基于Ordinary Kriging路域土壤重金属含量的空间分布——以国道316线福州至闽清段为例

土壤重金属污染日渐加重,道路交通活动产生的重金属污染导致路域土壤重金属含量上升,构成潜在生态威胁。为探明路域土壤重金属污染范围及其变化趋势,在316国道福州-闽清段外侧100 m×100 m范围内布设5条与道路垂直的采样断面,每条断面依据道路远近布设11个采样点,在距离道路路侧200 m处采集2个对照土壤样品,共采集57个采样点表层的土壤样品,并采用XRF-DP 4050测定土壤中重金属(Cr、Pb、Zn、Mn和Fe)含量。在此基础上,对土壤中不同重金属间进行相关性分析,并用普通克里金进行插值分析路域土壤重金属的空间分布特征。结果表明,测量领域内的土壤中Cr、Pb、Zn含量整体趋势呈现随道路距离增加而递减,其对照区含量较低,含量受道路交通影响;其中Cr呈指数分布,在0 m处含量最高;Pb、Zn呈偏态分布,峰值出现在10~20 m。Fe、Mn在对照区含量较高,其测量领域含量不易受道路交通影响,含量主要与成土母质有关。

基于普通Kriging法的速度场模型建立

目前,我国已采用CGCS2000国家大地坐标系,根据现有高分辨率的速度场资料建立我国地壳运动速度场模型已很有必要.Kriging插值法不仅能获得预测结果,而且能够获得预测误差.Kriging法也是求线性最优、无偏内插的一种方法.提出了基于普通Kriging法的速度场模型生成算法,并实现了多面函数拟合法和反距离加权法建立速度场模型.通过实验结果验证比较内插精度,证实Kriging法精度最高,且插值精度达到了毫米级.

冀西山前冲积扇区土壤机械组成模型制图对比研究

探索适合地形平缓的山前冲积扇地区土壤机械组成的空间预测方法。以河北省灵寿、行唐、曲阳县400 m高程以下区域为研究区,结合地形因子、土壤类型、归一化植被指数、地表温度等环境变量,选择基于对称对数比(SLR)转换的普通克里格法(SLR-OK)、回归克里格法(SLR-RK)、随机森林法(SLR-RF)3种方法,对训练集114个样点表层土壤机械组成的空间分布进行预测,并通过验证集50个样点比较了3种方法的预测精度。(1)从空间预测图来看,砂粒呈现出西北低、东南高的空间分布趋势;粉粒和黏粒与砂粒相反。与SLR-OK法相比,SLR-RK法和SLR-RF法能够更好地反映局部变异并减小平滑效应。(2)对于砂粒和粉粒,SLR-RF法对验证集含量预测的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)均低于其他两种方法,且决定系数最高,表明SLR-RF的预测精度最高;对于黏粒,SLR-OK法对验证集含量预测的MAE和RMSE均低于其他两种方法,且决定系数最高,表明SLR-OK法的预测精度最高。(3)线性回归预测模型的辅助变量包括高程、土壤类型和风力作用指数;随机森林法模型的辅助变量包括高程、土壤类型、归一化植被指数、地表温度、风力作用指数和流量累积,对于砂粒和粉粒,土壤类型和高程是重要的辅助变量,归一化植被指数、地表温度、风力作用指数和流量累积重要性相对较低。研究区砂粒和粉粒空间预测的最优方法为SLR-RF法,在山前冲积扇地区地形较平缓,砂粒和粉粒对地形变量敏感;黏粒空间预测的最优方法为SLR-OK法。

一种离子型稀土矿体渗透性空间分布的计算方法

离子型稀土矿体的渗透性是浸矿剂消耗和稀土浸取率的重要影响因素,合理确定其空间分布成为开采设计的关键。对于大埋深矿体,现有的渗透系数确定方法均存在较大误差。本次选取某一离子型稀土矿体为研究对象,分析了不同颗粒级配、不同孔隙比的稀土矿(土)的渗透系数,结果表明d10、不均匀系数和孔隙比与渗透系数的对数均呈线性关系,各参数对斜率影响的变异系数均小于20.0%,说明这3个参数相互之间呈线性相关。建立了渗透系数的计算模型为:k=10^(5.16e+240.97d_(10)+9.72×10^(-3)C_(u)-10.51)。经与试验数据对比,整个矿体渗透系数估算值的平均相对误差为15.1%,相关系数为0.986,表明所建模型较为合理。结合普通克里金法,建立矿体渗透系数空间分布的计算方法,并分析变异函数对计算结果的影响。结果表明,球状模型精度较高,其计算结果的决定系数和变异函数的变程分别为0.931、30.03 m。本研究为离子型稀土矿体的精准开采设计提供技术支持。

