南方复合地貌区DEM内插算法的对比研究

数字高程模型是数字地形分析的重要数据基础,在土壤、水文、地貌、生态环境、地质灾害、农业等领域均有广泛应用。插值生成的DEM精度与插值算法本身特性、插值区域地貌类型都密切相关,研究插值算法对不同地貌类型的拟合精度差异,对提高DEM插值精度具有重要意义。以平原丘陵兼有、水网密集分布的南方复合地貌区为研究区,对ANUDEM,IDW,Kriging,Spline,NNI,TIN六种插值算法生成的DEM分别从总体、丘陵岗、平原3方面进行误差评价,结果表明:在丘陵岗地区,ANUDEM精度最高,对地形因子拟合程度最为准确;在平原地区,ANUDEM,TIN精度较高,能准确刻画水网等细节信息;总体而言,ANUDEM插值生成的DEM更能够精确地模拟南方复合地貌区的真实地形。     

PRISM模型在复杂地形月降雨空间插值中的可行性研究

降雨是重要的林业气象数据,如何在复杂地形环境下获取高精度的降雨数据对于研究森林生态与环境具有重要意义。以北京西北山区为例,利用PRISM模型、DEM和山地自动气象站点数据等,综合考虑海拔、坡向、距离等多种影响因子,对降雨量进行了空间插值研究,并使用GDAL输出含有地理信息的降雨分布图。为比较PRISM插值结果,对所用气象站点数据进行交叉验证,交叉验证得到的MAE为1.68mm,RMSE为2.26mm,同时高海拔地区插值精度较低海拔地区有所降低。为进一步体现PRISM方法的优越性,将其与常用的IDW插值、Kriging插值、Spline插值和Trend插值结果进行了比较。结果表明,基本所有的插值方法得到的结果都表现为降雨随高程的增加而增加,PRISM的结果最为详细,IDW和Kriging插值结果次之,Spline相对较差,甚至出现负值,Trend结果一般,缺少细节反映。结合七个验证站点数据对比,更加说明了使用PRISM模型得到的插值结果更加接近实测数据。这些结果都说明,在复杂地形条件下,PRISM比其他插值方法更能精确地表达降雨空间分布。     

河南省安阳县三种土壤全氮含量空间插值方法的比较分析

采用反距离加权法(IDW),克里格法(Kriging),径向基函数法(Spline)对河南省安阳县385个土壤样点的全氮进行空间插值,通过交叉验证和样点检验对不同空间插值方法进行分析,结果表明,Spline优于IDW和Kriging,并且不同插值方法有不同的最优插值点数;基于不同样条函数的径向基函数法插值结果的平均相对误差MRE不同,其中平面样条函数表现最差,高次曲面函数,张力样条函数、规则样条函数和反高次曲面函数之间差异不显著。检验分析结果也显示,Spline优于IDW和Kriging,因此,相对于IDW和Kriging,Spline更适合用于全氮的空间插值。     

基于不同空间插值的DEM土方量计算比较

从空间立体模型角度出发,根据土地开发整理项目实际情况,使用项目申报必备的实测地形信息和规划信息,利用地理信息系统(GIS)的空间分析技术,采用反距离加权插值法(IDW)、克里金插值法(Kriging)、样条函数插值法(Spline)在不同栅格大小的情况下建立数字高程模型(DEM)计算土方量。并以山西省大同县倍加造镇土地开发整理项目为例,选用项目土方量成果为参考值与三种插值方法计算得出的土方量进行对比,得出结论:采用Kriging空间插值生成的DEM计算土方量比较准确;在计算土方量时应选取2.0 m栅格较为准确。应用GIS技术计算土方量,可以为今后的土方量计算提供参考。     

