GIS地统计分析课程设计华南农业大学测绘工程预测加利福尼亚州臭氧浓度值

1、华南农业大学资源环境学院GIS原理及应用课程设计报告设计题目统计并分析加利福尼亚州的大气臭氧浓度学生专业班级13测绘1班学生姓名（学号）何桂凤201330400107指导教师赵寒冰完成时间2015/12/13设计地点华南农业大学第四教学楼2015年12月13日一、课程设计目的和任务本课程设计是GIS原理及应用理论课后续的重要课程，旨在让学生系统和熟练地掌握GIS的基本方法。于利用ArcGIS中GeostatisticalAnalyst提供的数据探索工具(exploredata)，对美国加利福尼亚州的大气臭氧浓度数据进行探索分析,检查数据的离群值，全局趋势分析，观察空间自相关性和方向效应；利用A

2、rcGIS中GeostatisticalAnalyst提供的地统计向导工具(GeostatisticalWizard)，对美国加利福尼亚州的大气臭氧浓度数据进行预测，绘制臭氧浓度图。二、课程设计的基本任务1.数据源：臭氧数据集(O3_Sep06_3pm)由加利福尼亚州空气资源委员会友情提供：它们是于2007年9月6号下午3:00到4:00测得的臭氧浓度，单位为百万分率(ppm)数据集描述ca_outline加利福尼亚州的轮廓O3_Sep06_3pm臭氧点采样值(ppm)ca_cities加利福尼亚州的主要城市ca_hillshade加利福尼亚州的山体阴影地图2.设计内容将基于这些臭氧点样本(测

3、量值)生成两个连续表面(地图)，用于预测加利福尼亚州每个位置的臭氧浓度值。创建的第一个地图将只使用默认选项，旨在向您介绍使用采样点创建表面的过程。生成的第二个地图允许您纳入更多在采样点之间挖掘出的空间关系。创建第二个地图时，您将使用探索性空间数据分析(ESDA)工具来检查您的数据。还会向您介绍一些可用来创建表面的地统计选项，例如移除趋势和构建空间自相关模型。通过使用ESDA工具和地统计参数，您将能够创建一个更为精确的表面。3.设计任务(1) 使用默认参数值创建一个表面：进入地统计分析模块，创建臭氧浓度表面(2) 数据检查：找出数据中那些离群值并且发现数据中存在的趋势。(3) 制作臭氧浓度图：对

4、表面进行改进，以及熟悉地统计方面的一些基本概念。(4) 模型比较:对创建的表面进行比较，并判断哪个表面对未知值的预测更好。(5) 制作超出某一临界值的臭氧概率图：创建臭氧浓度超出临界值的概率图，从而生成第三个表面。最后生成最终成果图三、设计过程1使用默认参数值创建模型来生成臭氧浓度表面的整个过程。(1)启用和添加扩展模块和工具条，添加数据。9xQ无标题-ArcMap|文件(F)編辑(E)视图(V)书签(B)插入(I)园旱处理(G)目走义(C)窗口(W)帮助(H)匕目导噜G<!>T:8,000,000MEUB国鬲口沖&go斤貝：掘若弟闻:a_outlineI导入(I)高级(0

5、)GeostatisticalAnalyi侯用籲色表示教里。分级色彩分级符号比例符号分类Q1符号范H标注.021000.037000.021000.0370000.037001052000.037001.052000.052001.070000.052001070000:.070001.091000.070001.091000r.091001.121000.091001.121000归一化(N)：色带旧)：or+1:10,000,000O3_Sep06_3pmOZONEo.021000-.037000o.037001-.052000o.052001-.070000 .070001-.09100

6、0 .091001.121000:0caoutline|GeostatisticalAnalyst-ArcN?3pk(F)碍(E)视图(V)书签(B)插入(I)琦it®处理目走义(C)窗口帮助(H)J粵圄亍图层3H地统计向寻-売里金法步索即共5)(2)使用默认GeostatisticalAnalyst设置创建(插值)臭氧浓度表面。臭氧点数据集(O3_Sep06_3pm)将用作输入数据集，并采用普通克里金法对值未知的位置处插入臭氧值，创建了一幅臭氧浓度地图克里金法类型金AED.-nmrl口71=1单克示率取简坯指抵析日埶齬隼#1变换类型无趋势的移除阶数无输出表面类型分位数预测标;隹误差

