空间平衡抽样及其在森林资源调查中的应用

我国现行的森林资源调查方法存在着空间关联性强、适应性差的缺陷.空间平衡抽样(SBS)强调样本点抽取的随机等概和空间上的均衡分布,通过包含概率栅格层的过滤运算,极大地减少了无反应样本单元现象的发生,在森林资源调查中具有较大的潜在应用价值.文章在简要回顾基于模型的抽样、基于设计的抽样两大类森林资源调查方法特点,分析4种传统概率抽样方法(简单随机抽样、系统抽样、分层抽样、整群抽样)弊端的基础上,介绍了基于通用随机方格分层算法(GRTS)的空间平衡抽样的原理和步骤,最后以紫金山国家森林公园为研究对象进行了风景林蓄积量调查空间平衡抽样案例研究.研究表明,空间平衡抽样在降低调查成本、减少空间关联性强方面明显优于简单随机抽样;但在提高抽样精度方面没有表现出明显的优势,只有当样本容量大于或等于理论计算容量时,空间平衡抽样才表现出一定的抽样精度优势.

基于GIS的野生哺乳动物空间平衡抽样方法研究——以南京东郊为例

城市近郊大型绿地的野生动物生态监测方法研究是一个普遍而尚未引起足够重视的课题。空间平衡抽样结合了简单随机抽样和系统抽样2种抽样方法的优点,对点状、线状、面状不同类型的调查对象具有较强的适应性。以南京东郊的大型哺乳动物河麂Hydropotes inermis为研究对象,以47个物种痕迹点和江苏基础地理信息数据库的8个环境变量为主要信息源,采用最大熵法(Maxent)生态位模型,建立潜在生境预测模型。在此基础上,分别采用反向随机四分递推栅格(RRQRR)、通用随机方格分层算法(GRTS)2种算法,进行空间平衡抽样,从生境适生概率、监测成本、调查难度3个方面建立评价指标来比较空间平衡抽样与系统抽样、随机抽样性能的优劣。结果表明:南京东郊河麂的潜在生境呈高度破碎化格局,距离公路距离(41.9%)、距离铁路距离(17.8%)、距离居民点距离(14.7%)3个与快速交通有关的因子的贡献率占了74.4%;当样本大小为200时,空间平衡抽样的抽样对象样本点平均适生概率平均为0.029 850 5,分别比简单随机抽样、系统抽样高了77.34%、68.30%,显示了较高的抽样精度;平均海拔、平均坡度分别为86.927 8 m、10.839 2°,略高于系统抽样、简单随机抽样;当采用样本点距主要道路平均距离来衡量监测成本时,空间平衡抽样监测成本(178.937 7 m)则较为显著地小于简单随机抽样、系统抽样。作为一种具有严格统计学基础的、高效低成本的、适应性强的抽样方法,空间平衡抽样在城市郊区野生动物监测中具有较大的应用潜力。

森林资源与生态监测的空间平衡抽样方法研究

以南京紫金山国家森林公园为对象,在介绍空间平衡抽样(SBS)反向随机四分递归栅格算法(RRQRR)基本步骤基础上,通过计算Voronoi多边形面积方差之比评价不同抽样方法的空间平衡性,分简单随机抽样、系统抽样、空间平衡抽样3种方法,从调查成本、调查精度2方面,对研究地区线状地物(道路)、离散分布的面状地物(湖泊、水库)进行抽样设计和方案评价。结果表明,在100～1 000 m多个抽样尺度上,空间平衡抽样的空间平衡性能高于简单随机抽样,但低于系统抽样。只有当抽样强度>3 000时,空间平衡抽样样本点的均衡分布性能才能体现出来。在对离散分布的线状地物、面状地物进行生态监测时,空间平衡样本点的平均海拔最低(68.72、34.72 m)、平均坡度最小(8.20°、2.63°)、距调查对象的平均距离最短(13.33、0.80 m),落在调查对象上的样点占总数的百分比最高(96%、89%)、每个调查对象上的平均样点数最多(1.68、2.70)。

