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。

融合IDA-GRU和IIDW的水产养殖溶解氧时空预测模型

为了提高大面积水产养殖中养殖效率、降低养殖风险、提高溶解氧(dissolved oxygen,DO)时空预测精度,该研究基于双重注意力机制改进的门控循环单元(improved gated recurrent unit based on dual attention mechanism,IDA-GRU)和改进逆距离加权插值算法(improved inverse distance weighting interpolation algorithm,IIDW),提出了一种改进的水产养殖溶解氧时空预测模型。首先在门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)的基础上,引入特征和时间双重注意力机制(dual attention,DA),实现溶解氧时间序列预测,其中特征注意力机制实时计算各环境特征的贡献率,不断修正各环境特征的权重,时间特征注意力机制自主地提取关键历史时刻信息;然后在溶解氧时间序列的基础上,利用IIDW算法实现溶解氧空间预测,该算法中提出的距离权重校正系数,能够实时调整插值权重。最后,在上海城市电力公司数字化生态养殖基地对该模型进行了试验验证。试验结果表明,对于溶解氧时间序列预测,该研究提出的IDA-GRU模型评价指标均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别为0.068 7 mg^(2)/L2、0.262 1 mg/L和0.205 1 mg/L,优于对比模型;对于溶解氧空间预测,该研究提出的IIDW算法,其均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别为0.2088 mg^(2)/L2、 0.4570 mg/L和0.3835 mg/L,均优于对比算法。该研究提出的模型提高了溶解氧时空预测精度,对提升大面积水产养殖防灾能力,实现水质智能化调控具有重要的推动作用。

上海市高程基准近五年变化分析

高程基准是一个地区经济社会发展的重要基础设施。上海市于2020—2022年开展了全市高程基准更新工作。通过对原有高程基准基础设施调查、高程控制网水准复测、高程基准分析三步工作完成了上海市的高程基准的更新并发布新一期的高程基准成果。为了掌握上海市高程基准在近5 a的变化情况,对上海市城市水准点的数量变化、区域分布及高程变化情况3个方面进行研究分析,得出了关于上海市城市水准点数量、分布及高程变化的有益结论。最后对上海市高程基准的维护更新提出了一些建议。

一种基于激光点云数据的微距栅格体积算法

针对规则格网算法难以满足激光点云模型高精度体积计算的问题,提出了一种基于激光雷达点云数据的微距栅格体积算法。该方法首先运用葛立恒凸包算法提取凸包点集,然后运用微距格网划分、高程插值和网格体积累加的方法计算体积。与规则格网法不同,这种算法充分利用激光雷达数据高密度点云特征,采用格网微分和增大插值半径的方法改善模型表面的连续性,进而提高计算精度。实验结果表明,微距栅格体积算法具有较好的时间复杂度和较高的计算精度,适宜于激光点云模型高精度体积计算。

基于GIS的灌区土壤投入品残留污染监测预警系统

为了解决工业发展导致的灌区土壤投入品残留污染问题,给出一种基于地理信息系统(geographic information system,GIS)的土壤污染监测预警系统。该系统结合VOC-PF1型传感器、STM32主控芯片和GSM通信模块,实现了高效的数据采集和通信功能。通过反距离加权(inverse distance weighted,IDW)插值法进行空间分析,并设立预警阈值,实现对灌区土壤投入品残留污染的实时监测和预警。实验结果表明:该系统的监测精度高达98%,监测时长最高为49 s,具有很高的实用性和效率。研究结果不仅为灌区土壤投入品残留污染监测提供了有效手段,也为环境保护和农业可持续发展提供有力支持。

降雨资料Kriging与IDW插值对比分析—以漓江流域为例

降水空间化信息在很多领域都具有重要意义,而进行空间插值方法形成降水空间化信息是当代较为常用的方式。面对众多的插值方法其插值精度成为我们是否采用的关键,就kirging插值法与IDW(Inverse Distance Weighting)插值进行研究以探讨其插值效果,为此类科学研究提供依据。研究以漓江流域内各气象站点降水统计资料为基础分别采用上述两种方法进行插值处理,通过与预留实测站点比较评判方法的插值效果的优劣。结果表明,多年月平均降水量作为时间步长时,降水丰沛的月份使用kriging插值法较优于IDW插值法,而枯水月份则使用IDW插值法较优于kriging插值法。

