3种空间插值方法在森林病害监测中的应用比较

实验利用反距离权重法、样条函数、克里格法三种插值方法对我国森林病害发生的空间分布特征进行了比较分析。研究结果表明:反距离权重法的插值结果与实际观测点的相似度最高,在地图显示中反距离权重法估计的图像也最光滑和逼真,因此在森林病害监测中可选用反距离权重法进行估计,获得较为真实的空间分布特征,为利用地理信息系统对我国森林病害监测提供方法指导。     

巫山县4～10月降水量精细模拟及应用研究

基于巫山县雨量站点实测数据和DEM数据,利用GIS空间插值技术,采用普通克里金法、反距离权重法、样条函数法、趋势面法、经验贝叶斯克里金法、高程协同克里金法和坡向协同克里金插值法7种空间插值方法,对巫山县4～10月多年月平均降水量进行了模拟,分析了不同插值方法的精细程度。研究结果表明:①样条函数法不适用于样本数据波动较大的情况;②从月份层面来看,6月降雨插值效果最好;从插值方法来看,7种插值方法精度排序为:普通克里金法经验贝叶斯克里金法引入高程因子的协同克里金法引入坡向因子的协同克里金法趋势面法反距离权重法样条函数法;③巫山县4～10月总降水量分布格局为从西部向东部逐渐递增,东南地区以及东北行政交界地带水资源总量高于全县水平,占全县面积18.58%。研究结果可为巫山县水资源利用和洪水灾害预警提供参考意见。     

基于GIS的江西省气温空间插值方法比较

以江西省及其邻近省份132个气象站点1981～2010年的累年年平均气温数据为基础,结合研究区的DEM和边界数据,借助ArcGIS平台,采用反距离权重法(IDW)、张力样条函数法(Tension Spline)和普通克里金法(OK)对气温数据进行了空间插值,并对插值结果采取实际验证的方法测算了其插值精度。结果表明:反距离权重法的插值效果最好,综合分析得出江西省气温的空间插值方法误差排序为:IDWOK Tension Spline。     

区域气象要素的空间插值方法比较研究——以华北地区为例

本文采用华北地区35个国家气象站点的2011~2012相对湿度日值和气温日值,基于ArcGis的空间分析模块,用反距离加权法、张力样条函数法、克里格和趋势面4种方法对不同时间尺度的相对湿度与气温进行空间插值,并交叉验证。结果表明:4种方法都能较好的反映出华北不同时间尺度的相对湿度以及气温的空间分布情况;年尺度插值总体优于月尺度插值结果;克里格是最适合于华北年平均相对湿度插值的一种方法,月尺度相对湿度空间插值反距离加权法最优;气温的不同时间尺度的插值结果都是克里格和反距离加权法较优。     

新疆年均降水量的空间插值方法比较

为探究新疆多年年均降水量的空间分布规律,基于50个气象站点1990-2016年的地面气候资料,运用反距离加权、克里格插值、径向基函数插值3种不同方法,对年均降水数据进行空间插值分析,采用38个站点进行预测和12个站点进行检验,研究不同方法对该区域年均降水量插值结果的影响。结果表明:克里格插值方法下5种半变异函数模型的均方根误差和平均绝对误差均小于反距离加权法和径向基函数法。通过对比克里格插值方法下不同半变异函数模型(球面模型、指数模型、线性模型、高斯模型、环形模型)发现,环形模型的均方根误差和平均绝对误差均小于其他4种模型,高斯模型的准确度最低。因此克里格插值方法优于反距离加权法和径向基函数法,且克里格插值法中环形模型是进行新疆年均降水量空间插值分析效果最好的方法。     