经济社会调查中的空间平衡抽样设计方法研究

在经济社会调查中,对空间的相关性应用较为广泛,传统的抽样设计已经跟不上时代的发展。随着时代衍生出来的空间平衡抽样设计方案,对总体单元的空间信息考虑相对全面。文章主要通过分析经济社会调查中的空间相关性和空间平衡抽样设计的概念,进而研究经济社会调查中的空间平衡抽样设计方法。

海口市森林资源调查空间平衡抽样研究

传统抽样方法因存在适应性弱、空间相关性高等缺陷,越发不适用我国的森林资源调查。随着调查精度要求提高和社会经济条件变化,空间平衡抽样(SBS)的理论与方法应运而生。以海口市为研究案例,对空间平衡抽样与传统抽样方法进行抽样精度、抽样效率和空间相关性等性能指标的比较分析。研究表明:1)在海口市各地类面积模拟抽样中,抽样精度从高到低依次为空间平衡抽样>系统抽样>简单随机抽样;2)在模拟抽样性能评价中,空间平衡抽样的空间相关性、抽样精度和抽样效率均优于简单随机抽样、系统抽样。通过研究,以期为森林资源调查探索出更为经济适用的方法途径,为提高森林资源调查效率提供科学依据。

经济社会调查中的空间平衡抽样设计

在经济社会调查中,总体单元之间的空间相关性普遍存在,对传统抽样设计提出了挑战。针对这一问题,提出了使用经纬度坐标作为空间辅助信息,借助空间平衡抽样算法获取样本的设计思路。该种算法利用总体单元之间的空间距离设计抽样算法更新包含概率,使空间上距离较近的单元倾向于不同时进入样本,从而使样本单元在空间上均匀覆盖。实证研究结果表明,随着样本量连续增加,空间平衡抽样设计的估计量标准差在合理的抽样比范围内总是优于传统抽样设计,能够显著提高估计效率。

空间双重平衡抽样设计及其应用?

文章针对抽样调查中目标变量具有空间相关性的问题,提出了一种考虑到总体单元空间信息的空间双重平衡抽样设计方案。其思路是在抽样设计阶段同时利用与总体目标变量高度相关的辅助信息和总体单元的空间位置信息,获取在空间中均匀覆盖的平衡样本,提升样本代表性。通过对北京市医疗资源调查的案例研究发现,相比传统平衡抽样方法,空间双重平衡抽样下的HT估计量具有更小的相对误差,该种方法在政府调查和商业调查等领域有较为广阔的应用前景。

基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法

县域监测样点布局是反映耕地质量等级变化的基础,样本点布设的质量直接影响到耕地质量监测的结果和精度。因此,该文提出了基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法,对影响耕地质量监测成本和精度的主要因素进行分析,选取样本点距离道路远近、样本点所在位置坡度高低和自然质量各等别样本容量3个方面综合生成包含概率栅格图层,图层中的像元值指总体单元中一个单元相对于其他单元被抽中的相对概率,在此基础上,运用空间平衡算法对包含概率栅格层进行空间改造,抽样选取监测样点,以平均Kriging预测标准差和监测样本点距县级主要道路的平均距离作为优化评价准则,将该方法与传统抽样方法进行比较分析。以江西省吉安县为例,全县布设78个监测样点,结果表明,当样点数量相同时,该方法相较传统布样方法在抽样精度和抽样成本方面均有一定的优势,能有效地监测耕地质量变化,满足县域耕地质量监测的需求。

空间抽样对东北地区逻辑火险建模的影响

为分析不同空间抽样方式对逻辑火险建模的影响,以我国东北为研究区,设计3种全局抽样方案和1种分区抽样方案,分别取得训练样本并开发了逻辑火险模型,对模型的因子和因子相对重要性做比较分析。基于4种抽样方案的模拟结果,利用内部检验子集和独立检验子集,从可靠性和区分能力检验模型性能并进行比较。结果表明:①全局模型间差异较小,表明不同的全局抽样方式对建模的影响有限,总体来看,空间平衡抽样略优于空间系统抽样,空间系统抽样略优于空间随机抽样;②分区模型间差异显著,表明不同子区的火灾事件与火环境因子间关系明显不同;③分区建模的性能总体上优于全局建模,但分区建模仍受限于逻辑模型自身的非空间、全局特征;④NDVI是全局尺度分析结果中最重要的火环境因子,高程因子的影响不显著。本研究可为东北地区的火险研究和采用逻辑模型的相关研究提供参考。