7、数堀隼#1位匿F何桂風地理信息GISGeostati5ticalAnalystca_ozone.gdb百称：O3_Sep06_3pm数据宇段:ozonec上一歩田)下一步(N)>j|完成取消广方法报告输入数据集日数据隼段亠壬型据录类数记F：何桂凤毬理信息，GISVGeostatisticalAnalystAca_ozone.gdb03_Sep06_3pm"襄素类OZOME167曰方法类型输出类型日数拯集偏号趋势类型日捜索邻域要包括的相邻要素数至少包括10半变异函数r-取消克里金法普通克里金无标准工具扇区类型四和45度长半紬184r205.54207886063短半铀184,20

8、5.54207886063角度日变异函数步长勤目12步长犬小22f735.88177094771块金信3,5ftR8544443n4Q4?P-nn5保存确定9OzonePredictionMap.mxd-ArcMap-_文件(F)编辑(E)视图(V)书签(B)插入(I)选择处理(G)目走义(C)窗口側帮助(H)DefaultKriging日0克里金法预涎图O3_Sep06_3pm.O2麻的等矽 .021000000-.03041 .030419714-.03739 .037399296-.04257.042570850-.04640.046402737-.05157-.051574291-.0

9、5855.058553873-.06797 .067973587-.08068 .080686528-.09784 .097844044-.12100日0O3_Sep06_3pmOZONE.021000-.037000。.037001-.052000®.052001-.070000 .070001-.091000 .091001-.1210000ca_outline口QOzonePredictionMap.mxd-Arcl文件(F)编辑(E)视囹(V)书签(B)插入(I)降(S)地理处理(G)目走义(C)窗dCW)帮助(H)：口色10管L列鬱X|Gc|1：6,811,208三圍厚圖口

10、A；：兀丨牛.I關叫Z；'列對曲洛3:閱内容列表GeostatisticalAnalystX日自图层0O3_Sep06_3pmOZONE.021000-.037000o.037001-.0520000.052001-.070000 .070001-.091000 .091001-.1210000DefaultKriging预测图O3_Sep06_3pm.O2麻的等範 .021000000-.03041 .030419714-.03739 .037399296-.04257.042570850-.04640.046402737-.05157.051574291-.05855.058553

11、873-.06797 .067973587-.08068 .080686528-.09784 .097844044-.121000ca_outline口QOzonePredictionMap.mxd-ArcMap文件(F)编辑(E)视囹(V)书签(B)插入选择处理(G)目走义(C)窗口側帮助(H)内容列表GeostatisticalAnalystX曰马图层CA_cities_ozone|GeostatisticalAnalyst&0O3_Sep06_3pmOZONE.021000-.037000o.037001-.052000。.052001-.070000 .070001-.0910

12、00 .091001-.1210000DefaultKriging预测图03_Sep06_3pm.|転的等範 .021000000-.03C .030419714-.037 .037399296-.042.042570850-.04.046402737-.05J.051574291-.05£.058553873-.067 .067973587-.08C .080686528-.097 .097844044-.1210ca.outline口2：利用多种数据浏览工具浏览数据，检查数据的分布，识别数据中的趋势以及了解空间自相关和方法（1）通过3中方式浏览数据QOzonePrediction

13、Map.mxd-ArcMap_女牛(F)|编辑(E)视囹(V)书签(B)插入(I)选择地理处涯(G)目走义(C)W(W)誓助(H)iEI©曙|1：6,811,208三|Ml圉国皂IBB口技何2團。丨姦XI*内容列表国0电归曰号图层OZONE.021000-.037000o.037001-.0520000.052001-.070000 .070001-.091000 .091001-.1210000ca_outline口0DefaultKriging预测图O3_Sep06_3pm.O2麻的等鍛 .021000000-.03041 .030419714-.03739 .037399296

14、-.04257.042570850-.04640.046402737-.05157.051574291-.05855.058553873-.06797 .067973587-.08068 .080686528-.09784 .097844044-.12100GeostatisticalAnalystX|直方劉H)3.442.58-r:167:0.021:0.121偏度：0.70426癡度:23211/4分位数：0.04325中位数:0.0563/4分位数:0.0725nD中丿。，跑二P无OZONE-408867.305449912.366米0.210.310.410.510.610.710.数

15、据集10值值值差数小±均难总撮最平标QOzonePredictionMap.mxd-文件(F)編辑(E)视囹(V)书签(B)插入(I)选择地理处涯(G)吕走义(C)窗"/)帮助(H)®噜C1:6,811,08山圉常0口-邁包團0丨：畀：丨丨集叫k丨产回苗丨脸越启皿屈国内容列表QX福0朋国GeostatisticalAnalystX|O3_Sep06_3pm|OZONEo.021000-.037000o.037001-.0520000.052001-.070000 .070001-.091000 .091001-.121000日0ca_outline口日0Defau

