1、 (4)(2)根据搜索策略选择合适的参估点,如图2:图2 参估点图示(3)根据已经求出的变异函数以及采样点数量,三个采样点列出三个等式,求出方程组的系数,公式为: (5)(4)分析在各向同性条件下改变块金值与在块金值相同条件下改变各向异性对权重值的影响2。各向同性条件下改变块金值时对权重值的影响效果如图3(a),在块金值相同条件下改变各向异性对权重值带来的影响如图3(b):(a) (b)图3 各向同性条件下改变块金值与在块金值相同条件下改变各向异性对权重值的影响(5)根据求出的权重值,代入公式(1),即可求得评估领域内n个采样值的线性组合2。克里金插值法的方法路线图如下:进行预测图4 方法路线
2、图3 克里金插值法分类及适用类型克里金插值法主要有以下几种类型:普通克里金(Ordinary Kriging)、简单克里金(Simple Kriging)、泛克里金(Universal Kriging)、协同克里金(Co-Kriging)、对数正态克里金(Logistic Normal Kriging)、指示克里金(Indicator Kriging)、概率克里金(Probability Kriging)和析取克里金(Disjunctive Kriging)等1。克里金插值法可以简单地表达为: (6)式中,s为不同位置的点,可以人为是用经纬度表示的空间坐标;Z(s)为s处的变量值,它可以分解为
3、确定趋势值和自相关随机误差。通过对这个公式进行变化,可以生成克里金插值法的不同类型。首先,对于趋势值,可以简单地赋予一个常量,即在任何位置s处=,如果是未知的,这便是普通克里金基本模型;也可表示为空间坐标的线性函数,如: (7)如果趋势面方程中的回归系数是未知的,则形成泛克里金模型;如果在任何时候趋势已知的(如所有系数和协方差均已知),无论趋势常量与否,都会形成简单克里金模型。其次,无论趋势如何复杂,仍无法获得很好的预测,在这种情况下需要对误差项进行一些假设,即假设误差项的期望均值为0,且和之间的自相关不取决于s点的位置,而取决于位移量h。为了确保自相关方程有解,必须允许某两点间自相关可以相等
4、。然后,可以对方程式左边进行变换。例如,可以将其转换成指示变量,即如果低于一定的阈值,则将其值转换为0,将高于阈值的部分转换为1,然后对高于阈值部分作出预测,基于此模型作出预测便形成了指示克里金模型。如果将指示值转变成含有变量的函数,即形成析取克里金的指示函数。最后,如果有多个变量的情况,则模型为:,其中j表示第j个变量。除了为每个变量考虑不同的趋势外,随机误差之间还存在交叉相关性。这种基于多个变量的克里金模型即为协同克里金模型。不同的方法有其适用的条件,当数据不服从正态分布时,若服从对数正态分布,则选用对数正态克里金;若不服从简单分布时,选用析取克里金;当数据存在主导趋势时,选用泛克里金;当
5、只需要了解属性值是否超过某一阈值时,选用指示克里金;当同一事物的两种属性存在相关关系时,且一种属性不易获取时,选用协同克里金,借助另一属性实现该属性的空间内插;当假设属性值的期望值为某一已知常数时,选用简单克里金;当假设属性值的期望值是未知的,选用普通克里金。4 国内外研究进展从克里金方法被提出到现在已有完善的理论,并在很多领域得到了实际的应用,在某些领域的应用又推动了克里金理论的发展3。它的发展可归纳为四个时期,每个时期都是以每一届地质统计学大会的召开为标志。第一时期,初次提出了地质统计学理论,将地质统计学与传统的统计学分开,且提出了区域化变量、简单克里金、普通克里金、泛克里金的概念。第二时
6、期,地质统计学的理论逐步的幵始改进和完善。第三时期,地质统计学克里金在实践应用的发展相对理论发展更快,形成了两种类型的理论体系:一类是有参数的克里金方法,另一类是没有参数的克里金方法,有参数的克里金方法是指所研究的数据必须符合正态分布,如析取克里金;而没有参数的克里金方法对所研究的变量的分布没有特殊要求,如指示克里金和概率克里金。第四时期,克里金方法的应用领域不断扩展壮大,在研究中有很多新的课题产生,克里金所研究对象已经不再局限于空间领域的变量,随着某些领域的需求,正在向时间-空间领域扩展4。从目前来看,克里金技术的发展可以概括如下:(1)形成了一套完整的理论体系。线性平稳地质统计学是地质统计
7、学的基础部分,包含基本概念:区域化变量理论;基本工具:变差函数;基本假设:二阶平稳假设和本征假设;基本公式:估计反差和普通克里金法;线性非平稳地质统计学包括了泛克里金和K阶本征函数法等。平稳非线性地质统计学包含析取克里金等。(2)编制了一些实际有效的程序以及软件。例如斯坦福大学的Geostatistical Earth Modeling Software。(3)地质统计学的提出原本是为了解决矿产储量的估计,但是随着地质统计学的发展,人们发现其研究对象存在于很多种自然现象中。于是,地质统计学不再是研究地质领域的特有方法,而成为研究某类自然现象通用的方法,例如降水量的分布、水文层的渗透率和孔隙度等
8、属性值、在医学上对骨豁的三维重建5等等。目前国内外学者利用克里金插值法做了大量研究。翟进乾应用克里金插值方法对煤层分布监测进行了系统分析研究6;张蕾、陈晓宏将克里金插值方法用于珠江三角洲网河区水位空间插值7;尚庆生、郭建文等将克里金插值方法用于计算青藏铁路钻孔地温数据,实现了数据的体视化8;颜辉武,祝国瑞等采用克里金插值方法建立水文地质层三维模型9,并利用体绘制技术进行可视化表达,取得了良好的效果;刘承香、阮双深、伍小芹提出基于克里金插值方法进行水深数据插值形成规则网格数字高程模型的算法,对海底数字地图的模拟具有重要参考价值,数字仿真结果证明该算法可行10。参考文献:1 汤国安,杨昕.ArcG
9、IS地理信息系统空间分析实验教程M.北京:科学出版社,2011. 2 孟俊贞. 克里金插值近似网格算法在栅格数据投影变换中的应用D.长沙:中南大学,2009. 3 曲寿利,王鑫.国内外物探技术现状与展望M.石油工业出版社,2003.4 姚兴苗.快速三维克里金插值方法研究及实现D.成都:电子科技大学,2013.5 胡岩,王田苗,王君臣.基于Kriging算法的手术导航三维形变技术J.北京航空航天大学学报,2010,5: 12.6 翟进乾.克里金(kriging)插值方法在煤层分布检测中的应用研究D.太原:太原理工大学,2008. 7 张蕾,陈晓宏.珠江三角洲网河区水位空间插值的kriging方法J.中山大学学报(自然科学版).2004,43(5):112一114,8 尚庆生,郭建文.基于Kriging插值的钻孔地温数据体视化J.遥感技术与应用,2006,8(4):302305.9 颜辉武,祝国瑞.基于kriging水文地质层的三维建模与体视化J.武汉大学学报(信息科学版).2004,29(7):611614.10 刘承香,阮双深,伍小芹.基于kriging插值的数字地图生成算法研究J.深圳大学学报理工版,2004,21(4):295299.
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