arcgis空间内插教程实例教程,超详细要点

1、GIS空间插值（局部插值方法）实习记录一、空间插值的概念和原理当我们需要做一幅某个区域的专题地图，或是对该区域进行详细研究的时候， 必须具备研究区任一点的属性值，也就是连续的属性值。但是，由于各种属性数据（如降水量、气温 等）很难实施地面无缝观测，所以，我们能获取的往往是离散的属性数据。例如本例，我们 现有一幅山东省等降雨量图， 但是最终目标是得到山东省降水量专题图 （覆盖全省，统计完 成后，各地均具有自己的降雨量属性） 。空间插值是指利用研究区已知数据来估算未知数据的过程， 即将离散点的测量数据转换 为连续的数据曲面。利用空间插值，我们就可以通过离散的等降雨量线， 来推算出山东省各 地的降雨

2、量了。二、空间插值的几种方法及本次实习采用的原理和方法-整体插值方法? 边界内插方法? 趋势面分析? 变换函数插值-局部分块插值方法? 自然邻域法? 移动平均插值方法：反距离权重插值? 样条函数插值法（薄板样条和张力样条法）? 空间自协方差最佳插值方法：克里金插值局部插值方法的控制点个数与控制点选择问题局部插值方法用一组已知数据点（我们将其称为控制点）样本来估算待插值点（未知 点）的值，因此控制点对该方法十分重要。为此，第一要注意的是控制点的个数。控制点的个数与估算结果精确程度的关系取决于控制点的分布与待插值点的关系以及控制点的空间自相关程度。为了获取更精确的插值结果，我们需要着重考虑上述两点

3、因素（横线所示）。第二需要注意的是怎样选择控制点。一种方法是用离估算点最近的点作为控制点；另 一种方法是通过半径来选择控制点，半径的大小必须根据控制点的分布来调整。结合上述分析，在本次实习过程中，我们采用局部分块内插的这4种方法（上文中划横线的方法）进行插值，首先，我们按照默认参 数进行插值，目的是粗略比较各种方法的优劣； 然后选择出最好的一 种方法，对该方法再尝试用不同的权重和点数参数来插值，得出最佳的效果。三、目标1、根据带坐标的山东省县域矢量地图（sd_county.shp）,完成山东年平均降水量与矢量图的配准；2、比较各种不同插值算法的优劣；3、做出山东省各县年平均降水雨量专题图。四、

4、数据源1、采用兰伯特等角圆锥投影、以国家2000坐标系为基准面的山东省县域行政区划矢量图如图：2、山东年平均降水量分布图（mm）71-00.jpg 。五、软件平台：ArcGIS 10.0六、具体操作步骤S1、为该次实习建立一个工作目录，将山东省气候要素图导入到该文 件夹中来；S2、在该目录下新建一个shapefile文件，命名为“山东省等降水量线” 类型为“线”,导入山东省县域矢量图的坐标一一确定。如图：壮坐标系名称:ShuidonLant ertCcnfarnal Jorii c详细信息rrjeelMn: L&mb-er t_Conf®rR al_C ni 片 Fal=*_

5、Ei=ting：庄 口DOO口口 FJsOrthiiLc： O.OOOOOD Cffn.lral_W*Fi di 皿 113. 000000 £tuid«rZ P«rallelJ： 35. 000000 5tludard_Fwall鼻1_2： 3T QQ口WO Scal*_factor： 1. 000000 LitiidtjDfJrifiin： 0.000000 Umr Vnit： Matar (l.OOCHOQ)G*graphicSs-tehi的AqtijL则bfrqjCwfom*'血ml«r Unit: M叮神 .MM532电涔1日g432电

6、5Frane lUcridiui：酎“帅3 (0 000000000000000001选择选择域定文的生徐系0与久口 J.愫改功幅相当前斫选坐并系的国性*清除OCJ将坐标系搬无为“未知T-2存为掩坐标系皆陋I文件，一碓| L取消应用出S3、配准1、将“山东年平均降水量分布图 具栏：(mm)71-00.jpg ”添加到现在的图层，调用“地理配准”工地理配准卯圄层山东年平均降水碧分布图奔像)丁广2、选择标志性点，对两幅图进行配准：如图：在德州市附近的轮廓线上，存在一个明显的拐点，于是利用这个明显的拐点对两 幅图像进行配准：FOPfBK号:回。事用na 山丁打由 id.E&UTJ的GJW二不

