典型空间插值模型稳定性及其影响因素研究

该文以农业土壤重金属Cd、Cu为研究对象,将研究区域722个样点,随机均分为2个均等数据集。分别利用IDW法、普通Kriging法对2个数据集进行制图模拟,基于地图直接对比方式,分析2种常用插值方法制图稳定性及其影响因素。通过5次抽样制图对比分析,结果表明:IDW法制图差异度主要集中在20%以下,差异度较高区域在空间上分布相对分散。普通Kriging法在制图差异度10%和10%～20%的区域所占比例低于IDW法,在差异度30%所占比例远高于IDW法,空间上呈大片面状分布。IDW法插值结果稳定性相对普通Kriging法高,制图结果空间格局的重现率更高。制图结果稳定性受样本数据空间结构性影响,空间变异越大,插值结果差异值和差异度越大,且普通Kriging方法受样本点数据空间变异性影响更为明显。因此,在开展土壤重金属污染评价生产实践过程中,对于空间变异性较大的土壤属性,以及对空间变异性较大的局部区域,需要考虑增加采样点密度,以提高插值的精确度和保证插值结果反映真实土壤属性空间分布的规律。     

基于GIS的近海沉积物痕量元素空间分布特征插值方法选择

基于GIS空间分析模块,对雷州半岛近海沉积物实测同步提取态金属砷(simultaneously extracted metals As,SEMAs)数据分别使用反距离权重法(inverse distance weighted,IDW)、张力样条法(tension spline,TS)和普通克里格法(ordinary kriging,OK)进行空间插值;通过交叉验证法和插值图像对比分析,对各插值方法的精度进行了评价。所得结果表明:三种方法的平均相对误差(mean relative error,MRE)的排序为OKIDWTS,平方根误差(root mean squared error,RMSE)的排序为OKIDWTS,其中TS法的MRE及RMSE显著高于OK和IDW法,OK法的MRE及RMSE略低于IDW法。OK法所得的插值等值线图较平滑,在采样点密集处比稀疏区域更好的反映了近海沉积物中SEMAs分布特征,IDW法所得结果图与OK法相类似,但IDW法存在明显的局部误差。TS法所得数据结果溢出原始数据区间且出现了负值,与实际不符。总体来看,OK法更适合于描述近海沉积物痕量元素的空间分布特征。     

典型区土壤重金属空间插值方法与污染评价

选择最优的空间插值方法对土壤重金属空间分布特征的反映和污染评价具有重要的意义.以湖北省恩施市典型区表层土壤重金属As和Cd为例,选取常用的反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、局部多项式法(LPI)和普通克里格法(OK)进行空间插值,对比分析了不同插值方法的插值精度及结果差异.同时采用地累积指数和指示克里格法(IK)评价了土壤重金属污染状况.结果表明,不同插值方法对于同一种元素的预测误差相差较小,但对土壤重金属含量的空间分布特征存在明显差异,其中LPI法表现出明显的平滑效应,OK法次之,而IDW法和RBF法极大地保留了元素含量的极值信息,插值结果较详尽.为准确了解局部高背景区土壤重金属的空间分布状况,应优选IDW法或RBF法进行插值.以湖北省深层土壤重金属含量算术均值作为背景值,地累积指数污染评价结果显示:As和Cd的超标样点分别占5.5%和99.0%,研究区Cd污染程度较高.IK法污染评价显示:Cd中度-强污染以上的高概率污染区域主要位于研究区的中部,应重视土壤Cd污染分布,并对其有效治理与修复.     

