文档介绍：§12 使用 ArcGIS 进行空间统计分析
软件:ArcGIS 版本以上,需要具有 Geostatistics 模块的许可;
硬件:目前主流配置即可。
本例以 ArcGIS 为软件平台,对甘肃省 30 年平均降水进行空间插值。
(1)打开 ArcGIS ,并把 Geostatistics 模块加载上。首先在工具>扩展中将相应模块选中,如图 1。
图 1
其次,在工具条上点击右键,把 Geostatistical Analyst 选中,如图 2。
图 2
(2)数据准备。本例需要的是各个气象站点和观测数据,所以首先需要各个气象观测站的点图层,各个站点 30 年观测的平均降水量、蒸发量以及该站点的海拔高程作为属性数据,附在上述点图层上。因为是对甘肃省省域内气候进行插值,因此还必须有甘肃省的省界。并通过数据加载按钮将上述数据加载上,如图 3 所示。
图 3
(3)分析数据框架设定。在 Layers 上右击,点击属性,选择数据框架(Data Frame)面板,然后将甘肃省边界图层作为分析时显示的数据框架(即只显示省内区域)。如图 4:
图 4
(ESDA)
空间插值的模型和方法有很多,通过探索性空间数据分析,目的是寻找数据内在的规律性,再根据这些规律寻找适合的空间插值模型;或者通过数据变换(例如常见的 COX-BOX 变换、对数变换),使原来不适合于插值的数据可以进行插值。对于 ESDA 可以说是一门学问,这里简单介绍,GeostatisticalAnalyst 所带的几种方法,如图 5。
图 5
(1)直方图。点击 Histogram,然后在右下选择需要分析的属性,则就显示直方图分布情况,并在右上角给出各种相关的统计指标,图6。
图 6
在左下方的下拉框可以选择直方的数量,变换方法,软件提供了两种:LOG 和 Cox-Box。
(2)正则 QQ 图(Normal QQPlot)。
图 7
(3)趋势分析(trend analysis)。同样选择合适的属性,作为 z 轴,空间坐标作为 xy 轴,则分析该属性的三维分布趋势,图 8。
图 8
通过选择坐标轴,和观察视角分析其分布趋势,并对在其他两个面上的投影分布趋势进行拟合,如图 9。
图 9
(4)Voronoi 图(Voronoi Map)。即所谓的“泰森多边形”,同样选择降水量,进行分析,图 10。右上角为图例,左下角通过下拉列表可以选择平均值、标准差等不同的形式进行 Voronoi Map 分析其空间格局特征。
图 10
(5)半变异函数云图(Semivariogram Cloud)。通过对半变异函数云图的分析为下面进行克立格插值半变异函数模型的选择,提供基本参考,图 11。
图 11
(1)单要素克立格插值。
①点击地统计向导。 ArcGIS 的地统计分析有一个地统计向导,按照这个向导一步一步就可以实现空间产值。点击向导,图 12
图 12
②选择输入的数据和属性,选择的插值模型,这里选择 Kriging方法,图 13。然后 Next 即可。
图 13
③选择插值方法和数据预处理方法。克立格插值模型还包括很多方法,例如普通克立格、简单克立格、通用克立格等等,读者可以自己了解相关知识。这里选择最基本的普通克立格方法,目标是实现空间产值,所以选择预测图即可。
通过上文探索性空间数据分析指导,甘肃省各个台站的平均降水量并不符合正态分布,而且在趋势分析中存在明显的抛物线特征,这里选择相应方法对其预处理,读者也可以不选择,然后比较插值结果的精度,图 14,然后 Next。