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计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 12 使用 ArcGIS 进行空间统计分析 1 软硬件环境 软件 ArcGIS 8 0 版本以上 需要具有 Geostatistics 模块的许可 硬件 目前主流配置即可 2 软件及数据的准备 本例以 ArcGIS 9 0 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 9 0 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 1 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 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 2 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 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 3 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 4 3 探索性空间数据分析 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 Geostatistical Analyst 所带的几种方法 如图 5 4 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 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 5 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 两种 LOG 和 Cox Box 2 正则 正则 QQ 图 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 6 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 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 7 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 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 8 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 11 4 克立格插值 1 单要素克立格插值 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 选择输入的数据和属性 选择的插值模型 这里选择 Kriging 9 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 方法 图 13 然后 Next 即可 图 13 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 10 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 14 去趋势分析 detrending 11 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 15 因为半变异函数和克立格插值都要求数据的随机性 那么对于数 据中存在的结构性特征如果不能消除则会影响插值精度 通过邻居数 量和影响半径的选择 消除这种全局性的结构性特征 当然读者这一 步可以选择系统默认设置也可以 确定半变异函数模型 这一步对插值的精度影响很大 根据左 上角的半变异函数云图 在右边模型栏内 选择对其拟合较好的模型 通过可以通过调整搜寻角度和搜寻半径 左下 最终确定一个合适 的模型 该模型的参数在左下角蓝色条框内给出 图 16 然后 Next 同样 读者可以选择默认设置 图 16 搜寻邻居的调整 如图 17 我们选择默认设置 12 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 17 交叉验证结果 这一步给出了上述设置计算结果的交叉验证 值 我们可以分析各种验证的精度 如果误差很大 不能通过检验 则需要重新设置 图 18 13 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 14 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 18 对上述过程的一个总结 点击 Finish 会首先给出这个过程的一 15 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 个总结 Summary 例如 数据预处理过程 采用的模型等 图 18 得到插值的结果 16 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 17 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 图 19 当然 我们可以全部都采用软件自己默认的设置 即从第 步开 始直接点击 Finish 可以得到插值的结果 对于与上面结果的差异 可以比较分析 18 计量地理学 徐建华 高等教育出版社 2006 配套实习指导 2 双要素的协同克立格插值 对于许多自然现象的空间格局除了受 自身空间相互影响和相互作用外 还受到外部其他因素的影响 例如 区域降水量和蒸发量都要受到地形条件的影响 特别是海拔高度 下 面对使用海拔高度和平均降水量的双要素进行协同克立格插值 来获 取区域降水量的分布图 选择方法 Cokriging 如图 20 然后在 Dataset1 中选择输入的 点图层 选择降水的属性值 图