站点密度及插值方法对ET0空间插值精度的影响

流域参考作物蒸发蒸腾量（ET0）插值方法的研究对流域尺度作物耗水时空变化规律有重要意义。该文通过海河流域162个国家农业气象站3a（2003－2005年）旬值气象资料,利用Penman-Monteith公式计算了这些站点ET0,采用ArcGIS软件中常用的Spline、IDW和Ordinary Kriging（OK）法,以及近些年研究较多的线性回归Regression插值法,对不同站点密度条件下的ET0进行空间插值。分析了各空间插值方法在不同站点密度条件下的优劣性,并且给出了本流域内各种站点密度范围条件下计算ET0最适宜的插值方法。结果表明以站点密度1.3个/万km2为界,当站点密度低于此密度时,推荐使用Regression插值法;当站点密度大于1.3个/万km2时,推荐使用IDW和OK插值法;当站点密度大于4.3个/万km2,以上三种插值法并无显著差别;不推荐使用Spline插值法。     

突变地形特征在DEM上的表达

黄土高原南部高塬沟壑区的地形,存在比较明显的塬边线和沟缘线等突变地形特征线,而这种地形特征在DEM表面的表达却缺乏必要研究。选长武县为研究区,将1:50 000地形图（等高线、高程点和河流等专题层）及其手工提取的地形特征线（塬边线、沟缘线和坡脚线）数字化;利用多要素构TIN方法和Hutchinson插值方法,分别在有无地形特征线参与的情况下建立10 m分辨率规则格网的DEM;利用地图代数运算和频率统计等方法,比较分析所建DEM表面的高程、坡度和剖面曲率等地形属性特征。结果表明:在ANUDEM插值（Hutchinson算法）情况下,地形特征线的参与,可显著改善DEM对地形特征的表达,既避免了平三角,又兼顾了地形的光滑和连续性特征;而在构TIN建立DEM的情况下则无明显影响。     

不同插值方法模拟四川省逐月降水量的对比分析

我国西部地区气象观测点较少,致使一些地区的降水信息无法直接获取,采用空间插值方法来推测相邻地区的降水量是重要手段之一。针对四川地区观测点少的现状,结合空间分辨率为90m×90m的数字高程数据(DEM),分别采用常规反距离加权插值(IDW)、考虑各点高程的反距离加权插值(IDW)、局部多项式(LPI)、普通克里金(OK)、协同克里金(CK)对每个月降水量和1年平均每月降水量进行插值,并采用交叉检验法来验证插值结果,将平均误差(MAE)和均方根误差(RMS)作为评估插值效果的标准。结果表明:考虑高程的IDW插值误差小于常规IDW,可明显提高插值精度,克里金方法平均误差和均方根误差较小,优于反距离加权和局部多项式插值,在两种克里金方法中,与数字高程模型结合的CK方法的插值效果更好,更加适合四川省山区地形降水量数据的插值。     

黄土丘陵沟壑区不同数据结构DEM转换精度研究

栅格DEM与TIN是DEM表面建模主要的2种方法。应用DEM进行地形分析时,栅格DEM与TIN的相互转换非常必要,但在转换中所产生的误差直接或间接地影响到分析结果的准确性。以陕北黄土丘陵沟壑区的绥德县韭园沟流域为实验区,采用高精度的1:1万DEM为基准数据,探讨不同转换参数对转换精度的影响。实验结果表明,所建立的栅格DEM表面高程误差随着TIN的转换阈值的增大而增大、所提取的地面坡度、沟壑密度的精度随之降低。TIN的转换阈值以5 m为较为理想的指标。     

微地形DEM的最佳点云密度选取

[目的]通过对微地形DEM的最佳点云密度进行分析研究,从中选取出最佳点云密度,以实现高效、快速获取地表微地形观测结果的目的,既可降低计算成本,又能够保证观测精度。[方法]通过对多个扫描测次的点云数据进行深入的研究,确定出针对该数据最佳DEM水平分辨率为4mm,对原数据进行7种等级的压缩生成对应的DEM。采用平均误差、中误差、标准差3种最常见的DEM精度指标对生成的DEM进行精度评价分析。[结果](1)在点云压缩程度15%时,随着点云密度的减小,平均误差基本没有变化,维持在极低的数值上;点云压缩程度15%时,平均误差随着点云密度的减小而迅速的增大。(2)在点云压缩程度10%时,随着点云密度的减小,标准差基本没有变化;点云压缩程度10%时,标准差随着点云密度的减小而迅速增大。(3)在点云压缩程度20%时,随着点云密度的减小,中误差基本没有变化,维持在极低的数值上;点云压缩程度20%时,中误差随着点云密度的减小而迅速的增大。[结论]对比验证分析结果表明,20%的点云压缩密度为生成微地形DEM最佳的点云密度。     