7、区而吸疝krTocL. MlMMQ 壬|用1!他T - k匕中友林科 MlE)慢田汕«A® 更冏电蛆叼城4 .口阿 胆时春 |现即丁 ：.： mo狒0口 国14;w的如m 工蛭0»1国刁一由旧碧9(3I山王甲平:嗡虹色 El.ndJ .g B-ndJ SB B*nd_33M4R "El MX" 用耳田 AJT SJ酎引ES汕口 口河 4ttlH>章.'. rT n :-J3 书然.口V3IHWWI府琮H审 一 LJEwa4：MDews,4 E333® A 二包二丁1 17，*- BtMW.C;：翎间-?；EMi碑-；m

8、eq 比好对0 u&鼻不布田RGBi4L&E, earf_2邂：Lird.J依此类推，将山东省轮廓线上的明显的标志拐点两两配准,建立了 27对控制点。控制点添加完成后，点击“更新显示”并将配准后的图保存为一个单独的文件。效果如下:纪用 F1 2>工1 峭督 WB AB OtflMEGE£lXI 口电1 用曰> e 吗二目； traiw kV jL h 眄上 F e h . HEPrWIB'向-臼丁山堂4山融磴aLdrounw画 S335O X *?* 我、-E2 Pl EiEH*=t5W*J 3 g B-ndJ. we= X bndjS4、矢量化等

9、降雨量线，录入属性将“山东省等降水量线”添加到图层开始编辑依照栅格图进行矢量化,最终形成如卜效果图:耳忤由 UVEI 峭斯 王王同SJ电8 幅3s恒I HSE较口 DW：! 4ttiH>QBA i fl，” 於冠工 El HS®®n > *T.且/修：取-“ 国二 M AZ - SE*：为ftm n !?# sgc -； ect *! ' A' ：':冏莉i-讣 孙躯 1A"伽;工，.m，E一:iii 口图 17Hl -BM.ife.n，：ro= beq = zmi厚温不ca当 E?M”4、对矢量化后的图层进行属性值的录入。鼠标

10、右键点击“山东省等降水量图”一一打开属性表一一表选项一一添加字段，字段名称为prec,类型为短整型一一确定；然后点击编辑器一一开始编辑。对于每条等降雨量线，在 prec字段录入其属性值（降水量），完成属性表。这时，利用 ArcGIS的自动标注功能，显示如下：配诩F1 ”>可 通片 书至旧 Am IX即兄BI3P 口网 4RIH1小 H与 k * * e r *一94亚刈 l03S®®n A Vg、飞0 ：E：*。 四二 M &_*iamAislHtpqi .3 1T * * *snS（p，«xsflMi 产 * -1，氏， 呻裤下讣 一- - u A

11、 * 一上上.”叵J .: ; Il I 卜/回10rMi - 二一 - J 1如.：用/.S5、将等降水量线转换成为点文件这一步是比较关键的一步： 因为不管是采用哪种方法进行空间插值时，都是使用的点文件。所以，我们需要在这一步将线文件等间距打断并取中点，得到均匀分布的点文件， 便于下一步进行空间插值比较研究。1、点击编辑器一一开始编辑；选中一条等降水量线一一编辑器一一分割，如图所示：Q STE&StS.rrocd - Art Map - Arclnfo 文件(F)分审旧 褪囹M 书鎏 目日痣向造X 6 砒««安丽EI / 张，CDQ *V将止粥忘伊)-恸扉将用内容

12、西靶培慨理闷目是出口温口网迎助州+ 1：444£1,二 LE-4 1"3 5第由J 口 加二 人二辎tra耳/ /然梏活理© 工缁凯邙噎M： / ，目 £-，： 礴配粗，5没不跖«n（M）.-* ArcT L" ,'内容到表分拒倏状要聋-394C1&.S32 44D1M5.14 发季处弁二CT皿逑一舒,我此时，弹出“分割”对话框。由于为了达到点与点之间的距离尽可能一致，我们将线分 成相等的部分：例如，当前选中的线长度为 580087.019米(580公里)因此我们按照每10公里一个点的布局，进行分割，因此“分成相等的部

13、分”框中填 58 (580+ 10=58) 确定；注：这样可以保证每条等降水量线每隔10公里固定采样，使点的分布尽可能均匀化。2、按照同样的步骤，将每条等降水量线进行分割；3、接下来，打开ArcToolbox里面的数据管理工具一一要素一一要素转点，输入要素类为“山东省等降水量线”，输出要素类命名为“prec”；选择“内部”（这是为了仅在线上生成点。否则会按线的几何中心生成点，比如对于折线来说，有时候生成的点在线的外侧）；4、此时，均匀分布的点文件已经生成，并且每个点具有降雨量属性字段“prec”。如图:Q EJL-fdrtflp -再打Fl “El检M加皿 叫烈£ tt盘£

