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geostatistics-interpolation

数据与分析

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更新于 10-16 01:29

技能介绍

用途:把零散点位测量转成连续曲面,并明确报告插值结果的不确定性。核心产出不仅是预测栅格,还包括克里金方差(标准差)曲面和诚实的交叉验证结果。

方法选择:密集平滑现象快速查看用 IDW(需报告 power 参数,测试 1-3);有空间结构的物理现象需不确定性时用普通克里金;存在明显趋势(高程梯度、海岸效应)用通用克里金或基于协变量的回归克里金;有强协变量(DEM、土地覆盖、距离)时用回归克里金或随机森林残差克里金;分类目标用指示克里金;不想要外推时用自然邻域。IDW 是无误差模型的基线,极端值周围会出现牛眼效应,交付纯 IDW 产品时须说明。

探索阶段:先画带值的点图,检查相同坐标的重复点(需平均或偏移,否则克里金矩阵奇异);看直方图与偏度,强偏变量(降雨、浓度)常需对数或正态得分变换,并正确反变换(对数正态克里金需偏差校正);回归值对 x、y 及候选协变量检查趋势;优先采样时做去丛集处理。

变差函数:是建模决策而非自动拟合。用 gstools 估计:bin_center, gamma = gs.vario_estimate((x, y), values, max_dist=dmax),dmax 约为范围一半;模型用 gs.Exponential(dim=2) 并 fit_variogram(bin_center, gamma, nugget=True),报告 nugget、sill、range 及拟合图。最大滞后约域直径一半,每箱至少 30 对点;用方向变差函数(0/45/90/135°)检查各向异性;用文字解释参数含义,块金接近基台说明数据几乎不支持插值。不要在最邻近样本变差函数 range 之外做有意义插值,需掩膜或标记。

克里金执行:pykrige 示例 ok = OrdinaryKriging(x, y, values, variogram_model="exponential", variogram_parameters={"sill": s, "range": r, "nugget": n}, coordinates_type="euclidean"),z, ss = ok.execute("grid", gridx, gridy),ss 为克里金方差须保留。使用投影坐标系,搜索邻域通常取 16-32 个最近点并记录。

验证:小样本用 LOOCV,报告 ME、RMSE、标准化 RMSE(应约等于 1);丛集样本还需空间分块 CV。画观测对预测散点图与 CV 残差图;与全局均值、IDW 等基线比较。

限制与陷阱:自动拟合变差函数不看图、大范围在 EPSG:4326 下克里金、只交付预测栅格无方差、对数克里金用朴素 exp() 反变换、超出数据凸包仍按同等置信度外推、重复站坐标导致拟合扭曲。采样过稀、无空间依赖、距离单位无效或不确定性未标定时,应拒绝给出自信曲面。交付物包括预测面、不确定性面、变差函数及参数、验证表、采样支持掩膜和方法局限。