基于IDW的铜陵地区土壤重金属空间分析及污染评价

为研究铜陵地区土壤重金属的空间分布特征和污染现状,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）对土壤中的As、Hg、Pb、Cu、Zn 5种重金属元素进行了测定,应用反距离权重法（IDW）对重金属含量进行了空间分析,并采用内梅罗指数法对污染程度进行了评价。结果表明,除Hg外,土壤中As、Pb、Cu、Zn质量比均高于铜陵地区背景值,其中As、Cu和Zn质量比更高,超国家三级标准（GB15618—1995）的百分比分别为48. 11%、11. 35%、11. 08%。研究区内土壤As和Cu为重度污染,Zn为中度污染,Pb为轻度污染,Hg为无污染;土壤重金属含量高值区和污染严重区空间分布特征一致,主要集中分布在新桥硫铁矿、冬瓜山铜矿、铜官山铜矿等矿区;综合污染评价指数为8. 621,为重污染状态,污染区几乎覆盖整个区域。通过重金属污染源解析,可初步判定矿产开发活动为最主要的人为污染源,因此,必须加强矿山地质环境生态保护与修复。

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。

基于ArcEngine与IDW法的围岩亚级分级研究

为减少地铁隧道施工中经常出现的围岩坍塌、透水等地质灾害,分析施工段围岩地质情况,采用一种基于权重的岩体基本质量亚级分级方法对围岩进行分级,结合C#与Arc Engine的二次开发,根据距离高次方反比法原理,利用已有地质钻孔数据,设计出对围岩进行等级估算和三维分级显示渲染功能的系统,并对该亚级分级方法的准确性进行验证。实验结果表明,基于权重的岩体基本质量亚级分级方法对隧道围岩分级更精确,具有较好的实用性。设计的系统对围岩等级估算的反算误差为8.82%,与实际国岩开挖后测得的信息对比误差为13%,三维分级渲染结果与实际情况较为接近,该方法可以为地铁隧道施工提供参考。

基于反障碍距离加权的复杂场景电磁频谱地图构建方法

针对复杂场景中存在电磁波不可穿透的障碍物导致电磁频谱地图(REMs)构建性能不佳、反距离加权(IDW)算法受限于插值邻域的人工选择等问题,该文提出一种基于Voronoi图的反障碍距离加权(VIODW)的复杂场景电磁频谱地图构建算法。该算法通过创建包含障碍物的Voronoi图,为每一个待插值点自适应选定插值邻域用于电磁频谱数据构建,并利用任意角度路径寻优(ANYA)算法计算得到待插值点与插值邻域内每个监测站点之间的障碍距离,最后以障碍距离的反幂次作为权重加权获得待插值点处的电磁频谱数据,实现高精度的复杂场景电磁频谱地图构建。理论分析和仿真结果表明,该方法具有良好的构建精度,能够准确拟合出电磁波在复杂场景中的功率分布情况,为复杂场景下电磁频谱地图高精度构建提供了一种有效方法。

台站温度质量控制中IDW算法改进及应用

在反距离加权插值算法的基础上,结合气象上温度随高程的变化,以及各测站垂直方向上温度场与气压场的关系,对国内地面气象观测站的温度数据进行插值算法改进。然后,从搜索半径与距离权重系数的关系,以及参与插值站点数量与距离权重系数的关系两个方面进行试验数据分析,试图找出相对最佳的算法参数和最小的插值误差。最后,将改进的算法应用到温度观测数据的质量控制中。结果表明:改进后的算法可明显改善因近地面逆温造成的插值误差,在台站分布较密集的我国中东部地区,温度质量检验的灵敏度可达到1至5摄氏度。

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。

云贵地区参考作物蒸散量模型适用性评价

根据地貌特征及行政区划将云贵两省分为5个区域,使用当地15个气象站点共56 a的逐日气象资料计算了18种参考作物蒸散量模型的模拟值,并以FAO56 Penman-Monteith法为标准对各模型模拟值进行了精度对比及误差成因分析.结果表明:同一模型在不同云贵分区间的模拟效果差异不大,R^(2)的平均变异系数为8.81%,模型精度主要影响因素为辐射能量项,次要因素为空气动力项;综合法模型模拟精度最高,R^(2)为0.81~0.99,辐射法次之,R^(2)为0.84~0.98,温度法和水汽压法较差,R^(2)为0.24~0.83;这4种方法中,各类型最优模型分别为FAO 24 Penman(全区整体评价指标GPI为0.506,排位1),Inmark(GPI为0.142,排位4),Hargreaves-Samani(GPI为-0.022,排位12)和Romanenko(GPI为-0.072,排位13).综上,经验模型FAO 24 Penman和Inmark模型适用于亚热带季风气候云贵地区参考作物蒸散量的简化计算.