基于3DMine的矿化域模型构建与资源量估算:以南美洲某浅成低温热液型金矿为例

在系统研究南美洲某浅成低温热液型金矿的基础上,提出利用3DMine软件构建矿化域模型和估算资源量的方法流程。首先创建钻孔数据库,对样品进行基本统计,确定矿化域的边界品位;根据矿化域边界品位值,采用NURBS圆滑工具依次构建实体模型和块体模型;然后通过特异值识别与处理、样品等长组合与变异函数拟合、交叉验证等方法,剔除特高品位,优化块金值、基台值和最大变程等参数;最后采用普通克里格法进行资源量估算。根据椭球搜索半径的不同划分出控制与推断两类不同级别的资源量,分别进行基于资源类别和品位品级的可视化表达。与传统方法相比,矿化域模型的构建能够直观地反映矿化体的三维形态、资源类别和矿石品级分布,而利用普通克里格法进行资源估算可有效提高工作效率和资源的可靠程度,为资源量管理和找矿预测提供充分的技术依据。

克里金算法与多重分形理论在岩土参数随机场分析中的应用

岩土参数的空间分布特征由于存在取样数据之间自相关和互相关的特性,未知点的岩土参数属性可通过特定的方法内插或外推,经典的数理统计方法难以确定周围的数据样本点以及相应的插值系数。首先介绍地统计学中基于距离加权的普通克里金(ordinary kriging,OK)算法、泛克里金算法(UK)和协克里金算法(CK)。由于基于滑动距离加权的OK算法无法度量局部空间的奇异性,将引入多重分形理论弥补该缺陷。以2010上海世博会的世博轴区域(长525 m,宽80 m)为工程背景,区域内共有42个取土钻孔,以典型的粉质黏土层3个重要的物理力学指标,即黏聚力、内摩擦角和压缩模量验证以上算法。对于岩土参数黏聚力和内摩擦角,预测精度由高至低为多重分形联合模型(MK)、协克里金模型(CK)、泛克里金模型(UK)、普通克里金模型(OK);对于岩土参数压缩模量,相应的顺序为泛克里金模型和普通克里金模型位置互换。研究结果证明,在岩土参数空间场的分析中,辅助信息有助于提高数据预测精度,并且多重分形联合模型有助于分析空间局部的奇异性。

基于GARBF神经网络的土壤有效锌空间插值方法研究

以土壤有效锌为研究对象,构建遗传径向基函数(GARBF)神经网络对该元素属性值进行空间插值,以训练样本集的测定值与预测值之间的决定系数、逼近误差及检验样本的插值误差为评判标准,比较GARBF神经网络、径向基函数(RBF)神经网络、普通克里格(Ordinary Kriging)的拟合能力和空间插值能力。结果表明:同一区域两种抽样方案(a、b)下三种插值方法对训练样本的拟合能力为GARBF>RBF>Or-dinary Kriging。以平均绝对误差和误差均方根作为插值精度的评价指标,GARBF与RBF神经网络相比,训练样本的逼近误差分别降低0.22～0.25(a方案)和0.10～0.11(b方案),检验样本的插值误差分别降低0.13～0.11(a方案)和0.02～0.13(b方案);GARBF神经网络与Ordinary Kriging相比,训练样本的逼近误差分别降低1.12～1.40(a方案)和1.45～1.88(b方案),检验样本的插值误差分别降低0.20～0.24(a方案)和0.14～0.32(b方案),GARBF神经网络的误差最小,插值精度最高。从GARBF神经网络的插值图可以看出,遗传算法避免了神经网络容易陷入局部最优点,扩大了对土壤中相关空间信息的搜索范围,在一定程度上避免了类似克里格插值的"平滑效应"。

青岛城区土壤重金属元素空间分布及其现状评价

采用普通克里金插值法对青岛城区表层土壤中As、Cd等8种重金属元素的空间分布规律进行分析,并用单因子指数法和内梅罗指数法评价土壤重金属元素的累积程度。结果表明:8种重金属元素空间变异各向异性显著,总体上呈现由东北向西南递减的趋势。受重金属影响而明显累积的土壤样点比例较小,为4.7%,土壤环境质量总体上较好。部分位于交通区、工业区和生活区样点的Zn、Hg、Cd、Cr、Cu元素含量超过GB 15618—1995《土壤环境质量标准》三级标准。研究成果可为城市环境规划与管理、城市土壤环境治理与修复等提供参考。