16、ltKriging预测图O3_Sep06_3pm.O2麻的等鍛 .021000000-.03041 .030419714-.03739 .037399296-.04257.042570850-.04640.046402737-.05157.051574291-.05855.058553873-.06797 .067973587-.08068 .080686528-.09784 .097844044-.12100GeostatisticalAnalyst©:0.021153提示：单击或在条上拖动可进行选择添加到布局|条：iog回统计分析变换：O3_SeD06_3pm数据集订0-1.10

17、0.551.11.652.22.75标准正态值提示：单击或在点上施动可进行选择添加到布局-变换变换CD：无数据源图层：属性:OZONEooq-504380.492442703.823米格网线的数目投杲擞揺投黒趋势杆输心据点X:10；Y：11国E：6|格网线宽度：1:111卜11|IIH2d透加到布局2）通过半变异函数/协方差云可以检查测量样本点之间的空间自相关Oz：C'!iePredict：:iMap-Tn>:d-A.cMip文件(F)巒旧视圏(V)书签BA(D彝目定义(C)窗口CW)m(H)D色HI寻儿囲曙XgC|>-|1：6,811,£08日|匕圉国園園口A回

18、）丨黑沈丨牛*|團”叫和；/剧誌in腔畀imiia亀内容列表曰各图层曰OZONEo.021000.037000o.037001®.052001.070001,052000.070000,091000,121000E).091001回ca_outline0DefaultKriging预测圏O3_Sep06_3pm.02甌的等飭 .021000000-.03041 .030419714-.03739 .037399296-.04257.042570850-.04640.046402737-.05157.051574291-.05855 .O58553S73-.06797 .0679735

19、87-.08068 .080686528-.09784 .097844044-.12100所选要素的数目：27GeostatistfcalAnalystxJGeostatisticalAnalyst半变异圏数/协方差云半变异函数I协方塞提示：里击或在点对上挾动可进行选滋加到布局數揺源图层：厲性:O3_Sep06_3pmOZONE-皿沖一園龍册一半变异函数胁方差表面340821.101154362.129米文件(F)離E)视圏(V)书签(B)BAm彝目定义(Cl窗口帮助(H】o.021000,037000o.037001,052000«.052001.070000.070001,091

20、000.121000.046402737-.05157.051574291-.05855O3_SepQ6_3pm|.058553873-.06797 .067973587-.08068 .080686528-.09784 .097844044-.12100一曰台圉羅曰0OZONE.091001H0ca_outline日0DefaultKriging预测圏O3_Sep06_3pm.02駅的等矽 .021000000-.03041 .030419714-.03739 .037399296-.04257.042570850-.046403：利用普通克里金法、趋势移除和对数据的各向异性的调整来创建更为

21、细化的模型。改进1中创建的臭氧浓度图。趋势面法O3_Sep06_：日常观属性探索性趟势面分析0參项式的阶指數函数0.01497077优化模型£胃级橈式False日高级属性邻域类型日颈捌值X74163.26Y-93422.66整0.08955648V上一歩同T步完成取消(1)再次使用普通克里金插值方法，在模型中纳入趋势和各向异性以做出更好的预测。(2)实际创建表面之前，将使用“交叉验证”对话框对参数执行诊断，以确定模型的优劣程度V上一歩促)|下一步俱)：完成源ID已包括已测重已预测错误标;隹误差10.0450.04.110.0.0065.20.1060.10.0.0.0065.U30.

22、040.04.i0.0.0066.40.0410.04.-5.0.007D.50.090.09.0.0.0092.60.0530.04.11-0.0.0096.70.0310.02.-0.0.0072.80.0740.06."00.0069.90.0560.05.0.0.0069.100.0660.07.0.0.0081.110.0710.07.-0.0.0080.120.0340.04.0.0.0083.130.1030.10.0.0.0076m140.0790.09.0.0,0064,150.0490.06.0.0.0115.160.0650.06.0.0.0071.170.04

23、10.04.110.0.0065.180.0690.05.-0.0.0080.190.0640.06.8.0.0065.200.0670.07.0.0.0065.210.0610.05.,"00.0066.T-j1rrr卜4L已预则10已测重-10回归函数0.87933277425285*预测误差实洌167的167平均値0.00007047299£均方根0.008077141标准平均値0.0008200269标堆均方根1.004728平均标准误差0.0082029633)利用预测标准误差对所创建表面中每个位置的不确定性进行量化曰刍图层%曰O.014%B0ca_outline

