ArcGIS地统计分析介绍

2010Esri中国区域用户大会ArcGIS地统计分析介绍张文概要•什么是地统计？•如何使用地统计分析模块？数据分析（ExploreData）地统计分析向导（GeostatisticalWizard）创建数据子集（CreateSubset）地统计分析工具（Tools）•ArcGIS10地统计分析新特性采矿业气象学海洋学最高温度图里海平均海面温度图6月降水量精确农业（PrecisionAgriculture）收割产量土壤肥力地统计能够做什么？趋势面样本点什么是地统计?•地统计学利用随机函数对不确定的现象进行探索分析，并结合采样点提供的信息对未知点进行估计和模拟。一个具有空间相关性的自然现象，样本点的选择样本值的大小，以及样本空间位置及样本间的距离，空间相关数据的统计分析如何进行地统计分析?•地统计分析理论前提假设区域化变量变异分析空间估值数据显示数据分析模型拟合模型诊断模型比较ArcGIS中的地统计分析•ArcGIS地统计分析模块在地统计学与GIS之间架起了一座桥梁，–将创建出来的预测表面直接用于3D分析、空间分析的模型–分析预测表面的统计误差，对预测表面的模型质量进行量化ArcGIS中的地统计分析地统计分析模块提供了…•空间数据分析（ESDA）–直方图,QQplot,趋势分析…•确定性插值–IDW,GPI,RBF,LPI•地统计插值–克里金/协同克里金•Ordinary,Simple,Universal,Indicator,Probability,Disjunctive•地统计模拟•含障碍的插值方法–核平滑,扩散插值•采样网络设计•…地统计分析扩展向导（wizard）插值方法（Interpolation）地统计中的插值方法确定性插值地统计插值确定性插值地统计中的插值方法•确定性插值•全局多项式插值（GPI）•径向插值（RBF）•局部多项式插值（LPI）•反距离权重（IDW）精确性插值全局和局部多项式•全局多项式–用一个平面或曲面（多项式）对整个研究区的样点数据集进行全局拟合–常用于缓慢变化的现象•局部多项式–利用多个小平面或曲面（多项式）来对研究区的数据集进行拟合–领域设置：样本点的数量和领域搜索参数.–模型考虑方向连续性–常用于具有短程变异的现象在使用过高阶的多项式时，过度平滑会生成无效结果径向插值•揉捏表面，表面经过每一个已知样本点•最小化表面的曲率.•通过选择函数来决定径向表面穿过样本点的方式•模型参数:样本点个数和领域搜索参数.•模型考虑方向连续性•适用于大数据量的样本和缓慢变化的现象.反距离权重插值•表面经过所有的已知样本点•使用先入为主的空间相关性•根据周围样本值的加权平均来进行预测•权重随着距离增大而递减，越高级数递减越快•模型参数:样本点个数和领域搜索参数.•模型考虑方向连续性•适用于通过定义搜索领域能够捕捉到局部变化的现象。InverseDistanceWeightsDistanceWeightPower=2Power=1生成预测表面的方法数据显示数据分析模型拟合模型诊断模型比较空间数据分析（ESDA）空间数据分析(ESDA)•空间数据分析可以增强对数据的了解，从而在进行插值的时候选择最合适的模型和参数•异常值•空间依赖性•空间分布趋势•平稳性空间数据分析(ESDA)地统计插值•克里金–通过对已知样本点赋权重来求得未知样点的值–权重值:•基于空间相关性模型（变异函数）.•线性无偏最优估计•考虑了已知样本点的空间分布及与未知样点的空间方位关系基于区域化变量存在空间相关性的假设.克里金插值方法•普通克里金–广泛使用.–属性的期望值是未知–克里金方差与样本点位置相关•简单克里金–属性的期望值为某一已知常数–克里金方差与样本点的位置和样本值相关•指示克里金–通常用于二进制数组(0和1).–用于分析属性值是否超过某一阈值的问题•…趋势特征•排除趋势–单独分析剩余部分–生成最后结果之前再自动结合进来搜索方法Distance(h)g(h)基台值块金值0°变程距离90°变程距离各向异性:各个方向表现出的自相关性有所区别克里金插值结果需求输出类型非样本区域的预测值预测图Predictionmap预测值的不确定性分析标准差图StandardErrormap预测将会超出阈值的概率概率图Probabilitymap获得与某特定概率相关的值分位数图Quantilemap概率图和分位数图需要数据满足正态分布预测值的概率1百分之95的值交叉验证|观测值–预测值|预测表面的准确性?交叉验证•地统计提供了测量值与预测值的散点图和统计信息。实际采样值模型预测值OptimizeHelp子类要素…通过从一个在[0,1]区间均匀分布的随机值来分割数据地统计分析GP工具高斯地统计模拟（GGS）•一般插值方法将在一个位置上生成一个预测值。–不考虑每个位置上的变化–插值结果比真实现象要平滑•高斯模拟生成多个的现实，以不同的表现方式表现相同的空间结构–提供了无样本值区域的不确定性.–每一个现实都是模拟的，而不是预测的9.3版本后推出的新特性基于数据平稳性的假设−均值，方差和空间结构不随着空间位置的变化而变化s0s1s2每一个表面都可能是真实的现象高斯地统计模拟（GGS）•预测图，预测值标准差，概率图，分位数图，系数图插值结果输出预测结果•导出对应位置上的预测值输出预测结果•将插值结果导出成等高线输出预测结果•将插值图层导出成栅格–DEM–趋势面ModelBuilderIDWGAlyrOzoneCrossValidationRootMeanSquareStandardizedCollectValuesOutputRMSForPowerValueNBRTYPE=SmoothS_MAJOR=1S_MINOR=1ANGLE=0SMOOTH_FACTOR=0大数据量的样本情况•激光遥感数据插值成DEM•海量样本点•高精度DEMArcGIS10地统计新特性GeostatisticalAnalystin10ArcGIS10的新特性•地统计分析向导的增强–面板及窗口的自由缩放–新的对话框布局和功能–模型参数的优化–变异函数图中包含平均值–提供参数的帮助•对话框上查看•弹出帮助ArcGIS10的新特性•在地统计分析工具箱中，新增了11个GP工具–新增功能–之前版本中仅限地统计分析向导或者地统计分析工具条地统计分析中的IDW工具含障碍的核插值?含障碍的扩散插值•创建空间平衡点-基于预先得到的概率结果-输出的结果样本点是空间平衡的-样本点的空间依赖性被最小化•增密采样网络-基于预定义的地统计克里金图层-使用预测表明的标准差来决定哪个位置上的样本需要保留，哪一个需要被移除。采样网络设计相关资料resources.arcgis.com精彩预告•什么是GeometricNetwork？•如何使用GeometricNetwork对目标网络进行分析？石羽-----“ArcGIS设施网络分析”谢谢！