不平衡数据分类方法综述

分类问题是机器学习领域的重要研究内容之一,现有的一些分类方法都已经相对成熟,用它们来对平衡数据进行分类一般都能取得较好的分类性能,但在现实世界中数据往往都是不平衡的,而现有的分类器的设计都是基于类分布大致平衡这一假设的,如果用这些方法来对不平衡数据进行分类就会导致分类器的性能下降,因而研究用于处理不平衡数据集的分类方法显得相当重要.为便于读者更清晰地了解数据不平衡分类问题的研究现状和未来研究的动向,本文对相关的研究进行了综述和展望.

存在各向异性情况的空间平衡抽样设计

为获取在距离空间中均匀覆盖的平衡样本,传统空间平衡抽样方法利用总体单元间的欧式距离设计抽样算法,并未考虑总体单元在不同方向上的变异。针对存在各向异性的目标总体,本文提出了改进的局部枢轴法,其基本思想是借助与目标变量高度相关的辅助变量测度总体单元间各向异性程度,使各向异性较小的单元倾向于不同时进入样本,提高了样本的代表性。数值模拟与实证研究结果表明,新方法下的Horvitz-Thompson估计量具有更小的相对误差,统计性质优良,该方法在自然科学与社会经济调查领域有较为广阔的应用前景。

基于GIS海南森林资源调查抽样方法研究

传统抽样方法因存在适应性弱、空间相关性高等缺陷也越发不适用中国的森林资源调查中,随着调查精度要求提高和社会经济条件变化,空间抽样等理论与方法应运而生。该文以海南省森林资源为研究主体,在基于地统计学基础和GIS技术平台上对空间平衡抽样、随机抽样和系统抽样3种不同抽样方法进行空间相关性分析,并对其抽样精度进行比较分析。研究表明:1)在不同抽样方法空间自相关分析中,空间平衡抽样(0.112034)>简单随机抽样(0.0994846)>系统抽样(0.0908457),空间平衡抽样的优势不突出;2)在海南省各地类面积模拟抽样中,抽样精度从高到低依次为空间平衡抽样>简单随机抽样>系统抽样。该研究致力于为森林资源调查探索出更为经济适用的方法途径,以期为林业发展提供科学依据。

长江口-杭州湾生态环境监测点位优化布设及水质分析

河口海湾位于陆海交错带,受径潮流作用的双重影响,具有物质输运格局复杂、生态环境变化梯度大等特点。生态环境监测点位布设与优化是科学、客观评估河口海湾生态环境状况的前提。采用空间平衡抽样法开展监测点位增设和优化方案研究,将2020年5月上海市海洋环境趋势性监测布设的142个监测点位,增设至200个,并进一步优化至170个,对优化前后的点位数据进行显著性检验、方差分析和空间自相关分析。结果显示:2组数据之间无显著性差异,并且优化后点位的方差和空间自相关值更小,说明空间平衡抽样法适用于河口海湾生态环境监测点位布设和优化,点位布设和优化结果可客观反映河口海湾的生态环境状况。随后,采用泰森多边形法确定了优化所得的170个离散点位的海域代表面积,克服现有空间插值法的缺陷,为河口海湾生态环境总体状况评价提供技术参考。

从人口空间布局的演变看我国区域政策的调整

进入新常态之后，我国人口的空间布局随着经济活动空间布局的调整出现了新的变化趋势。本报告利用2015年各省1％的人口抽样调查数据和2010年的第六次人口普查数据，深入探讨了我国2010～2015年期间人口空间布局的演变趋势，并提出四个方面的政策建议：全面推进以居住地为基础的人口管理制度改革，为各类人口流动创造更宽松的政策环境，提高人口与经济活动空间布局上的一致性；加快构建财政平衡机制和城市群内部的公共服务分担机制，有效平衡人口流出地和流入地提供公共服务的财政能力；弱化以控制城市规模为导向的区域政策，更好发挥大城市的积聚效应；加快推进区域规划制度的改革，适应人口结构空间变化的趋势。