区域水土流失研究中降雨量空间插值方法选取

在区域水土流失模型研究中,空间插值可提供每个计算栅格的气象要素资料。考虑到研究区域降雨与高程相关性很弱,不宜采用梯度距离反比法（GIDS）,故采用距离反比法（IDW）和普通克里格法（Kriging）,对延安示范区及其周围共50个站点2000-2003年的5—10月逐月降雨量进行插值。交叉验证结果表明：对2种插值方法,二者经过对数变换后平均相对误差（MRE）为8．30％和7．67％,分别比原始数据插值后的MRE下降了23．17％和23．50％,说明插值精度得到了提升,对研究区域某一年逐月降水的插值Kriging方法比IDW方法更加精确。     

降水量空间插值方法在小样本区域的比较研究

针对降水量观测点数量少的小样本区域,寻求适合本区域的降水量空间插值方法,采用已知观测点降水量数据对待估点降水量进行预测,得到可信度较高的降水量预测结果,对指导当地生产生活具有十分重要的意义。在分析美国Upper Sangamon流域9个站点的72个月月降水量数据的基础上,比较了基于ArcGIS的普通克里金法、反距离权重法、样条函数法、趋势面法4种空间插值方法的插值结果与观测数据,分析了降水量空间插值方法对内插点和外推点的插值精度及应用不同插值方法时观测点数量对插值精度的影响。结果表明:反距离权重法较优于其他3种空间插值方法。空间插值精度随观测点数量变化而变化,对于按照距待估点距离由远及近减少观测点的选点方法,反距离权重法插值精度较高,受观测点数量影响较小,样条函数法与趋势面法受观测点数量影响较大,普通克里金法处于两者之间。     

基于数字高程模型的复杂地形下的黑龙江平均气温空间插值

空间化的气象资源被广泛应用于生态系统模拟与农业区划中,但常规插值模型对地形复杂、气象站点稀少的地区气象要素空间分布模拟的精度不高。本文在定量分析海拔高度、经纬度等因子对气温空间分布影响的基础上,选取黑龙江1957-2004年1月、4月、7月和10月的平均气温数据,利用DEM模型和相关辅助信息进行复杂地形条件下的气象资源空间分布模拟。精度交叉验证的结果表明,基于DEM辅助相关信息的插值精度明显高于常规的逆距离权重法、样条函数法、普通克里格法,插值精度提高了0.5-0.9℃。气温的空间分布趋势也更加合理,更好的体现出气温分布的空间异质性。     

土壤速效钾养分含量空间插值方法比较研究

土壤养分连续空间分布数据是土壤信息系统工作的基础，土壤养分空间插值的研究因此变得尤为重要。对陕西省周至县北部猕猴桃适生区土壤进行采样，以对猕猴桃生长作用较为密切的土壤速效钾含量为研究对象，用普通克里格（OK）、样条函数（Spline）、趋势面拟合（TSA）、距离权重反比法（IDW）等常用插值方法对采样点进行插值获取土壤速效钾空间分布图，进行交叉验证，结果表明能够反映出结构性影响的克里格插值方法明显优于其它方法，其中又以球形模型为最佳，样条函数、距离权重反比法在采样点密集区也能内插出较好的效果，但其受采样点密度影响较大．在采样点稀疏的地区内插结果较差。     

插值方法对GIS土壤养分插值结果的影响

精准农业技术的应用越来越受到大家的关注,通过对一个地块土壤养分进行详细栅格采样化验分析,利用反距离法和克里格(Kriging)两种不同计算机插值方法对土壤中各种营养元素进行了分析研究。在采样栅格大小不同的条件下,随机选择5个采样点插值,分析对比了5个采样点在不同栅格采样条件下利用两种插值方法的插值结果。通过插值计算得到土壤中全氮、速效氮和速效磷在采样栅格较小的情况下,由于反距离法考虑的周围点数较多,插值点处的插值误差要较克里格插值总体上来讲误差小,而随着采样栅格距离的加大,克里格插值的误差要小于反距离法插值的误差。     