基于数字高程模型的民航甚高频地空通信信号覆盖仿真

为解决起伏地形下民航甚高频(very high frequency,VHF)地空通信信号覆盖范围计算精度低、冗余度大、数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据获取缺乏自动性及信号覆盖图可视性差等问题,采用最大遮蔽角截止法等进行仿真研究。首先,考虑计算覆盖范围存在误差,提出利用反距离加权(inverse distance weight,IDW)插值法提高地形辨识度并在计算覆盖范围时考虑大气损耗;其次,为解决DEM数据获取缺乏自动性,利用MATLAB编码自动提取;再次,考虑遮蔽角计算存在冗余,采用“最大遮蔽角截止法”降低计算量;最后,为使覆盖范围直观可视,绘制二维及三维的覆盖显示图。结果表明,这些方法使遮蔽角计算量相较改进前降低了约64.60%,信号覆盖精度相较改进前提高了约3.315%。改进的覆盖仿真程序可以为VHF地面通信台站选址及飞行航线规划提供有效支撑。

基于移去-恢复技术的海洋垂线偏差插值算法

海洋垂线偏差是惯性导航重力补偿不可或缺的基础信息,高精度的海洋垂线偏差插值算法是关键要件。联合海洋垂线偏差的空域分布特征和频域表征属性,基于移去-恢复技术对海洋垂线偏差插值算法进行了分析,以常用的反距离加权算法和Kriging算法为例,利用船载重力信息计算的垂线偏差数据和全球重力场模型EIGEN-6C4设计了仿真试验,结果表明,顾及频谱特性后,反距离加权算法精度能提高70%,Kriging算法精度能提高20%,验证了本文算法的有效性,可为高精度高分辨率的海洋垂线偏差模型构建提供技术支持。

基于GIS的辽宁省气象管理信息系统设计与实现

随着人类工业化进程的加快,生态问题日益严重,生态系统变得越来越脆弱。如何做好气象监测,防患于未然,已成为城市管理需要解决的首要问题之一。本文结合辽宁的实际情况,采用SuperMap iServer、SuperMap iClient for Leaflet API、POSTGIS和VS Code软件设计开发了气象管理信息系统,系统实现了地图浏览、查询、灾害统计、气象分析和风险评估等功能模块,对气象信息和气象灾害的科学管理起到了很好的支撑作用。

结合基于密度的噪声应用空间聚类和反距离加权算法的城市环境电磁频谱地图构建

针对传统电磁频谱地图构建方法感知节点分布不均匀、监测数据存在异常值等问题,将基于密度的噪声应用空间聚类(Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)算法与反距离加权(Inverse Distance Weighting,IDW)算法相结合,提出一种城市环境电磁频谱地图构建方法。该算法首先通过DBSCAN减轻极端值的影响,并分离核心点、边界点和噪声点,将每个核心点的局部密度作为权重,计算簇的加权中心点。其次,运用IDW对聚类簇的加权中心点进行插值估计,以显著减少需要进行插值的数据点数量,从而构建精度更高的电磁频谱地图。仿真结果表明:与IDW算法和反障碍距离加权算法相比,所提算法重构得到的电磁频谱地图的平均绝对误差和归一化均方误差分别降低了10%和23%以上。

基于反距离加权法的磁记忆信号插值及力-磁效应研究

铁磁性材料是石化工业中重要受力部件的组成材料,石化管道逐渐日益高压输送的趋势对其安全性检测提出了更高的要求。金属磁记忆检测方法(MMM)是一种灵敏便捷的无损检测技术,为使磁记忆检测技术在管件早期缺陷快速检测中广泛应用,需对石化管件材料的磁记忆信号特征进行进一步的研究。通过反距离加权法对四条平行路径上采集的磁记忆信号进行空间插值,将一维磁记忆信号拓展到三维空间,从而以曲面的偏导及全导的形式将传统的磁记忆信号的特征参量演化为空间域的磁记忆信号特征值。为石化管道早期缺陷的快速识别做出了铺垫性研究,对磁记忆检测技术在管道内检测领域的应用具有参考性价值。

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。

顾及空间各向异性的IDW插值算法

针对距离平方反比插值算法(IDW)未能考虑事物的方向性特征以及插值精度较低的情况,提出一种带方向的各向异性空间插值的优化算法。通过最小二乘法的椭圆拟合改进算法确定椭圆公式,利用距离平方归一化方法将椭圆转化为各向同性模型,构造一个新的计算模型。以油田真实地质分层数据和砂体地层面表面模型为例,对所提算法进行验证分析,实验结果表明,与传统的距离平方反比插值算法相比,该算法将椭圆作为搜索区域,考虑到搜索方向的各向异性特征,提高了搜索区域内已知点选取的有效性,精度较高,更能反映数据的实际情况。