ESRI Geostatistical Analyst Руководство пользователя

285 Pages·14.057 MB·Russian

Geostatistical Analyst
Руководство пользователя
Copyright © 2001 ESRI
All Rights Reserved.
Russian Translation by DATA+, Ltd.
The information contained in this document is the exclusive property of ESRI. This work is protected under United States copyright law and the
copyright laws of the given countries of origin and applicable international laws, treaties, and/or conventions. No part of this work may be reproduced or
transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying or recording, or by any information storage or retrieval
system, except as expressly permitted in writing by ESRI. All requests should be sent to Attention: Contracts Manager, ESRI, 380 New York Street,
Redlands, CA 92373-8100, USA.
The information contained in this document is subject to change without notice.
DATA CREDITS
Carpathian Mountains data supplied by USDA Forest Service, Riverside, California, and is used here with permission.
Radioceasium data supplied by International Sakharov Environmental University, Minsk, Belarus, and is used here with permission. Copyright © 1996.
Air quality data for California supplied by California Environmental Protection Agency, Air Resource Board, and is used here with permission. Copyright
© 1997.
Radioceasium contamination in forest berries data supplied by the Institute of Radiation Safety “BELRAD”, Minsk, Belarus, and is used here with
permission. Copyright © 1996.
DATA DISCLAIMER
THE DATA VENDOR(S) INCLUDED IN THIS WORK IS AN INDEPENDENT COMPANY AND, AS SUCH, ESRI MAKES NO GUARANTEES AS TO
THE QUALITY, COMPLETENESS, AND/OR ACCURACY OF THE DATA. EVERY EFFORT HAS BEEN MADE TO ENSURE THE ACCURACY OF
THE DATA INCLUDED IN THIS WORK, BUT THE INFORMATION IS DYNAMIC IN NATURE AND IS SUBJECT TO CHANGE WITHOUT
NOTICE. ESRI AND THE DATA VENDOR(S) ARE NOT INVITING RELIANCE ON THE DATA, AND ONE SHOULD ALWAYS VERIFY ACTUAL
DATA AND INFORMATION. ESRI DISCLAIMS ALL OTHER WARRANTIES OR REPRESENTATIONS, EITHER EXPRESSED OR IMPLIED,
INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
ESRI AND THE DATA VENDOR(S) SHALL ASSUME NO LIABILITY FOR INDIRECT, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES,
EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY THEREOF.
U. S. GOVERNMENT RESTRICTED/LIMITED RIGHTS
Any software, documentation, and/or data delivered hereunder is subject to the terms of the License Agreement. In no event shall the U.S. Government
acquire greater than RESTRICTED/LIMITED RIGHTS. At a minimum, use, duplication, or disclosure by the U.S. Government is subject to restrictions as
set forth in FAR §52.227(cid:1)14 Alternates I, II, and III (JUN 1987); FAR §52.227(cid:1)19 (JUN 1987) and/or FAR §12.211/12.212 (Commercial Technical Data/
Computer Software); and DFARS§252.227(cid:1)7015 (NOV 1995) (Technical Data) and/or DFARS §227.7202 (Computer Software), as applicable. Contractor/
Manufacturer is ESRI, 380 New York Street, Redlands, CA 92373(cid:1)8100, USA.
ESRI and the ESRI globe logo are trademarks of ESRI, registered in the United States and certain other countries; registration is pending in the European
Community. ArcGIS, ArcInfo, ArcCatalog, ArcMap, 3D Analyst, and GIS by ESRI are trademarks and www.esri.com is a service mark of ESRI. Other
companies and products mentioned herein are trademarks or registered trademarks of their respective trademark owners.