14、启间SE划0口网 4RlHi esd Ybw,"ig aossin > 片.纵目不建 * * * - n 四二 m e a- fl P Z * HBWBP "1T - ；T A, * ： aflSff可 . B J U A - * -*|59机湖 坦Um却。亮聋S6、按照不同方法进行空间插值，并比较各自优劣打开ArcToolbox Spatial Analyst里具 插值，打开插值方法列表，如下图：自,砸i k 克里金去j k姬去 i-u*含障谆的样条函数j L 岬缀w梢j |"监函娘j卜飞自然融骷 :r 移蜩法A、采用反距离权重法（IDW0对降水量数据进行

15、插值：反距离权重法的特点是按照距离待插值点的远近核定已知数据点的权重，从而对待插值点进行插值的过程。一个已知数据点距离待插值点越远， 权重就越低，它的值对待插值点 的影响就越小。影响的程度用点之间距离乘方的倒数表示，通过“ power”设置乘方。乘方 为1意味着点之间数值变化率为恒定， 称为线性插值法；乘方为2或更高则意味着越靠近已 知点，数值的变化率越大。这种插值方法的优点是对于数据分布均匀的区域，插值效果好；缺点是在数据分布不均地区插值容易出现小的封闭等值线（“球状突起”）和因数据缺乏而产生的不规则等值线。双击ArcToolbox里面的“反距离权重法”，输入点要素选择"prec”

16、,Z值字段选择"prec”, 输出像元大小选择1000。点击确定，效果如下图:JWl Fk *BH Hl»-A WiHUjCihi-：_ ENis®厂 > >'由图像可以看出，山东省内陆地区由于布点均匀，插值效果比较好；但是沿海地区出刑讯TIE， .g理依 ».删M"- M U9L3SIJ-HM - H MLLLU312 - M M4MU4!- Tt= 4 HU s 口 «* jbi*s* - rt_w*« 一 f j p 6*卬由*hMO EEl id.Du« 口 d 1GHl砧S3现两条“球

17、状弧线”,如下图:B、采用克里金法对降水量数据进行插值：克里金插值与IDW插值的区别在于权重的选择。IDW仅仅是将距离的倒数作为权重，而克里金考虑了空间相关性的问题。克里金法首先将每两个点进行配对，这样就能产生一个以两点之间距离为自变量的函数。对于这种方法，原始的输入点可能会发生变化。在数据点多时，内插的结果可信度较高。1、双击ArcToolbox里面的"克里金法"，输入点要素选择"prec”, Z值字段选择"prec”, 半变异函数属性中，设置克里金方法为普通克里金( Ordinary Krigging , OK),半变异模 型选择球面(Sphere)

18、;输出栅格命名为"ok_sphere"，输出像元大小选择 1000。点击确 定，效果如下图：MH 11，ABM 口通a Ift M 6 «k£3M 口 P«ta"O _sn4«-<kjU.| . 9M.44?!»M 45 5河X用明加BI31IHWT -45 .UUM7777 * MIPtHW ?! 73M£MLLa- n .751M7?JM - M 梅T29E 4L 4 口 Efc.LSW TjfQ血J#重利姓M l»flS占时单AB MEI MftElhbi bdilKH AQVA发现

19、，局部存在比较明显的“锯齿现象”，如图:01* "H -Ht椎2、同样是克里金插值方法，本次采用线形普通克里金插值，效果如图:一 1 qa D-JL3 nwn sneriv9 *nr -it-ancLBii:国 i4.cwwO跄曲/ UKJJ>>如蚯1用即Wisnum 片 Ml贴坤B M Heni?Hw az mgj” ” tuhwp 77JVH IL4 口 KH效果比较理想。对于各种方法，依次展示如下: 高斯： 珏 曰力,牛j*E 工二=2二第，T.册骷*，*3 HllTM 血.«: KBcn r f：/ * flHMg - «tMw -， j Mn

20、-、 si U - A - : *»h必 - r E At * TZ 2mmh聿【 ：16& >丁十i-ELir, 4曲j港二 ；mi0g«"ZZSUti UMHU4 *指数:gu -1 0M *SK suit 量MK川12：。-«1 *(圆:泛克里金一一与一次漂移函数成线性关系: MLar-w* 也a硼MM M2?QLrKB H财 hmm y冷血L加 516：1部/&141招 77 Ul-HlllTlj 3产：WWW - M二 E乩 FL 克 ILT.MZUS m .晦阴困f - H *MJ4 *5 4U.4UMK -<r

