基于地形分类的黄土丘陵区土壤有机质插值方法

黄土丘陵山区地形复杂,耕地细碎,采样点密度不足,因此研究适宜该区域的空间插值方法具有重要意义.以山西省偏关县为研究区,基于数字高程模型(digital elevation model,简称DEM)数据生成地形因子,依据地形因子将研究区划分为不同地形单元,利用Kriging插值法对各地形单元进行分层插值,通过叠加不同地形单元的插值结果,得到全区域的土壤有机质含量空间分布,并利用均方根误差和决定系数评价空间插值方法的预测精度.结果表明,采用划分地形单元分层克里金(Kriging)插值法得到的预测值与实测值的决定系数为0.3753,明显高于全局插值法;均方根误差精度高于全局插值法,预测值无偏性好.因此,基于地形单元的空间插值方法可以更精确有效地获取土壤有机质空间分布特征,为复杂山区低密度采样下的耕地质量调查与评价提供技术参考.     

基于BP神经网络与Kriging结合的土壤有机质空间分布模拟——以福建省华安县为例

[目的]提高县域尺度耕地土壤有机质空间插值精度。[方法]基于福建省漳州市华安县215个土壤有机质野外采样数据,将样地土壤类型、土地利用方式两种定性因素转化为虚拟变量,结合土壤质地、海拔高度、坡度等定量因素,构建了BP神经网络与克里金插值(Kriging)相结合的非线性拟合法(BP_OK),并与回归克里金插值法(RK)、普通克里金插值法(OK)进行对比。[结果]利用30个验证样点计算BP_OK、RK、OK法的均方根误差分别为3.55、3.73、4.92 g·kg~(-1),相关系数分别为0.72、0.68、0.35。[结论]结合土壤有机质采样数据和外界辅助因素的BP_OK法、RK法插值精度明显优于仅考虑土壤有机质采样数据空间自相关性的OK法,其中采用非线性拟合的BP_OK法预测精度最高,证明了BP_OK法可以有效改善县域尺度下耕地土壤有机质空间分布模拟精度。     

基于GIS的关中—陕南地区降雨量空间插值分析

[目的]比较4种空间插值方法的插值效果,分析研究区域降水空间分布特征。[方法]以陕西省关中—陕南地区为例,采用该地区72个气象观测站点59年的降水量资料,结合GIS空间插值技术,以国际科学数据共享服务网站30 m×30 m网格DEM为基础,选取IDW、普通克里金插值法、协同克里金插值法和径向基函数插值法对关中—陕南地区72个观测站多年平均降水量进行空间插值,并分区域随机选取其中10个站点的降水量数据对4种插值方法的插值效果进行检验,以此确定最佳插值方案,分析研究区域的降水空间分布特征。[结果]顾及地形因素的协同克里金插值效果最佳,并能真实地反应研究区域的降水空间分布特征,普通克里金法次之,反距离加权法和径向基函数法较差。对插值结果的进一步分析显示,该研究区域降水呈现明显的纬度地带性分布特征,且降水受地形、地貌等因素影响较大。[结论]顾及地形因素的协同克里金插值法效果最优,适用于该区域。     

基于GIS海南岛气象要素空间插值法比较分析

应用普通克里格插值法(OK)、反距离权重插值法(IDW)、样条插值法(Spline)以及混合插值法(MLR)对海南岛18个长期气象观测站1979～2008年年均气温、年降水量、年日照时数以及年积温进行空间栅格化,并进行结果对比分析。结果表明:通过交叉检验的MAE和RMSIE的误差分析表明,MLR插值精度最高,样条插值法插值精度最低,普通克里格与反距离权重插值法插值精度接近。总体来看,混合插值法(MLR)是海南岛气象要素最优空间插值法。     

云南省山洪灾害临界雨量空间插值分析方法研究

临界雨量是进行山洪灾害预测、预报和预警的重要参数之一。采用空间变异理论，应用克里金空间插值分析法、反距离加权插值法、径向基函数插值法对云南省山洪灾害典型区的临界雨量的情况进行对比分析，对其变化规律进行研究，并绘制相应等值线图。综合分析结果表明克里金空间插值分析方法能较好反映临界雨量的变化规律，具有较好的通用性和可操作性。     

云南省山洪灾害临界雨量空间插值分析方法研究*

 临界雨量是进行山洪灾害预测、预报和预警的重要参数之一。采用空间变异理论，应用克里金空间插值分析法、反距离加权插值法、径向基函数插值法对云南省山洪灾害典型区的临界雨量的情况进行对比分析，对其变化规律进行研究，并绘制相应等值线图。综合分析结果表明克里金空间插值分析方法能较好反映临界雨量的变化规律，具有较好的通用性和可操作性。     