基于离散点云数据的森林冠层高度模型插值方法

【目的】基于森林区域离散点云特点,利用不同插值方法构建冠层高度模型,并对不同插值方法进行比较、分析和评价,为森林冠层高度模型插值方法选择提供参考。【方法】以30 m×30 m样方离散点云数据为试验数据,采用开源软件SAGS-GIS利用B样条插值(B-Spline)、普通克里金插值法(OK)、线性插值三角网法(TLI)、反距离加权插值法(IDW)4种插值方法分别构建森林冠层高度模型,对森林冠层高度模型的平面视图、三维视图、剖面图及其像元统计量进行比较和分析;同时对反距离加权插值法的插值参数搜索半径进行讨论、比较和分析。【结果】对于森林区域空间分布均匀且存在高度突变的点云数据,B-Spline插值对空值区域都进行了填充,林冠空隙也被过分填充,且CHM像元最大值明显偏离原始插值数据;TLI插值的CHM显得比较破碎;OK插值法对影像过度平滑,生成的CHM影像模糊;而IDW插值法对冠层顶部进行了适当填充和平滑,但冠层边缘不被过度平滑,保留高度突变,同时林冠空隙仍然保留也不被过分填充。IDW插值应选择合适的搜索半径,搜索半径为原始点云间隔的1.5~2.5倍较为合适。【结论】IDW插值法优于B-Spline,OK,TLI插值法,生成的CHM能较准确反映森林冠层的真实自然形态,有利于森林参数的提取。     

地理信息系统中不同空间插值方法的比较研究

对黑龙江省2010年32个气象站点的年降雨量数据分别利用距离倒数插值、样条插值和克里格插值等方法进行插值,得到不同方法下黑龙江省范围内的降雨量空间分布数据。对不同方法得到的插值结果进行对比分析,采用平均误差、平均绝对误差、平均相对误差、平均绝对相对误差、系统误差等指标进行优度检验,比较各个插值方法的优劣性。结果表明,样条插值所得到降雨量的最大值与最小值与原始降雨量数据最为接近,反距离插值所得到的降雨量的最大值与最小值与原始降雨量数据相差最大。各种插值结果没有显著的差异,样条插值相对于其他两种插值方法误差较小,并且简单易行。     

黑龙江省样地气象因子及NPP时空变化分析

本文以黑龙江省为研究区域,以2005年和2010年气象数据(平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速)和样地数据为数据源,分别采用三种空间插值(反距离权重插值法、样条插值法、克吕格插值法)的方法进行插值、精度验证及对比分析,获得不同气象因子的最优插值方法。利用最优插值方法获得黑龙江省内样地点的不同气象因子值,并利用周广胜模型计算NPP值,进行黑龙江省样地气象因子及NPP时空变化分析研究。研究结果表明:降水量、平均气温的最优插值方法为克吕格插值法,平均相对湿度的最优插值为反距离权重法,平均风速的最优插值为样条插值法;黑龙江省2010年比2005年的年均温升高了近0.04℃,年降水量升高了22.15mm;随着2010年降水量和气温的升高,NPP也有明显增加,其差异呈缩小趋势;黑龙江省NPP由北向南逐步增多,中东部地区高于西北部地区。该研究为了解黑龙江省内区域生态环境承载力、人类社会发展对于生态环境影响以及植被与气候变化之间的响应关系都有重大的理论与现实意义,为碳循环与区域性及全球变化研究提供了数据支持。     

基于MERSI数据的山西森林覆盖监测

利用FY3-3A/MERSI可见光和近红外波段数据合成得到假彩色卫星数字图像,结合区域土地利用、植被类型及森林资源分布等数字化图件,在对图像进行目视解译及多波段数据非监督分类基础上,将地物覆盖划分为林地、冬小麦、水体和裸地4种类型;采用4种监督分类方法(最大似然分类法、平行算法、最小距离法和马氏距离法)进行地物分类;在分析分类结果可行基础上,依据区域森林覆盖数字化图件对林地分类结果进行精度评估,确定研究区域林地空间分布结果.结果表明:4种监督分类方法中,最大似然分类法分类结果的精度最高,达到85%,其次是最小距离和马氏距离法,平行算法的结果较差.可见,利用MERSI数据采用监督分类和非监督分类相结合的方法提取的山西省森林资源分布结果精度较高,符合实际情况,可作为区域宏观森林资源分布监测的有效手段.     

我国森林健康评价方法综述

文章对森林健康评价对象进行分类,总结了我国森林健康评价的方法以及其适用性.我国学者进行森林健康评价的主要方法包括指示物种法、指标体系法、健康距离法、主成分分析法、层次分析法、模糊综合评价法、人工神经网络法等.文章讨论了森林健康评价分级标准及其应用.在分析森林健康及其相关工作中存在问题的基础上,对未来我国森林健康监测、评价工作进行了展望.     