21、KtSfiTWIB K :KMlAl贽骷 HILIM2Z1J - W 瞄lM*W - 1'： UM4W4li L CkjMIb c4£_B0>11口 口£泛克里金一一与二次漂移函数成线性关系:tiwi fl*：L» ARrii*F嘴/ Mfldfcci Fw?口 Krwi WiiHi心Tfaid , 岬 + ' x- e G 一二0里M A5山A 2rQ W： * 事 * 。工Jft产品 SC j.-M，0 七，/wn7：1-i ”B it UA， j1*R- w 111岫1_,4'上十二*. 口。n dU 口必GXH：凶RM一 0

22、re 口S XjG匕实幅ZiZEW1r|>口 WMUW» - JJiilftlX K TJKLK7TH - . i.wnm.Tii rjqpjnMn -3HTJITT*.JMIIMHH - i-upTi-nTWj W 埼 1 皿03 - L UM*姓蝴 -3J75333N9 - 3 TLWWM1 1 M431n阳 H _B-三闻”阜3、依次尝试各种克里金插值法，对比得出:克里金方 法半变异模型插值效果普通克里 金球面在数据点分布稀疏地区，锯齿现象和撕裂现象明显线性结合了球面方法和指数方法的优点，插值效果比较 理想w>数据范围被剧烈拉伸，不能很好地反映降水量分布指数斑块状撕

23、裂现象基本避免了，但是锯齿现象仍旧明 显圆插值效果和线性类似，比较理想泛克里金与一次漂移函数成线性 关系中部插值效果比较理想，但边缘地带出现严重的数 据误差与二次漂移函数呈线性 关系数据拉伸剧烈；区分度小C采用薄板样条函数法对降水量数据进行插值:薄板样条函数法使用样条函数来对空间点进行插值，它有两个基本条件：a.表面必须完全通过控制点（样本点）b.使所有点的坡度变化最小，换句话说，表面的二阶曲率是最小的。该方法适用于高程面、水位面、气候数据（如平均降水量）的插值。有一个缺点是，在数据贫乏的地区坡度较大，经常涉及如同过伸的情况。样条函数插值分为两种，规则样条函数和张力样条函数。下面分别进行操作：

24、1、双击ArcToolbox里面的“样条函数法”，输入点要素选择"prec”,Z值字段选择"prec”, 样条函数类型选择：REGULARIZED （规则样条函数），输出像元大小选择1000。点击确定，效果如下图：口 修聿:r一事Wfii * ；二三*鼻却口中* r M"二力M 团.m" RUUD - ii f / *' H4K1 - BH1-二 彳 MMto- *； 口 > *， : djim聚/.二，.口 口 i *o© o切咚。加的BaJ 品E丽 nwnu w IflJLZZmn Sr M40UMGCM -U mwriM n

25、 nLLH«3 K dbLUkKU -Mg jMfrW1仍 (J.m LWi'KWTC . M JULU1UM 阳的皿 n RL1CTTJ7 - 40 4UL1LUJH -U-MLUUM J-ums m .观察发现，规则样条函数也是对数据进行了一定程度的拉伸，但是拉伸幅度不大，拉伸后的像元值介于 991108之间（相比之下，普通克里金的高斯方法和泛克里金的与二次漂移函数呈线性关系方法拉伸幅度分别达到了-597 4903、-53474292）,可以说是拉伸范围适宜；在山东省内部区域插值分布比上述所有方法都要更加均匀一些；虽然在边缘地带出现一定的数据突兀（如下图，色调偏白的区域年

26、平均降雨量只有200mm以下），但总体效果基本上能令人满意。2、双击ArcToolbox里面的“样条函数法”，输入点要素选择"prec”,Z值字段选择"prec”, 样条函数类型选择：TENSION （张力样条函数），输出像元大小选择1000。点击确定，触孙可见，该方法在有数据的区域， 插值效果非常好， 优于上述各种方法； 但是由于自然邻 域法是基于邻近点的算法，所以图上山东省轮廓边缘（如鲁西北、威海荣成成山头附近）出现数据空白区，不符合最后成图要求。效果如下图:S7、对插值效果最好的一种方法，调整插值参数经过上述比较，得出插值效果最理想的是薄板张力样条插值方法，接下来调整