省域尺度土壤有机质空间分布的神经网络法预测

土壤有机质空间分布预测方法研究对指导省域尺度下土壤有机质空间插值模型选取和精度优化具有重要意义。以江西省为例,利用BP神经网络模型与普通克里金结合的方法(BPNN-OK)、RBF神经网络模型与普通克里金结合的方法(RBFNN-OK)以及普通克里金法(OK)3种方法,预测省域尺度下耕地表层(0~20 cm)土壤有机质的空间分布。16 109个土壤样点随机分成12 887个建模样点,3 222个测试样点。结果表明:在省域尺度下,BPNN-OK法、RBFNN-OK法较OK法在土壤有机质空间预测精度上有较大提升,三者的预测精度为BPNN-OKRBFNN-OKOK。BPNN-OK法对土壤有机质预测结果的均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差较OK法分别降低28.66%、30.71%、34.76%,RBFNN-OK法较OK法分别降低27.76%、29.74%、33.71%。在省域尺度下,神经网络模型与普通克里金结合的方法能很好地捕捉土壤有机质的复杂空间变异关系。研究结果可指导江西省土壤有机质空间插值模型选取。     

基于ANUSPLIN 的降水空间插值方法研究

【目的】对黄淮海平原点状降水数据进行空间插值,筛选最优模型,分析插值精度,为该区域水分供给状况分析、农业干旱研究等提供科学依据与技术支撑。【方法】采用基于样条函数插值理论的专业气象插值软件ANUSPLIN,根据黄淮海平原内457个气象站点1981—2010年连续30年的降水数据,分别以分辨率为90 m、1 km的高程数据作为第三变量,对降水数据进行空间插值,根据误差统计选出最优插值模型,分析不同分辨率的数字高程模型与插值精度的关系;为比较ANUSPLIN插值结果,随机选取29个点的降水数据作为验证集,同时将其与克里金插值方法进行比较。【结果】(1)对所选气象站点数据进行交叉验证发现,相比较克里金插值,ANUSPLIN得到的结果精度更高。冬季降水量较少时的插值精度比降水集中的6—8月份的插值精度高,利用ANUSPLIN对冬季的降水数据插值的均方根误差为0.38 mm,夏季为4.19 mm,克里金方法对冬季降水数据插值后对应的RMSE为0.45 mm、夏季为4.31 mm;(2)DEM分辨率越高,对应的插值精度会有所提升,对夏季降水插值较明显,利用90 m分辨率的DEM对夏季降水插值,RMSE为4.19 mm,1 km分辨率的DEM插值后对应的RMSE为4.24 mm。【结论】通过ANUSPLIN对黄淮海平原的降水插值方法研究,探讨插值精度与DEM分辨率的关系,发现提高协变量数据DEM的分辨率可以获得更高精度的降水栅格数据,相比较克里金方法,AUNSPLIN获得的结果更加细致地描绘出地形因素对降雨空间分布的影响,为黄淮海平原干旱分析、指导当地农作物灌溉生产提供重要的决策支持信息。     

县域耕地土壤速效钾空间预测方法的比较

【目的】筛选出测土配方施肥项目中最适宜的土壤速效钾空间预测方法,为准确预测土壤养分的空间分布提供依据。【方法】以陕西汉中汉台区耕地土壤速效钾含量为研究对象,分别采用反距离加权插值法、径向基函数插值法和普通克里格插值法3种方法,在选取3种方法最优模型参数的基础上,对试验区域内2 022个土壤速效钾样点进行空间插值,并对结果进行验证及评价。【结果】通过对3种空间插值方法进行交叉验证,径向基函数插值法均方根误差为267.349,小于其他2种插值方法;其相关系数为0.687,大于其他2种插值方法。利用分区符合度法和插值结果图进一步验证,结果表明,相对于反距离加权插值法和普通克里格插值法,径向基函数插值法更能反映试验区域土壤速效钾的分布格局。【结论】径向基函数插值法较反距离加权插值法和普通克里格插值法更适宜于试验区耕地土壤速效钾的空间预测;在测土配方施肥项目实施过程中,利用分区符合度验证法对土壤养分空间预测方法进行选择是切实可行的。     