基于监测及Kriging方法的京津冀地区大气污染物暴露分布研究

为了实现充分利用已有环境监测站点数据进行人群精细化暴露评估的目的,同时解决某些待测人群社区周边无监测站点时数据的选择问题,以保定市作为大气高污染研究城市,基于现场监测和Kriging（克里金插值）空间分析方法,明确了在研究大气污染物人群暴露时,某一个固定监测站污染物数据的代表性问题.研究表明:对于大气中φ（SO₂）、φ（NO₂）、颗粒物及其组分,空气质量监测点位的代表性一般为5~6 km;对于φ（CO）、φ（O₃）和φ（VOCs）,它们在城市不同地区的空间分布更为均匀,空气质量监测点位的代表性范围更大.通过使用Radial Basis Functions（径向基函数,RBF）、Local Polynomial Interpolation（局部多项式插值,LPI）、Inverse Distance Weighting（反距离权重插值,IDW）、Kriging、Kernel Smoothing（内核平滑插值,KS）和Diffusion Kernel（内核扩散插值,DK）等6种空间分析方法对大气污染物浓度进行预测发现,Kriging方法对大气污染物浓度预测时可使预测值和实测值间的偏差小于10%,准确度最高.因此,在进行某城市某点位的污染物人群暴露浓度预测时,若该点位周边5 km以内有空气质量监测点位,则可用该点位的监测值代替;若5 km以内没有空气质量监测点位,则可基于最近监测点位的污染物浓度进行Kriging空间插值,从而获得该点位的污染物暴露水平.      

基于现场快速检测技术的土壤采样优化策略

合理的土壤采样策略是精确刻画场地污染情况的关键。以湖南某铬污染场地为研究对象,基于现场快速检测数据对反距离加权法（IDW）、普通克里金法（OK）、局部多项式法（LPI）和径向基函数法（RBF）4种空间插值方法的精确度和适用性进行了比较;通过冗余分析确定了实验室分析样品的布点数量;分析对比了实验室检测与快速检测空间插值结果。结果表明:1）不同空间插值方法对场地污染分布识别存在明显差异,适用性排序为IDW法 > RBF法 > OK法 > LPI法;2）经基于快速检测阶段235个点位数据进行的采样策略优化,需送往实验室分析的采样点位减少至113个;3）快速检测技术可有效反映场地铬污染区域分布趋势。     

非平稳型区域土壤汞含量的各种估值方法比较

准确地描述土壤重金属含量的空间分布对于防治土壤重金属污染是十分重要的.以分布类型为对数正态分布,同时具有一阶和二阶趋势效应的土壤重金属Hg为例,分别应用普通克立格法(OK),简单克立格法(SK),对数正态克立格法(LNK),泛克立格法(UK),析取克立格法(DK)和距离反比权重法(IDW)等6种内插方法对其进行了估值,综合比较了各种内插方法的预测误差、统计特征值及插值结果分布图.结果表明一阶趋势的OK方法比0阶和二阶趋势的OK方法插值结果要好.一阶趋势的OK方法中半方差函数模型选用高斯型的比选用球状和指数型的插值效果相对要好.由于"压缩"作用,原始数据经过对数转换后的插值效果要比没有经过转换的插值方法要差.带趋势项的插值方法要比不带趋势项的插值方法要好,其中一阶趋势的UK方法插值效果最好,而IDW方法最差.     

基于多传感器融合的时空连续AOD重构模型

气溶胶光学厚度（AOD）是气溶胶最重要的参数之一,现有的遥感AOD产品受云、积雪等因素的影响空间缺失严重,因此,生成空间覆盖完整的AOD具有重要意义.本文融合MODIS的MAIAC AOD和Himawari-8的AHI AOD,结合气象数据和高程数据,提出一种集成反距离权重插值（IDW）和CatBoost模型的时空连续AOD重构方法（命名为IDW-CatBoost）.将此方法应用于京津冀和台湾岛的AOD重构,并与IDW、CatBoost方法对比,重构结果利用地基监测AERONET AOD进行验证,其中,京津冀的验证数为352个,台湾岛的验证数为641个.结果表明：在空间分布上,IDW AOD存在星点状特征,CatBoost、IDW-CatBoost的AOD具有空间连续分布的纹理特征;精度上,经地基监测AERONET AOD验证,京津冀地区IDW AOD与IDW-CatBoost AOD接近;台湾岛IDW-CatBoost AOD相比于IDW、CatBoost结果,R2分别提高了10%和5%.经过多传感器AOD融合,与单传感器AHI L2、L3、MAIAC AOD相比,IDW-CatBo...     

