ArcGIS 地統計的幾種空間插值的應用範圍和區別

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地統計:https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/extensions/geostatistical-analyst/what-is-geostatistics-.htm

選擇方法:https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/extensions/geostatistical-analyst/classification-trees-of-the-interpolation-methods-offered-in-geostatistical-analyst.htm

地統計工作流

克里格插值(Kriging):

稱空間局部插值法, 是以變異函數理論和結構分析爲基礎,在有限區域內對區域化變量進行無偏最優估計的一種方法, 是地統計學的主要內容之一。南非礦產工程師D. R.Krige C 1951 年在尋找金礦時首次運用這種方法,法國著名統計學家G.Matheron 隨後將該方法理論化、系統化, 並命名爲Kriging,即克里格方法。克里格方法的適用範圍爲區域化變量存在空間相關性,即如果變異函數和結構分析的結果表明區域化變量存在空間相關性, 則可以利用克里格方法進行內插或外推,否則反之。下圖所示爲克里格插值原理圖。

Calculating the difference squared between the paired locations

反距離權重插值( IDW ) :

以插值點與樣本點間的距離爲權重進行加權平均。點到要估計的像元的中心越近,則其在平均過程中的影響或權重越大。下圖所示爲反距離權重捅值原理圖。


自然鄰域法( Natural Neighbor) :

原理是構建voroni 多邊形,也就是泰森多邊形。該插值工具使用的算法可找到距查詢點最近的輸入樣本子集,並基於區域大小按比例對這些樣本應用權重來進行插值(Sibson 1981 ) 。該插值方法的基本屬性是它具有局部性,僅使用查詢點周圍的樣本子集,且保證插值高度在所使用的樣本範圍之內。該插值方法不會推斷趨勢且不會生成輸入樣本尚未表示的山峯、凹地、山脊或山谷。該表面將通過輸入樣本且在除輸入樣本位置之外的其他所有位置均是平滑的。下圖所示爲自然領域原理圖。

 

樣條函數法(spline) :

使用二維最小曲率樣條法將點桶值成柵格表面, 生成的平滑表面恰好經過輸入點。此方法最適合生成平緩變化的表面,例如高程、地下水位高度或污染程度。

 

以上幾種插值方法可以劃分爲兩類: 一類包括反距離權重法、自然鄰域法和樣條函數法, 屬於確定性插值方法; 另類是克里格插值,屬於非精確性捕值方法。在賦權重時, 反距離權插值方法只考慮、已知樣本點與未知樣點的距離遠近,而克里格方法不僅考慮距離,而且通過變異函數和結構分析, 考慮了已知樣本點的空間分佈及與未知樣點的空間方位關係。因此,反距離權重插值創建的表面可以經過所有的採樣點,即樣點處的值與實測值相等; 克里格方法在樣點處的值與實測值一般不會相等,但可以避免在輸出表面上出現明顯的波峯或波谷。

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