s
Ñîäåðæàíèå 1 Добро пожаловать в модуль ArcGIS Geostatistical Analyst
Исследовательский анализ пространственных данных 2
Моделирование вариограммы 3
Интерполирование поверхности и моделирование ошибки 4
Картографирование критических значений 5
Проверка модели и диагностика 6
Интерполирование поверхности с использованием кокригинга 7
Как изучать модуль Geostatistical Analyst 8
2 Уроки быстрого обучения
Введение 12
Упражнение 1: Построение поверхности с использованием параметров,
предложенных по умолчанию 14
Упражнение 2: Исследование данных 19
Упражнение 3: Картографирование концентрации озона 26
Упражнение 4: Сравнение моделей 38
Упражнение 5: Картографирование вероятности превышения критического
значения концентрации озона 39
Упражнение 6: Создание окончательного варианта карты 42
3 Принципы геостатистического анализа
Что такое детерминистские методы 50
Что такое геостатистические методы 53
Проработка проблемы 54
Основные принципы, лежащие в основе методов геостатистики 59
Моделирование вариограммы 61
Кригинг 74
Модуль Geostatistical Analyst 78
iii
12
4 Исследовательский анализ пространственных данных
(ESDA)
Что такое Исследовательский анализ пространственных данных (ESDA)? 82
Исследовательский анализ пространственных данных (ESDA) 83
Инструменты Исследовательского анализа пространственных данных (ESDA) 84
Изучение распределения данных 95
Изучение распределения ваших данных 98
Поиск глобальных и локальных выпадающих значений в наборе данных 99
Определение глобальных и локальных выпадающих значений 101
Определение глобальных трендов 103
Определение глобальных трендов 105
Изучение пространственной автокорреляции и вариации по направлениям 106
Изучение пространственной структуры и вариации по направлениям 108
Изучение ковариации между несколькими наборами данных 109
Изучение пространственной ковариации между несколькими наборами данных 111
5 Детерминистские методы интерполяции
пространственных данных
Как работает интерполяция по методу взвешенных расстояний 114
Как работает интерполяция по методу глобального полинома 120
Создание карты с использованием метода глобального полинома 122
Как работает интерполяция по методу локальных полиномов 123
Создание карты с использованием интерполяции по методу локальных полиномов 125
Как работает интерполяция с использованием радиальных базисных функций 126
Создание карты с использованием интерполяции на основе радиальных базисных
функций 129
6 Построение поверхности с использованием методов
геостатистики
Что такое геостатистические методы интерполяции? 132
Изучение различных моделей кригинга 133
Изучение типов результирующих поверхностей 135
iv ARCGIS GEOSTATISTICAL ANALYST
Создание карты по методу кригинга с использованием параметров,
предложенных по умолчанию 136
Изучение преобразований и трендов 137
Что такое ординарный кригинг? 138
Создание карты с использованием ординарного кригинга 139
Что такое простой кригинг? 143
Создание карты с использова(cid:1)нием простого кригинга 144
Что такое универсальный кригинг? 150
Создание карты с использованием универсального кригинга 151
Что такое пороговые значения? 153
Что такое индикаторный кригинг? 154
Создание карты с использованием индикаторного кригинга 155
Что такое вероятностный кригинг? 156
Создание карты с использованием вероятностного кригинга 157
Что такое дизъюнктивный кригинг? 159
Создание карты с использованием дизъюнктивного кригинга 160
Что такое кокригинг? 165
Создание карты с использованием кокригинга 166
7 Использование аналитических инструментов при
построении поверхностей
Исследование пространственной структуры: вариография 168
Моделирование вариограмм и функций ковариации 175
Определение размера области поиска соседства 181
Определение размера области поиска соседства 185
Выполнение проверки и перекрестной проверки 189
Выполнение перекрестной проверки для оценки выбранных параметров 193
Оценка протокола решений с использованием проверки 195
Сравнение моделей 197
Сравнение моделей 199
Моделирование распределений и определение методов преобразований 200
Использование преобразований (логарифмического, по методу Box–Cox и
арксинуса) 204
СОДЕРЖАНИЕ v
Использование преобразований по методу нормальных меток 205
Проверка на двумерное нормальное распределение 206
Проверка двумерного распределения 209
Применение декластеризации для данных, отобранных с различной густотой 211
Декластеризация данных, отобранных с различной густотой 214
Вычитание трендов из данных 216
Удаление глобальных и локальных трендов из данных: вычитание тренда 218