土壤水分空间插值的克里金平滑效应修正方法

地统计学的普通克里金法是研究土壤水分空间变异特性和描绘其空间分布的有效方法。但与其它建立在最小二乘标准上的插值方法一样,普通克里金法也存在着平滑效应问题,即估计值的变异程度比实际要小,从而导致估计值往往不能反映出土壤水分真实的空间变化特征。结合实际的土壤水分监测数据,采用Yamamoto提出的一套针对普通克里金估计值进行后处理的方法,较好地解决了普通克里金法平滑效应的问题,在保证局部估计值精度的同时,重现了土壤含水率在空间的分布与变化特征。

普通克立格法在昆虫生态学中的应用

地统计学是以区域化变量为基础 ,以变差函数为主要工具 ,分析空间相关变量结构的统计方法 .在对波动较大的实验变差函数进行拟合时 ,虽无法获得最优拟合 ,但运用人机对话的拟合方法来灵活选取参数 ,可以得到较理想的变差函数模型的参数 .本文运用加权多项式回归法以及人机对话的方法 ,得到了较理想的 1级与 2级球状模型拟合结果 ,同时利用直线函数对实验变差函数进行了拟合 .最后利用普通Kriging法 ,对待估计点进行各理论模型的最优、线性、无偏内插估计 ,得出克立格内插权重 .将此方法应用于广东省四会市大沙镇富溪乡试验田稻飞虱观测数据 ,由待估点周围若干观测点的数据 ,有效地估计出待估点的昆虫分布密度 ,并讨论比较了不同理论模型的拟合效果以及估计误差 .结果表明 ,2级球状模型的拟合最好 ,一级球状模型次之 ,直线函数的拟合最差 ,但直线函数计算最为简便 .

遵义市土壤硒分布及其影响因素研究

进行土壤硒分布及其影响因素研究,对掌握区域硒空间分布现状、区域农产品安全以及人体健康具有重要意义。在遵义市采集了701个表层土壤样本,分析了样品中的硒含量。利用GS+软件构建半变异函数模型,采用克里格法预测了遵义市土壤硒含量空间分布特征,并进一步探讨土壤pH值、全氮、有机质、海拔高度和成土母质等因素对硒含量及其空间分布的影响。结果表明:遵义市土壤硒含量变幅为0.10~2.90mg·kg^-1,平均值为0.56mg·kg^-1,总体上处于足硒和富硒土壤范畴,缺硒与少硒土壤较少,西北部和南部边缘存在明显的土壤富硒带,中部和东部地区土壤硒含量较低。土壤硒含量与pH值无相关关系,与土壤全氮、有机质和海拔高度呈显著正相关关系。此外,遵义市富硒岩层和广泛出露含硒量高的煤矿层可能也是影响土壤含硒量的主要因素。

基于矩阵分解的降水时空插值方法

为了提高基于雨量站网观测值估算降水空间分布的精度,同时考虑降水的时序发展趋势和站点空间分布,将传统的插值方法(反距离权重法、普通克里金法)和Funk矩阵分解(Funk-SVD)模型结合,提出了一种基于矩阵分解的插值方法,并采用黄河流域小浪底到花园口区间2009—2012年多场降水的日观测数据进行了精度检验。结果表明,通过与Funk-SVD模型结合,反距离权重法和普通克里金法在平均绝对误差、百分误差等评价指标上的精度提升均超过15%,改善效果在周围站点分布不均匀或降水量很大的情况下尤为明显,可以大幅度减少传统方法在降水插值过程中的估计误差,提升空间估算的精度。

块体模型储量估算原理的应用研究

在研究储量估算原理与方法的基础上,以Surpac矿业软件为工具,结合某钨矿矿山实况,建立了矿山地质数据库、矿体模型和块体模型,对原始样品进行组合,根据品位分布规律选择合理的数学模型,拟合出理论变异函数曲线,经过交叉验证选出最优变异函数参数值。在块体模型中,分别采用普通克立格法和距离幂次反比法对金属元素Wo品位进行估值和储量计算,并且与矿山使用的传统块段法计算的结果进行了对比,分析了不同估值方法之间误差产生的原因。研究表明,块体模型储量估算结果准确可靠,其中普通克立格估值法优于距离幂次反比法和块段法,它更体现了区域化变量的空间结构特征。

空间插值法在降水分布中的应用

空间降水信息需求日益增加,应用于空间降水的插值方法也日益完善,不同的插值方法因为所应用的地区不同会产生不同的结果.对于不同的地区,应采用不同的方法进行比较,才能得出最佳的插值方法.采用江苏省的南京市、无锡市等12个市自1999—2008年间的1月的降雨量为数据源,分别用普通克里格插值法(OK)和反距离加权法(IDW)对同时期江苏省扬州市的降雨量进行插值,通过分析发现:普通克里格插值法的结果整体上优于反距离加权平均法.