一种改进的Cressman插值方法在渤海表层总氮数据处理中的应用

根据渤海常规监测站的站位分布特征,提出了一种用来处理渤海表层总氮数据的改进的Cressman插值（MCI）方法。由渤海常规监测总氮数据反应的污染状况设定污染物浓度的两种理想分布,通过理想实验发现利用MCI方法插值得到的误差比传统的Cressman方法、Kriging方法和Local Polynomial（LP）方法更小,验证了MCI方法的有效性。实际实验利用交叉验证方法来计算插值的误差,并用MCI方法插值出2009年和2010年共4个月份的表层总氮空间分布,为渤海污染状况分析提供较为准确的数据支持。     

基于GIS的海洋底栖生物栖息密度空间插值方法

在地理信息系统即GIS的支持下,分别采用反距离加权(inverse distance weighted,IDW)、普通克里格(ordinary krig-ing,OK)、规则样条(regularize spline,RS)和张力样条(tension spline,TS)4种插值方法对2006年7月获得的大连湾底栖生物栖息密度的数据进行空间插值处理,并对插值结果的精确度进行交叉验证,分析和比较不同插值方法获得的分布图。结果表明,插值精确度普通克里格>反距离加权>张力样条>规则样条;4种方法均能较客观的模拟出底栖生物栖息密度的分布趋势,但是在整体趋势和局部趋势两方面的综合考虑下,普通克里格的表现效果更好。文章进一步指出,在确定站位数量及分布前提下,插值结果的精确度可以通过选择空间插值方法得以改善,但其根本还是取决于站位布置的数量和其分布合理性。     

电脑散热风扇灰尘中多溴二苯醚的污染特征和环境健康风险评价

不同模型对土壤污染物空间分布预测精度具有重要影响,针对现有方法不能较好模拟土壤污染物较强的空间变异特征以及缺乏对影响污染物空间分布的关键环境因子识别,本研究基于随机森林（RF）模型,通过融合多源环境要素,开展了某冶炼厂周边农田土壤砷含量空间分布预测研究,并与反距离加权（IDW）和逐步线性回归模型（STEPREG）相比较.结果表明,研究区农田土壤砷污染范围较广,污染严重区域主要分布在研究区南部,3种模型模拟的砷污染空间分布虽总体趋势相似,但局部区域差异明显,IDW和STEPREG模型不能很好地反映研究区土壤污染的强空间变异特征,RF模型模拟结果较好的表达局部高污染区域的细部变化.不同环境要素对农田土壤砷含量空间分布影响的重要性不同,研究区环境变量和地形变量是影响土壤砷含量空间分布的关键环境因子.交叉验证结果表明,RF模型相对IDW和STEPREG模型具有最小的均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、平均误差（ME）和最大的R²,RF模型的RMSE、MAE、ME较IDW模型分别降低了10.8%、5.5%和88.1%,较STEPREG模型分别降低了17.8%、18.4%和94.7%,表明采用RF模型对研究区农田土壤砷含量预测精度最高,取得了最优的预测效果.本研究结果能够为土壤重金属污染空间分布制图提供方法学参考.     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

基于空间插值方法的中国南方酸雨时空分布格局模拟及分析

酸雨时空动态变化监测一直是环境治理所需的重要信息. 在我国南方酸雨“两控区”(酸雨控制区和二氧化硫污染控制区)1991—2001年酸雨观测站年降水pH数据的基础上,采用反距离加权(IDW)、普通克里格(OK)和基于样条函数的ANUSPLIN等3种方法进行酸雨空间插值模拟,并进行验证. 对比分析了3种方法酸雨插值结果与实测值的统计误差、预测标准误差和相对误差区间分布,以及依据插值结果得出的酸雨分布图层. 结果表明:反距离加权法和普通克里格法仅能反映酸雨水平方向上的分布特点,而ANUSPLIN法由于加入了地形作为协变量因子,可很好地反映酸雨空间分布的地形变异特点,更合理地体现了酸雨时空分布特征. ANUSPLIN法插值结果表明,酸雨严重区主要分布在四川盆地、长江以南广大地区,酸雨强度沿长江向西北及北方地区有不断扩大的趋势.      