27、搜索半径,L 口 一FKWIrAMMLWU +5MUDTTJKI *可见得，张力样条插值不存在数据过拉伸现象，插值平滑且无突兀地带， 插值效果非常好。D采用自然邻域法对降水量数据进行插值:这种方法的原理是构建 voronoi多边形，也就是泰森多边形。首先将所有的已知数据点 构建一组voronoi多边形，然后将待插值点也构建一组 voronoi多边形，这样后一组多边形 与原多边形有很多相交的地方。接下来，根据每一块的面积按比例设置权重，这样就能求得待插值点的值了。 6嵬抄通M »l.LLlUi双击ArcToolbox里面的“自然邻域法”，输入点要素选择"prec”,Z值字段选

28、择"prec”,0网 577T77777B即连皎即的am圾版1口皿12 球统雌的 11乐?jU.a44>* Q 幅口安 口HJ* H5：.i -； “iti - A - 加川小 MUKrHOt 网收U2八尢 林mnii mirml .gM即片Hu 2潮搬 珈 - E iM&i EuHrfj 总内必小I 3. !. W仁 7R后ML J. 、.工 Q 3E： *输出像元大小选择1000。点击确定，效果如下图:0 &汽,JU rrad - 441ap -:=wi Mei R0Y1 运图 酶wj :sa羽 钮曰日 白定丈忙1 -口网 mnn事 * 1 呻 e i LM

29、LINM F1G 0 口 A- -a !?* oma -丽降州« »* S 二西品，一口 T " T，dm'' * T H J SJ At ，2 T，F .口日BHa二）住博区看后以0W启用号IWIE3S 口 prac口已也总*7,4息f 0比较在不同的插值半径下不同的效果。1、双击ArcToolbox里面的“样条函数法”，输入点要素选择"prec”, Z值字段选择"prec”, 样条函数类型选择：TENSION （张力样条函数），输出像元大小选择 1000,权重彳1填0.1, 点数填12。文件名设为ten_A_12。点击确定，

30、效果如下图：只改变权重值，不改变其他参数，重新尝试。权重值填2,点数12。确定，效果如下图:1-一 aim启用 M3.TTM«i.科49上”3仰49砌楣 MV 9M»U - 45M4Z2Ln WU1Z2m TCkUUMLpHJHir7H - mtw - TM.1N4U E LMH赵 蚪访加*1。a J au再次改变权重值，不改变其他参数。权重值填 12,点数填12。点击确定，效果如下图:通过对比，可得：对薄板张力样条插值方法来说，在选取同样多的控制点的前提下，权重越小，生成的表面越光滑。 例如，权重0.1的效果权重2的效果优于权重 12的效果。2、同理，对比在同一权重值下，

31、控制点数目不同所产生的效果差异：在权重为0.1的前提下，我们设置控制点数量为5个、30个，跟控制点12个的作比较: 5个控制点:i;.£增回H；i事一-：口7 .：H r, P Jrl匚皿"何幽醉3闻埠”区加TH划制汴- SmM3M3t TTUHaMu? . M+.UUKM 614.MHK1-S -褥EM， 削用口心地泡稣兴 WWiJW 了 UJMW” TMXMMMi - TITJMMH 7ET.33BMW - MCUUPK7E-国1 日匚 41皿377Tl - d6UH4dq3d- an.TTWIST/Tm I3冉srfi# 30个控制点:2、利用山东省轮廓范围矢量图对t

32、en_A_12栅格图进行裁剪。打开数据管理工具一一栅格一一栅格处理一一裁剪，弹出“裁剪”对话框。输入栅格选择ten_A_12,输出范围选择sd,在“将输入要素用于裁剪几何”处打对勾，目的是为了按照山东省的边界来裁剪降水量图（否则，默认是按照矢量多变性的最小外接矩形来裁剪栅格图像）。如下图:4总七十。或公* IP- It 部二" AWfr 1|Q<r «" ：< 毋 4 .3M3H 33可见得，控制点5个和30个的情况均不如12个的时候效果好，也就是说，控制点不一定要太多，也不一定要少，要结合已知数据点的个数和分布来判定最佳方案。因此我们最终选择权重0.

33、1、12个控制点的图像进行插值。S8、制作山东省县域年平均降水量地图.8冏 5 «> ncAodT 由 eq iWjf Q L,gum1、首先制作一个山东省轮廓图。保存一份山东省县界图的副本，命名为 编辑器一一开始编辑，将所有要素选中，点击编辑器下拉菜单中的就是山东省轮廓范围了；sd.shp,鼠标点击“合并”，生成的文件即砥 R«Fi4.31 &m HJ向*Mw匚诩鸵防打9弟蝌梵 TMJ-T3KM - EdlJKJIMi内孑图明Id娘S nOto-Xii! nA门 + - j jlu iih -g ISI35!聿 A 3口 弋* *- Etft 二/- 4«rM3S 口MB