ArcGIS在空间统计分析中的应用:甘肃30年降水插值案例

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"本文介绍了如何利用ARCGIS进行空间统计分析,主要涵盖了软硬件环境设置、软件和数据的准备、分析数据框架设定以及探索性空间数据分析(ESDA)的几个关键步骤,包括直方图、正则QQ图、趋势分析和Voronoi图的应用。" 在ARCGIS进行空间统计分析时,首先需要一个合适的软硬件环境,这里以ArcGIS 8.0及以上版本为例,特别是需要具备Geostatistics模块的许可。硬件方面,主流配置即可满足需求。接着,需要对软件进行设置,加载Geostatistics模块,并将所需数据准备好。数据通常包括地理位置信息(如气象站点的点图层)以及相应的属性数据(如降水量、蒸发量和海拔高程)。同时,还需要定义分析的数据框架,例如在本例中,选取甘肃省的省界作为分析的地理范围。 探索性空间数据分析(ESDA)是确定合适空间插值模型的关键步骤。它包括了多种方法,例如: 1. 直方图:用于查看数据的分布情况,通过统计指标(如均值、标准差等)了解数据的集中趋势和离散程度。ARCGIS提供了LOG和Cox-Box两种数据变换方法,以适应不同性质的数据。 2. 正则QQ图(Normal QQ Plot):比较数据分布与正态分布的吻合程度,帮助判断是否需要进行数据转换以满足正态假设。 3. 趋势分析:通过三维空间中的分布来识别属性的潜在空间趋势,这有助于理解变量的空间结构,可以改变坐标轴和视角来更全面地分析趋势。 4. Voronoi图(Voronoi Diagram):展示了每个观测点对其周围空间区域的影响,有助于理解数据点之间的相互关系和空间覆盖范围。 通过对这些工具的运用,分析者可以深入了解数据的特征,选择最适合的插值方法,例如克里金插值、IDW(反距离加权)等,来预测未观测点的值,从而实现空间数据的连续化和可视化。这些技术在地理学、环境科学、城市规划等多个领域都有广泛应用,帮助研究者理解和解释空间模式,进行决策支持。
2014-02-22 上传
实习内容: 练习1:使用缺省参数创建一个表面 练习2:数据检查 练习3:制作臭氧浓度图 练习4:模型比较 练习5:制作超出某一临界值的臭氧概率图 练习6:生成最终成果图 预备知识: 利用地统计分析模块,你可以根据一个点要素层中已测定 采样点、栅格层或者利用多边形质心,轻而易举地生成一个连续表面。这些采样点的值可以是海拔高度、地下水位的深度或者污染值浓度等。当与ArcMap一起使用时,地统计分析模块提供了一整套创建表面的工具,这些表面能够用来可视化、分析及理解各种空间现象。 美国环保局负责对加利佛尼亚州的大气臭氧浓度进行监测。臭氧浓度值是通过遍布全州的监测站来测定的。已经知道所有监测站的臭氧值浓度,但是我们还想知道加利佛尼亚州其他任一地方的臭氧浓度值,但是考虑到费用以及实用性问题,我们不可能在任何地方都建立监测站。地统计分析模块提供了许多工具,通过检测所有采样点之间的关系,生成一个关于臭氧浓度值、预测标差(不确定性)以及超出临界值的概率的连续表面,从而使对其他点的浓度值进行最佳预测成为可能。 在地统计分析模块的安装盘上,附有本次联系所需要的数据。这些数据包括: 数据集 描述 Ca_outline 加州轮廓图 Ca_ozone_pts 臭氧采样点数据(单位:ppm) Ca_cities 加州主要城市位置图 Ca_hilshade 加州山体阴影图 臭氧数据集(Ca_ozone_pts)表示的是1996年中每八个小时时段内的臭氧平均浓度的最大值,以ppm为单位。根据这些臭氧采样点的测量值,你可以生成两个连续表面(或地图),以现有的采样点数据为基础来预测加洲任意地方的臭氧浓度值。创建第一张图时你只需要简单地使用缺省选项即可,你会看到根据采样点数据生成表面是多么容易的事情。生成第二张图时,你可以较多的考虑采样点之间存在的空间关系,这时,你将要用到ESDA(空间数据探索分析)工具来检查你的数据。你还会学习到一些地统计选项,利用这些选项,你可以创建诸如剔除趋势并且模拟空间自相关的表面。利用ESDA工具,通过对各种地统计参数的操作,你可以创建出更加精彩的表面。 很多时候,我们关心的并不是那些有损于健康的风险的实际值,而是它是否超出某一有毒水平,如果确实超出,必须采取行动。你创建的第三个表面将用来评估臭氧浓度超过临界值的概率。 对于本次练习,临界值规定如下:如果最大值超过0.12ppm,那么这个地方就应该被严密监测。利用这个标准,你可以利用地统计分析模块来预测臭氧浓度超出临界值的概率大小。本练习被分为各个单独的任务,你可以根据自己的学习进度来逐步熟悉地统计分析模块个各项功能。 练习1带你进入地统计分析模块,通过创建臭氧浓度表面的过程,你会发现使用缺省参数创建表面是一件很容易的事情。 练习2教你创建表面之前如何对数据进行检查。数据检查的目的是为了找出数据中那些离群值并且发现数据中存在的趋势。 练习3你将创建第二个表面,这个表面更多地考虑了练习2中数据分析发现的空间关系,并且对练习1中生成的表面进行了改进。该练习还将向你介绍地统计学中的一些基本概念。 练习4教你如何对练习1和练习3中创建的表面进行比较,并判断哪个表面对未知值的预测更好。 练习5指导你创建臭氧浓度超出临界值的概率图,从而生成第三个表面。 练习6告诉你怎样利用ArcMap的功能将你在练习3和练习5中创建的表面放在一起做最终的显示。