基于交通流量和路网的区域机动车污染物排放量空间分配方法

针对传统的机动车污染物排放空间分配方法精度不高的问题,提出了一种基于交通流量与道路系统的机动车污染物排放"标准道路长度"空间分配的新方法.该方法以实际道路网络作为机动车污染物排放的分配基底,根据不同等级道路交通流量的差异引入"标准道路长度"转换体系,并利用GIS技术完成机动车污染物排放的空间分配过程.将该方法应用于珠三角地区,建立了2004年珠三角地区的机动车污染物空间分配清单.研究结果表明,珠三角地区机动车高污染物排放集中在车辆保有量大、路网密集、交通流量大的城市和地区,且高污染物排放空问分布情况与主干路网的分布一致,呈现出明显的路状分布;结果显示,该方法能有效降低传统方法空问分配的偏差,尤其当路网分辨率提高时.分配结果精度更高,更切合实际排放情况.     

基于GIS的乌鲁木齐土壤氡变化规律浅析

考虑到数据信息的局限性,以地统计学理论为基础,借助G IS空间分析中的克里格(Kriging)插值方法弥补数据量的缺乏,使用地统计分析模块研究乌鲁木齐土壤氡的空间分布情况,并采用网格布点法进行布点,把环境信息的空间位置与属性特征一体化,做出土壤氡污染分布图,实现了污染物分布空间信息的显示,最后,分析了乌鲁木齐土壤氡的分布规律特征,为进一步的土壤氡分布研究提供了依据。     

土壤连续属性空间插值方法及其精度的研究进展

作为土壤变化的时空定量监测方法,土壤属性空间插值方法及其精度是计量土壤学和"数字土壤"领域的重要研究内容。文章首先介绍了土壤属性空间插值的常用方法,包括克立格插值法(Kriging)、反距离权重法(IDW)、样条插值法(Spline)、贝叶斯最大熵(BME)、地理加权回归(GWR)以及高精度曲面建模方法(HASM);其次阐述了土壤属性空间插值精度验证的方法和指标;再次总结了能够提高土壤属性插值精度的6种途径,包括合理选择插值方法、准确设定插值方法参数、合理设计采样数目和密度、注意空间自相关程度和范围的影响、科学安排实验分析顺序以及结合辅助信息进行插值;最后从插值方法的选择、验证指标的选取以及辅助信息的结合三个方面指出了土壤属性空间插值方法及其精度的未来研究方向。     

影响精确界定我国酸雨区空间分布的因素探讨

利用酸雨监测网的实测数据对影响精确界定我国酸雨区空间分布的因素进行了深入分析,结果表明:首要影响因素是酸雨监测网的站点数量及其空间分布,可导致在同一插值与地统计方法下所获得的酸雨区的分布存在较大差异;其次是选择正确、合适的空间插值方法及其相应参数的设置,反距离加权(IDW)插值法的重酸雨区分布比克里格(Kriging)插值法多而广;最后是精确的面积比测算方法,网格法计算的酸雨区面积比小于等值面法.建议我国酸雨监测网建设应优先在西藏、内蒙古北部及西部等地区布点,进行酸雨区空间分析时应采用多种插值方法进行比较与分析评估,确保在现有酸雨监测网的基础上获得精确、可靠的酸雨区空间分布.     