基于GIS平均气温空间分布推算模型研究——以海南岛为例

[目的]研究基于GIS平均气温空间分布推算模型。[方法]以多年平均气温为研究对象,应用普通克里格插值法(OK)、反距离权重插值法(IDW)、样条插值法(SPLINE)以及混合插值法(MLR)对海南岛18个长期气象观测站1979～2008年逐月气温资料进行了空间栅格化,通过不同插值方法的对比分析,选择针对海南岛多年平均气温相对最优的插值方法。[结果]通过对海南岛近30年的平均气温4种插值方法的误差分析,发现插值法精度顺序为MLRIDWOKSPLINE。基于海南岛DEM影像的"多元线性回归+残差插值"的小网格插值法即混合插值法(MLR)在海南岛平均气温空间插值效果最好;海南岛平均气温空间分布特征除具有明显的南高北低的纬度地带性以及随海拔升高逐渐降低的垂直地带性外,沿岸地区气温呈略高于内陆地区趋势;海南岛各月气温递减率在0.38～0.85℃/100m,年均气温递减率约为0.74℃/100m,在不同区域不同时间条件下,气温对于海拔高度的递减率不同。[结论]该研究为海南岛农业气象要素连续分布状况获取和建立精确空间分布推断模型提供依据。     

西南丘陵地区土壤有机质含量的空间插值法研究

通过对重庆市梁平县仁贤镇105个土壤采样点的有机质含量与海拔高度的关系进行分析, 提出了结合海拔高度对逆距离权重法和克里格插值法改进的插值方法, 并用改进前后的方法对研究区土壤有机质含量进行插值获取土壤有机质含量的空间分布图, 进行交叉检验. 结果表明, 结合海拔高度改进的插值方法插值结果精度有比较明显的提高. 对逆距离权重法, 考虑海拔高度的平均绝对误差(MAE)从0.081 9%降到了0.000 8%, 均方根误差(RMSE)从0.103 4%降到了0.001 4%;对克里格插值法, 考虑海拔高度的平均绝对误差(MAE)从0.076 4%降到了0.003 1%, 均方根误差(RMSE)从0.098 6%降到了0.003 9%. 在4种插值法中结合海拔高度的逆距离权重法最优.     

毛竹林叶面积指数和郁闭度空间分布协同克里格估算

在地面调查的基础上,利用协同克里格插值法对研究区内毛竹Phyllostachys edulis林叶面积指数(LAI,leaf area index)和冠层郁闭度(CC,canopy closure)2个冠层参数进行空间分布估算研究,并与普通克里格插值法进行了比较。研究结果表明:①球状模型可以用来反映LAI和CC的空间变异,且两者具有强烈的空间自相关特征。②协同克里格插值得到的LAI预测值与实测值之间的决定系数R2为0.635 1,而CC的决定系数R2为0.428 5;与普通克里格法相比,基于协同克里格法的LAI和CC预测精度均得到改善,其中LAI预测精度提高了1.94%,均方根误差减少2.00%,平均标准误差减少0.18%,而CC预测精度提高了4.82%,均方根误差减少1.90%,平均标准误差减少1.30%。③安吉县毛竹林LAI和CC都具有从西南到东北逐渐递减空间分布格局,在一定程度上反映了安吉县不同区域毛竹林经营水平的差异。     

基于GIS的宁夏降水量空间插值方法对比分析

以宁夏2013年有完整实测年降水量的171个水文站及雨量站数据为基础,依托ArcGIS数据处理平台,分别采用克里金、反距离权重、样条函数3种插值方法对降水量进行插值。结果表明:3种插值方法均反映出2013年宁夏区域年降水量总体由南向北递减的趋势特征,且总体均表现出宁夏北部、中部的插值效果明显好于南部山区。同时,3种插值方法插值结果与实测值的相关性均较明显,相关系数R2Krigin(0.996)R2IDW(0.994)R2Spline(0.967),建议宁夏降水量空间插值优先考虑采用克里金插值法。     

土壤养分含量的协同克里格法插值研究

土壤养分含量的空间分布是农业领域研究的重要内容,空间插值是获取土壤养分含量空间分布的重要方法。空间插值方法很多,不同的空间插值方法结果精度各不相同。文章以石家庄城乡交错带土壤全氮、速效磷、速效钾三种养分含量为主变量,土壤有机质含量为辅助变量,选取普通克里格法和协同克里格方法,对85个采样点的土壤养分数据进行空间插值分析,获取土壤养分含量空间分布图。采用交叉验证法对其插值结果精度进行分析和评价,结果表明,采样点数量相同时协同克里格方法的结果精度明显高于普通克里格插值法;利用协同克立格法, 主变量数目在减少至70个,辅助变量不变的情况下,精度仍高于普通克里格法,且空间分布高度相似。说明在适当减少土壤样本的情况下,协同克里格法仍能保证插值精度,适合土壤养分空间插值。     