24、口&TrendRemoved|GeostatisticalAnalyst刃|差图QOzonePredictionMap.mxd-ArcMap文件(F)扁辑(E)视圏(V)书签(B)播入(I)选择处理(G)目定义(C)窗口(W)帮助(H)fcSH&卽息X|©C|>,|l：6,8H,208'-国口甯IB口R-;團*0；/區丨总in档：:w血O3_Sep06_3pm.|転的等葩-0DefaultKriging预测圏O3_SepQ6_3pm.|TiijGeostatisticalAnalystTo.037001.052000e.052001.070000.070

25、001.091000.091001.12100C.002866516.007.007506172.01C.010679794.01；.012850618.014335507.015.015351203.016.016045960.01f.016521188.017.017215945.01E.018231641.Oic内容列表9x匱)0固OZONEo.021000.037000B0O3_Sep06_3pm4：对这两个模型进行比较，看哪个模型对未知值的预测更准确。交叉验证统计数据，对哪个模型提供更准确的臭氧浓度预测做出正确的判断交叉验迁匕宓与CO：DefaultKriging已测里-101已预测

26、环标准化误差入正态QQ图;/比较：TrendRemoved已预测10已测里-101已预测环标准化误差入正态他图/已阙-10回归函数0.879483277425285*M+.预测误差实例167的1J67平均值0.00007047299均方根0.008077141标准平均值0.00082002j69标准均方根1.004728平均标准误差0.008202963回归函数0.852381312644973+.预测误差实例1J67的167平均值0.0003964543均方根0.008623028标:隹平均值0.01678576标:隹均方根1.065113平均标准误差0.008602815：使用指示克里金法

27、计算超出临界臭氧阈值的概率并生成显示在本教程中已创建的所有表面的最终制图。（1）创建一小时时间段中臭氧浓度超过指定阈值的概率图。地统计向导-克里金法步雰M；共5-半变异固数/捞方差翟樓)*半变异函数V-101一模型已丢弃已平期裔(Meter),h-105模型：0.039845*Nugget+0.063245+Stable(180000.136550.269950.22496.0449920日视图设置显不.F：=ilse显不.F：=ilse显示点已舌田导出日常观优化模型变重半变异函数日複型块全if启用True计算块金值True块金値0,03984547日複型#1类型稳定的参数主娈程1800001

28、各向异性|True淬程13砧书月方向126.3867计算偏基台值True偏基台值0.06324479S模型#2:模型#3日步強步长吴小1500017视圏设置各向异性V更烫半变异函製和协方差函數不仅会随距离更改，也合随方由更改。这就新为各面异性。V上一曲下一步(N)a完成取消地绽计向导-克里金法步雰5；共5-立更整证源ID已包括已卿重指示器指示器预测错误'10.04500oM20.10610.774309.0L-.!30.04000斗0.04100050.0900.930788.0.60.05300070.03100080.07400090.056000100.06600.027063.

29、0.110.071000是0.034000130.10310.787923.011H0.07900.7872.0.150.04900.020277.0.160.06500.124634.0.170.041000180.069000190.064000200.067000210.061000*PPF卜0.1670：.333*1：«*«+*:*-«*L_*_*h0.8330.667回归函数预刑误差实例167的167平均值0.004116336均方根0.2328558标堆平均值0.01103726标堆均方根1.030025平均标准误差0.2305695rV上一歩下一歩(

30、N)>完成取消从概率图中可以清楚地看到，加利福尼亚州中部臭氧浓度超过0.09ppm阈值的概率存在。(2)显示高预测臭氧值和低预测臭氧值区域，以及一小时测量时段中超出加利福尼亚美国国家空气质量标准的臭氧浓度的高概率区域。日三图层%曰B0©I0EIndicatorKrtgingQOzonePredictionMap.mxd-ArcM叩文件(F)務(E)视图(V)书签(B)插入选择嵯处理(G)目定义(C)窗口3)帮助(H)c+v1:6,811,208-MI3B国口Be團，I；7阿益lH體诣川叭0TrendRemoved内容歹!1表罕X阴0&粵同o.037001-.052000

31、。.052001-.070000预测图O3_Sep06_3pm.Co.021000-.037000.070001-.091000.091001-.121000O3_Sep06_3pm.(=Contours.171077500.342155000.513232500.684310000.021000000-.0304.030419714-.0373.037399296-.0425.042570850-.0464.046402737-.0515.051574291-.0585.058553873-.0675E)0O3_Sep06_3pmOZONEGeostatisticalAnalyst”GeostatisticalAnalystQk3)最终结果图ooE回B回ca_outliiOzonePredictionMap.mxd-ArcMapJGeostatisticalAnalystTrendRemoved文件(F)離E)视圏(V)书签MA®彝目定义Q窗口CW)m(H)凸同寻®C$"卩：6,8儿208”團日丨和0贰凰.513232500.684310000