森林可燃物的动态特征研究综述

森林可燃物具有很强的空间异质性,其种类、水平分布、垂直分布具有动态的特征,会改变火频率、火灾类型和火强度。长期动态跟踪、监测森林可燃物,把握动态特征,能够及时掌握森林可燃物能量变化,从而更好地预防、监测和扑救森林火灾。文章对森林可燃物的类型、含水率、载量、分布特征等动态特征的研究方法和内容进行了综述,并展望了未来研究热点。     

基于地统计学的森林地上生物量估计

基于吉林省汪清林业局金苍林场二类调查的局级固定样地数据,利用地统计学的普通克里格法和协同克里格法对研究区域内森林地上生物量进行估计(协同克里格法以地上生物量为主变量,以胸高断面积为协变量),并对2种插值方法进行比较。结果表明:在研究区域内普通克里格法预测精度较低;而协同克里格法能够显著提高预测精度,所产生的均方根误差(RMSE)减少49.0%,平均标准误差(ASE)减少39.4%,预测值和实测值的相关系数提高68.4%。通过插值得到整个林场生物量的空间分布格局图,生物量的分布存在明显的空间异质性。林场平均生物量密度为111.9t·hm-2,总生物量达3.578Tg;并从不同森林类型和龄组对生物量的空间格局进行分析。研究结果可为区域尺度内基于固定样地和地统计学的生物量估计提供方法和参照。     

湖北宜昌市2018—2021年松材线虫病疫情扩散时空演变分析

松材线虫病疫情分布、危害及传播具有一定地理空间分布与时间演变规律，以湖北省宜昌市2018—2021年松材线虫病疫情危害松林位置空间信息为研究对象，运用空间数据统计分析与地图可视化、反距离权重法、时空模式挖掘、Slope趋势分析等分析疫情传播扩散时空演变，揭示其时空分异特征。结果表明：宜昌市属危害严重区域，2018年松材线虫病疫情出现危害高峰值，疫情由点状扩散到面状辐射蔓延，经政府主导防治后危害呈逐年递减趋势。危害高发区域随时间转移，2018年和2019年危害程度集聚性最高。反距离权重插值图显示疫情传播的最危险和严重性区域分布在夷陵区和当阳市。归一化植被指数（NDVI）具有明显的空间异质性，Slope线性回归预测松材线虫病疫情治理与扩散变化趋势呈现危害增加和危害减少两种类型。疫情时空热点呈分散型，空间演变体现治理成效特征，冷点趋势类别为连续冷点、持续冷点、分散冷点，分布区域长阳县、五峰县治理成效显著，危害较轻。辅助空间统计建模分析、测度时空演变差异性以及挖掘相关影响因子，为研究松材线虫病疫情传播扩散蔓延提供了借鉴，为探索综合防控提供辅助决策。     

马尾松猝倒病空间分布型及其参数特征应用的研究

研究病害的空间分布型,利用分布型提供的参数,不仅可以对研究资料提出可靠的数理统计方法,正确估计病害的危害程度,而且利用这些信息还可以分析病害对环境条件的适应程度,从而制定最佳防治措施。本文引用聚集指数C、CA、I、Iδ及Iwaom~·—X回归模型、Taylor幂法则对马尾松倒病进行空间分布型测定,利用分布型提供的特征参数探讨与其生物学特性的关系和它们在生产实践中的应用意义。     

我国的森林生物量研究

论述了我国森林生物量的研究内容及方法,对乔木层、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系以及区域尺度的生物量研究进行了总结,概述了直接收获法、回归模型、平均换算因子法等常见的森林生物量估测方法.最后提出当前我国在研究重点分布、基础数据采集以及空间尺度转换等方面存在的一些问题,指出森林生物量研究在遥感监测等方面的发展趋势.     