基于经验贝叶斯克里金的微尺度植烟田土壤有机质空间变异性

【目的】为了在优质烟田间栽培中更好地实施精确定位施肥,需要准确掌握植烟田土壤养分的空间分布信息。【方法】本文根据地统计理论,采用经验贝叶斯克里金方法分析河南省内乡县一长期植烟田土壤有机质含量的空间变异性,并与径向基函数神经网络插值法、普通克里格插值法进行预测精度比较。【结果】研究区植烟田土壤有机质含量处在最适宜范围内,其平均值为14.81 g·kg~(-1),变异系数为13.74%,表现为中等程度变异性。植烟田土壤有机质含量存在半方差结构,其半方差函数最优拟合模型是指数模型。而且表现出较强的空间相关性。在插值和预测方面,EBK经验贝叶斯法除了明显优于普通克里金插值法以外,还优于RBF神经网络插值法。【结论】在微尺度条件下,采用以坐标和邻近样点为输入的经验贝叶斯克里金方法,来分析植烟田土壤有机质含量的空间变异性,可以达到快速便捷、精度更高的效果。     

结合不同辅助信息的耕地土壤有机质空间插值方法研究

耕地土壤有机质与耕地质量息息相关,其空间分布受人为因素和自然因素的双重影响。为提高空间插值模型预测精度,以福建省漳州市华安县为例,采用结合坡度、海拔高度、土地利用辅助信息的空间插值技术,探究最适合该区域的空间插值模型。结果表明:华安县耕地土壤有机质平均含量23.5 g/kg,属中等水平,变异系数为30.8%,属中等性变异,块金系数为55.1%,表明人为因素和自然因素对土壤有机质的空间变异的影响作用相当。结合土地利用类型的克里金插值模型精度最高,结合海拔高度的空间插值次之,结合辅助信息的空间插值与普通克里金插值相比,预测值和实测值的相关系数明显提升,均方根误差有不同程度的下降。     

天津表土DDT浓度的空间插值方法研究

分别运用反距离加权插值法（IDW）、反距离平方加权插值法（ISDW）、多项式回归法（PR）、双线性插值法（BI）以及普通克里格法（OK）共5种方法对天津表土188个采样点的DDT浓度数据进行了空间插值,并对插值精度进行了评估和比较。结果表明,上述5种方法均无系统误差,且方均根误差（RMSE）差别不大,从误差分布来看,普通克里格法表现稍好。188点中,普通克里格法插值误差在0.5和1.0个对数单位以内的百分比分别为62.2%和91.5%。在表土DDT浓度突变的局部,所有插值方法的误差都超过一个对数单位。相对于其他4种插值方法而言,普通克里格法生成的空间插值图,更能准确表达天津表土DDT浓度的空间分布特征,其细部的浓度变化也更清晰。     

结合不同辅助信息的耕地土壤有机质空间插值方法研究

耕地土壤有机质与耕地质量息息相关,其空间分布受人为因素和自然因素的双重影响.为提高空间插值模型预测精度,以福建省漳州市华安县为例,采用结合坡度、海拔高度、土地利用辅助信息的空间插值技术,探究最适合该区域的空间插值模型.结果表明:华安县耕地土壤有机质平均含量23.5 g/kg,属中等水平,变异系数为30.8％,属中等性变异,块金系数为55.1％,表明人为因素和自然因素对土壤有机质的空间变异的影响作用相当.结合土地利用类型的克里金插值模型精度最高,结合海拔高度的空间插值次之,结合辅助信息的空间插值与普通克里金插值相比,预测值和实测值的相关系数明显提升,均方根误差有不同程度的下降.     

西南丘陵地区土壤有机质含量的空间插值法研究

通过对重庆市梁平县仁贤镇105个土壤采样点的有机质含量与海拔高度的关系进行分析,提出了结合海拔高度对逆距离权重法和克里格插值法改进的插值方法,并用改进前后的方法对研究区土壤有机质含量进行插值获取土壤有机质含量的空间分布图,进行交叉检验。结果表明,结合海拔高度改进的插值方法插值结果精度有比较明显的提高。对逆距离权重法,考虑海拔高度的平均绝对误差（MAE）从0.0819％降到了0.0008％,均方根误差（RMSE）从0.1034％降到了0.0014％;对克里格插值法,考虑海拔高度的平均绝对误差（MAE）从0.0764%降到了0.0031％,均方根误差（RMSE）从0.0986％降到了0.0039％。在4种插值法中结合海拔高度的逆距离权重法最优。     

云南省年均降雨量空间插值模拟方法比较

用反距离权重法、普通克里金法、基于样条函数法和回归模型计算法对云南省内134个气象站1993—2007年年均降雨量进行空间插值,将插值预测结果与检测点数据作对比分析,结果表明：4种插值法均能反映云南省内年均降雨量的空间分布特征,反距离权重法插值误差最小,精度最高,回归模型模拟插值误差较大,但能直观地反映年均降雨量随地理位置及海拔高度立体变化而变化的特征。