型验证精度为R^(2)=0.47、RMSE=0.22、P=0.558。使用BO⁃DNN模型估测及普通克里格(OK)插值的研究区FCC均值分别为0.46、0.52,主要分布在0.3~0.6,分别占比77.8%、81.4%。直接通过OK插值方法获取FCC效率较高(R^(2)=0.26),但预测精度明显低于BO⁃DNN模型(R^(2)=0.49)。FCC高值区域在研究区由西北向东南贯穿分布,北部地区和东南部分别为FCC高值、低值主要分布区。基于ICESat⁃2/ATLAS高密集光斑进行山地FCC估测具有一定优势,以光斑尺度的小样本数据估测结果可作为区域尺度深度学习模型的大样本数据,能为光斑尺度上推至区域尺度低成本、高精度估测FCC提供一种参考。

Spatial Patterns of Soil Organic Matter,Nitrogen,Phosphorus and Potassium in a Subtropical Forest and Its Implication for Forest Management

Total nitrogen(TN),total phosphorus(TP),total potassium(TK),and soil organic matter(OM)can significantly affect forest growth.However,these soil properties are spatially heterogeneously distributed,complicating the prescription of forest management strategies.Thus,it is imperative to obtain an in-depth understanding of the spatial distribution of soil properties.In this study,soils were sampled at 181 locations in the Tropical Forest Research Center in the southwestern Guangxi Zhuang Autonomous Region in southern China.We investigated the spatial variability of soil OM,TN,TP,and TK using geostatistical analysis.The nugget to sill ratio indicated a strong spatial dependence of soil TN and a moderate spatial dependence of soil OM,TP,and TK,suggesting that TN was primarily controlled by intrinsic factors(e.g.,soil texture,parent material,vegetation type,and topography),whereas soil OM,TP,and TK were controlled by intrinsic and extrinsic factors(e.g.,cultivation practices,fertilization,and planting systems).Based on the spatial variability determined by the geostatistical analysis,we performed ordinary kriging to create thematic maps of soil TN,TP,TK,and OM.Model validation indicated that the thematic maps were reliable to inform forest management.