点源时间序列数据缺失值的估值方法比较——以小流域气象和水文数据为例

对点源时间序列数据缺失值进行有效估值能提升其数据质量。为探究不同估值方法对点源时间序列数据缺失值的估值效果及其影响因素,以亚热带典型小流域长期定位观测的每日气象和水文数据（最高气温、最低气温、太阳辐射量、降雨量及地表径流量）为例,以均方根误差（RMSE）、绝对平均误差（MAE）和Pearson相关系数（r）为性能验证指标,比较了线性内插法（LIM）、K-最近邻插值法（KNNM）、样条插值法（SIM）、多项式插值法（PIM）和核密度估值法（KDEM）5种估值方法的估值性能差异及其主要影响因素。结果表明：（1）LIM、SIM和KDEM的估值性能总体上优于其它2种方法;（2）5种估值方法对气象数据（最高气温、最低气温和太阳辐射量）缺失值估值的RMSE为1.81～6.35,MAE为1.30～4.20,r为0.70～0.98（P＜0.05）,而对水文数据（降雨量和地表径流量）缺失值估值的RMSE为12.54～26.28,MAE为3.60～14.21,r为0.07～0.72。可见,各估值方法对气象数据的估值性能强于对水文数据;（3）上述数据集的变异系数（CV）与估值评估指标（RMSE、MAE及r）线性相关（P＜0.05）,是影响估值性能的重要因素。     

土壤钾素空间变异性和空间插值方法的比较研究

通过研究土壤养分的空间变异性和空间插值方法 ,获取田间土壤养分的连续分布图是当前精确施肥技术的工作基础。本研究以英国Hillsborough农业研究所附近的一块 7.9hm2 的牧草田为研究区 ,区内以 25m25m网格点采样 ,共 125个采样点。以土样的钾素含量为研究对象 ,采用移动平均、趋势面拟合、样条插值、点状克立格、逆距离加权等各种空间插值方法对一部分离散的采样点进行连续插值而获取土壤钾素空间分布图。同时以另一部分的采样点数据来对各种插值方法的结果进行均差和均方差的比较分析。研究结果表明 ,克立格、逆距离加权两种方法总体效果最好 ,其中克立格方法中又以指数模型为佳 ,逆距离加权插值法以二次方为佳     

基于无人机影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法

[目的]探究无人机高清影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法,为无长期地形监测地区的土壤侵蚀强度估算提供了新方法。[方法]通过无人机和RTK-GPS分别获取研究区影像及地面控制点坐标,利用Agisoft PhotoScan Professional 1.1.2软件生成研究区空间点云,利用ArcGIS 10.3生成高精度DEM,通过目视遥感解译和现场调查,快速估算研究区土壤侵蚀速率。[结果]本研究区排土场边坡土壤流失面积11 052.53m2,土壤侵蚀总体积835.41m3,土壤侵蚀速率为4 043.82t/(km2·a)。使用普通克里金法插值生成DEM数据精度为0.26m。[结论]通过本研究方法计算出的排土场土壤侵蚀强度属于中度侵蚀,土壤侵蚀速率较为符合实际情况,精度也满足了本研究的需要,同时,在高密度点存在的情况下,各种插值方法生成DEM数据误差相差不大,使用普通克里金法能够使结果最优。     

耕地养分空间插值技术与合理采样密度的比较研究

土壤养分连续空间分布数据是土壤信息系统工作的基础,土壤养分空间插值的研究因此变得尤为重要。对湖北省鄂州市进行土壤养分采样调查,以对作物生长作用较为密切的有效氮、有效磷、有效钾、pH为研究对象,运用克里格法(Kriging)、样条函数法(Spline)、距离权重倒数法(IDW)3种插值方法对数据进行栅格化处理,分析比较3种插值方法所得结果的特性以及对耕地养分数据插值的适宜性。通过调整空间采样点密度,比较几种空间采样密度对插值结果的影响,总结3种插值方法在不同空间尺度下的插值精度,并在不同土壤类型内进行不同采样密度的插值分析。