卫星重力梯度数据的网格化方法研究

利用模拟的卫星重力梯度数据,对移动平均法、反距离加权平均法、加权移动趋势面法和普通克里金法的网格化效果进行了分析和比较,结果表明:搜索半径的选择,既要考虑到能够包含足够多的信息来反映原始数据的空间分布特性,又要考虑到计算速度的要求;离散数据的网格化,必须考虑已知点与待求点之间的距离对网格化结果的影响;从网格化结果的精度、计算速度以及对原始数据的逼近效果来看,反距离加权平均法最适用于离散的卫星重力梯度数据的网格化。

山地丘陵耕地土壤养分最优插值方法研究---以江西省渝水区水北镇为例

以江西省渝水区水北镇为研究区,利用823个采样点的耕地土壤养分数据,分析区内耕地土壤养分含量与海拔、坡度的相关性,采用协同克里格插值方法,结合海拔、坡度进行插值,并把经交叉检验后的结果与逆距离权重法、普通克里格法的结果进行比较。结果表明,结合海拔、坡度进行插值后,精度有明显提高。插值精度排序为协同克里格法>普通克里格法>逆距离权重法,在3种插值方法中,协同克里格法为最优插值法。

地质统计学法在露天矿勘探网度优化中的应用

论述了应用地质统计学法进行露天矿勘探网度优化的基本原理和方法。以某露天矿为例,建立了该露天矿的矿床模型,得出了该露天矿主采煤层的煤层厚度、灰分和硫分等地质变量的理论变差函数模型,并对其变异规律进行了分析和评价。根据估计方差是勘探网度和网型的函数这一原理,模拟得出了最佳勘探网度,并对该露天矿首采区和后续区的勘探网度进行了优化和评价,为采矿设计提供矿床地质条件的可靠性论证。

一种基于虚拟井和多层对比的地层对比方法

利用分层后的测井曲线进行地层对比是地层对比的一个基本手段.文中提出了一种基于测井曲线分层结果的面向多井对比的地层对比算法.该算法采用原本用于空间插值的普通克里金方法创建虚拟井.借助虚拟井可以有效地将所有井的相同层段的地层相互关联起来,从而有助于地下三维地层图的绘制.此外,在每两口井的地层对比算法中提出了多层对比的概念,并采用动态规划法进行两井对比,使两井对比结果更加贴近实际.利用VC++开发了一套基于该算法的地层对比系统软件.实验结果表明,利用该算法的对比结果拟合出的三维地层图十分贴近真实情况.

基于统计学方法的卫星在轨热变形快速分析

为使用在轨实测温度数据辅助完成成像载荷视轴指向的在轨标定,首次将应用于地统计学中的普通克里格法用于卫星在轨温度场的无偏估计,提出了一种基于统计学方法的在轨热变形快速分析方法。应用热试验过程中星上少量温度实测数据进行卫星温度场的无偏估计,并将温度计算结果赋值到有限元模型,进而完成了热变形分析。应用此种方法,相比通过热物理方法进行温度场分析,可将热变形分析的工期缩短数日,且载荷变形的分析结果与试验实测结果的误差在1′左右,可较准确地得到载荷视轴在热变形作用下的指向变化。文章可为卫星在轨热变形的快速分析提供参考。

矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法

运用三维可视化手段,可快速实现矿体品位和储量的高精度估算。其基本方法是:先用三维可视化软件根据矿床地质勘探资料建立起地质数据库,并建立矿体的三维实体模型,精确模拟矿体的形态;其次,建立矿体块体模型,应用块模型方法对矿体内部进行划分;在此基础上,采用地质统计学方法对矿体内部特性数据进行赋值估算,获得矿体内部所有块的特性数据,最后完成矿床品位和储量的统计分析和计算。本文借助大型三维可视化矿山软件Surpac,在建立某金属矿床的地质数据库和矿体三维实体模型的基础上,建立了矿体的块体模型,分别采用普通克里格法和距离幂次反比法,对该矿床的品位和储量进行分析和估算,并将其结果与用传统的地质块段法计算的结果进行了对比和分析。实践证明,可视化方法不但效率高且结果可靠。