8 Отображение геостатистических слоев и управление ими
Что такое геостатистический слой? 220
Добавление слоев 222
Работа со слоями на карте 223
Управление слоями 224
Просмотр геостатистических слоев в ArcCatalog 225
Отображение геостатистического слоя 227
Изменение символогии геостатистического слоя 229
Классификация данных 230
Классификация данных 233
Определение масштабов, при которых будет отображаться геостатистический слой 235
Сохранение и экспорт геостатистических слоев 237
9 Дополнительные инструменты геостатистического
анализа
Изменение параметров геостатистического слоя: свойства метода 240
Интерполирование значений для заданных точек 241
Выполнение проверки для геостатистического слоя, созданного на основе
поднабора данных 243
Приложение А 247
Приложение B 275
vi ARCGIS GEOSTATISTICAL ANALYST
11111
Добро пожаловать в модуль ArcGIS
Geostatistical Analyst
 ÝÒÎÉ ÃËÀÂÅ Вы приступаете к изучению расширения к ArcGIS компании ESRI® (cid:20) модуля
Geostatistical Analyst, предназначенного для усовершенствованного моделирова(cid:20)
•Исследовательский анализ ния поверхности с использованием детерминистских и геостатистических мето(cid:20)
пространственных данных дов. Модуль Geostatistical Analyst расширяет возможности ArcMap за счет появ(cid:20)
ления дополнительных инструментов, предназначенных для исследовательского
•Моделирование вариограммы анализа пространственных данных, а также Мастера операций геостатистики,
который поможет вам в процессе построения статистически достоверной поверх(cid:20)
•Интерполирование поверхности и ности. Поверхности, создаваемые с помощью модуля Geostatistical Analyst, могут
моделирование ошибок быть впоследствии использованы в моделях ГИС и для визуализации, в том чис(cid:20)
ле с использованием таких расширений ArcGIS, как ArcGIS Spatial Analyst и 3D
•Картографирование критических Analyst.
значений
Модуль Geostatistical Analyst (cid:20) революционное средство, поскольку он помогает
навести мост между геостатистикой и ГИС. В течение долгого времени вы могли
•Проверка модели и диагностика
пользоваться инструментами геостатистики, но никогда прежде эти инструменты
не были интегрированы в среду ГИС. Такая интеграция важна, поскольку впер(cid:20)
•Интерполирование поверхности с
вые профессионалы ГИС смогут количественно описать качество своих моделей
использованием кокригинга
путем измерения статистической ошибки интерполированных поверхностей.
•Как изучать модуль Geostatistical Построение поверхности с использованием модуля Geostatistical Analyst включа(cid:20)
Analyst ет три ключевых этапа (проиллюстрированных на следующих страницах):
• Исследовательский анализ пространственных данных
• Структурный анализ (вычисление и моделирование свойств поверхности в со(cid:20)
седних точках)
• Интерполирование поверхности и оценка результатов
Программное обеспечение включает серию легких в использовании инструментов
и мастеров операций, которые проведут вас по каждому из этих этапов. Оно также
включает целый ряд уникальных инструментов для статистического анализа про(cid:20)
странственных данных.
1
Исследовательский анализ пространственных данных
Используя измеренные значения в опорных точках, с помощью модуля Geostatistical Analyst можно интерполировать значения в
других точках в пределах данной территории, для которых измерения не проводились. Инструменты исследовательского анализа
пространственных данных, включенные в модуль Geostatistical Analyst, применяются для оценки статистических свойств данных,
таких как изменчивость пространственных данных, их зависимость и глобальные тренды.
Для изучения свойств значений концентраций озона, измеренных на станциях мониторинга в Карпатах, использован ряд
инструментов исследовательского анализа пространственных данных.
2 ARCGIS GEOSTATISTICAL ANALYST
Моделирование вариограммы
Геостатистический анализ данных происходит в два этапа: 1) моделирование вариограммы или ковариации для анализа свойств
поверхности, и 2) кригинг. В модуле Geostatistical Analyst возможно использование целого ряда методов, основанных на кригинге,
включая методы ординарного, простого, универсального, индикаторного, вероятностного и дизъюнктивного кригинга.
На рисунке проиллюстрированы две стадии геостатистического анализа данных. На первом этапе для построения модели
распределения зимних температур по территории США был использован Мастер построения вариограммы/ковариации. Затем эта
модель была использована для составления карты распределения температур.
ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В МОДУЛЬ ARCGIS GEOSTATISTICAL ANALYST 3