某铅酸蓄电池污染场地表层土壤重金属Pb空间分布预测研究

为准确界定某典型蓄电池企业污染场地土壤中特征性污染物Pb的空间分布范围,分析和比较了数据拆分后的分区预测模型(OKLG+TIN)、数据正态变换后克里格模型(OKBC)、反距离加权模型(IDW)以及样条函数模型(Spline)对土壤Pb污染空间分布预测和污染评价的影响.结果表明,原始数据集具有高偏倚特征,局部区域存在较大的空间变异性;分区预测模型取得了最高的预测精度,预测的污染物空间分布比较符合场地实际污染状况,其它3种模型受适用原理及数据特征影响,预测精度较低,预测结果不能很好反映高污染区域的细部变化特征,不适合该场地Pb的空间分布预测与制图.研究结果对于此类型工业污染场地后续的修复范围确定和修复治理决策制定提供了参考.     

基于GIS的盐渍土改良区耕地土壤适宜性评价

论文以山东禹城市为例, 进行了盐渍土改良区耕地土壤适宜性评价研究。采用灰色关联分析法与Delphi法结合筛选参评因素,用层次分析法(AHP) 确定其权重,建立了土壤适宜性综合评价模型。通过比较空间插值方法后,采用反距离加权(IDW)空间插值技术,获取了研究区土壤适宜性等级空间分布图。结果显示,禹城市耕地土壤适宜性总体状况良好,Ⅰ、Ⅱ等级面积占27.24%;Ⅲ、Ⅳ等级面积占45.48%,Ⅴ、Ⅵ等级面积占27.28%。耕地土壤适宜性等级分布受到地形地貌的影响,由地势较高的河滩高地向地势较低的洼地过渡,土壤适宜性变差;土壤适宜性等级分布同时受引黄灌溉的影响,在引黄干渠的低洼处,土壤适宜性差。该研究探索了盐渍土改良区耕地土壤适宜性的评价技术方法,对盐渍土改良区耕地资源的持续利用和土壤改良有积极意义。     

多尺度PM_(2.5)分布特征的空间插值与遥感反演对比

精确识别污染物浓度的空间分布是进行区域大气污染防治的重要基础。利用MODIS卫星数据,采用基于地面气象和环境空气质量监测站点观测数据为基础的反演模型,反演获取2013年12月珠三角地区典型大气污染过程1 km分辨率的PM_(2.5)浓度数据,对比分析遥感反演及基于环境空气质量监测站点观测数据的空间插值方法对区域、城市和乡镇尺度PM_(2.5)浓度空间分布特征的再现效果差异。结果表明,珠三角地区PM_(2.5)遥感反演结果与地面观测数据的相关性达到0.74,相关性水平较好,遥感反演结果可描述区域、城市和乡镇尺度上PM_(2.5)污染浓度的空间分布特征,识别不同空间位置的污染程度差异;基于站点观测数据的空间插值方法对PM_(2.5)浓度空间分布特征的再现能力有限,在区域尺度PM_(2.5)浓度空间分布特征分析时效果尚可,在站点有限的城市和乡镇尺度分析中效果不佳,容易产生对高浓度污染地区的误判;在需要利用站点观测数据分析区域尺度PM_(2.5)浓度空间分布特征时,析取克里金、反距离权重或径向基函数插值方法的效果相对较好。     

土壤污染调查加密布点优化方法构建及验证

鉴于传统调查布点方法对土壤污染物平均含量的估计精度较高,但对污染区范围的估计精度不能满足修复治理需求的问题,同时,为了准确估计土壤污染区面积及其空间位置,提出了土壤污染详查样点优化方法.在初步调查的基础上,首先利用地统计条件模拟方法预测土壤污染概率,基于污染概率和土壤污染物含量局部空间变异确定加密布点的优先区域,并根据污染物含量的空间变化趋势布设样点,然后根据优化后的土壤污染调查布点方案估计污染区面积和空间位置.最后,以某Cd污染场地为例,验证了布点优化方法的效果.结果表明,土壤污染调查加密布点方法显著提高了污染区面积及其空间位置的估计精度.案例场地土壤Cd污染区面积的预测误差为4.10%,污染区空间位置的精度为86.10%.土壤污染调查布点优化方法在保证土壤污染调查精度的同时,相比于传统调查方法可显著降低土壤污染调查的样本量.