大尺度小样本情况下的数据预测方法对比研究

采用反距离加权法(IDW)、协同克里格法(Cokriging)、回归模型法,利用云南省134个县(市)气象站观测数据对全省≥10°积温区域进行预测.结果表明,由于气象站点稀少,用不同的方法结合不同的辅助信息得到的预测结果不同.反距离加权法强调了空间距离尺度的影响,但未能较好地体现云南省局部积温的分布规律;协同克里格法则优于反距离加权法,但在样本数偏少的情况下预测结果会出现明显的凹凸现象;回归模型法预测结果能很好地体现云南省北低南高、西高东低的气温总体变化规律,又能体现峡谷地带中局部干热河谷的特点,是3种方法中效果最好的预测方法.     

天山云杉立地指数地统计空间分析

以天山中部新疆农业大学实习林场为研究区,基于实测的天山云杉立地指数数据,利用地统计理论从最优变异函数模型拟合、空间格局分析、克里金插值等方面对天山云杉立地指数进行了研究分析。结果表明:研究区天山云杉立地指数频率分布符合正态分布,在空间上表现出各项同性和一定的空间自相关性,其最优变异函数理论模型为球形模型;利用普通克里金法对天山云杉立地指数进行空间插值的结果优于反权距离加权法,同时还可生成估测标准差分布图,为科学决策提供了强有力的工具。地统计理论分析方法在天山云杉的立地质量评价、规划管理等方面有一定的应用价值和潜力。     

森林土壤有机碳储量及时空格局研究现状

综合中国森林土壤有机碳研究进展,得到中国不同地区土壤有机碳分布和储量情况。利用GIS技术,以地统计学的半变异函数为理论分析工具,结合土壤有机碳的研究,可探索其空间分布特征及其变异规律。半方差函数提供了一个定量的工具,可以作为未采样区的区域化变量的取值进行无偏最优估计。通过介绍基于GIS的地统计方法在土壤空间分布及空间变异、土壤评价、土壤空间插值等领域的研究,进一步说明了GIS地统计学在未来土壤有机碳研究发展中广阔的应用前景。     

森林康养空间分布特征及其影响因素研究 ——以四川森林康养基地为例

森林康养是林业转型发展的必然趋势和实现全民健康的必要途径,厘清森林康养基地空间分布特征及影响因素具有重要的理论与现实意义。采用最邻近距离法、地理集中指数、基尼系数、地理探测器等方法对四川省森林康养基地展开研究,发现:四川省森林康养基地分布不均衡,地区差异大;集中程度高,呈典型凝聚型空间分布;在不同研究尺度下影响森林康养基地分布的主要因素有差异,以地州市为研究尺度时,地州市人均GDP对森林康养基地分布有较强决定力,以森林康养区为研究尺度时,森林康养区A级景区数与森林康养基地分布相关性最大。为此,从优化森林康养基地选址、扩展森林康养基地内涵、整合省内森林康养资源等角度提出相关建议,以期为四川省森林康养产业高质量发展提供参考。     

基于机载激光雷达的林隙结构参数提取

【目的】运用激光雷达技术识别提取林隙面积、边界木高和形状指数,为林隙结构参数调查提供技术支持。【方法】以机载激光雷达数据为数据源,以东北林业大学帽儿山实验林场内设置的5块林隙调查样地中的54个林隙为研究对象,通过对比普通克里金插值、反距离权重插值、样条插值、自然临近插值和局部多项式插值确定最优插值方法得到冠层高度模型,运用交替贯序滤波法对冠层高度模型进行林隙识别提取。【结果】通过对比5种插值方法的RMSE发现,普通克里金法适合插值DEM,反距离权重法适合插值DSM;采用交替贯序滤波法识别提取林隙时,林隙识别率为92.6%,运用配对检验法对提取的林隙面积、边界木高与野外调查数据进行检验,基于激光雷达技术提取的林隙面积和边界木高与野外实测值呈较强线性关系,R~2分别为0.983和0.737,其中提取的林隙面积与实测值平均相对误差为15.78%,林隙边界木高与实测值平均相对误差为11.94%。【结论】基于机载激光雷达数据采用交替贯序滤波能有效识别林隙且能准确提取其结构参数;坡度、坡位及冠层结构复杂程度都会影响冠层高度模型的插值精度;林隙面积提取受林隙边界形状和林层结构影响,林隙边界木高随着样地地形、坡度增加误差也随之增大。机载激光雷达技术具有获取地形和树木三维结构信息的优势,可为林隙识别及其结构参数提取提供新的遥感方法。