arcgis教程ArcGIS地统计分析.ppt
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1、第第1515章章 ArcGISArcGIS地统计分析地统计分析地统计分析方法是空间统计学的一个重要分支,被广泛地统计分析方法是空间统计学的一个重要分支,被广泛应用于许多领域。应用于许多领域。ArcGIS地统计分析功能是借助于地统计分析功能是借助于ArcGIS地地统计分析模块(统计分析模块(ArcGIS Geostatistical Analyst)来实现的。)来实现的。ArcGIS地统计分析模块使得复杂的地统计方法可以在软件中地统计分析模块使得复杂的地统计方法可以在软件中轻易实现。本章主要通过对地统计分析的概念介绍,逐步引导轻易实现。本章主要通过对地统计分析的概念介绍,逐步引导读者在读者在AR
2、CGIS中,如何应用地统计分析解决实际问题。中,如何应用地统计分析解决实际问题。15.1 ArcGIS15.1 ArcGIS地统计分析概述地统计分析概述很长时间以来,地统计分析一直没能很好的和很长时间以来,地统计分析一直没能很好的和GIS分析分析模型紧密地结合在一起,而模型紧密地结合在一起,而ArcGIS地统计分析模块则在地地统计分析模块则在地统计学与统计学与GIS之间架起了一座桥梁。之间架起了一座桥梁。15.1.1 ArcGIS15.1.1 ArcGIS地统计分析模块介绍地统计分析模块介绍ArcGIS地统计分析模块(地统计分析模块(ArcGIS Geostatistical Analyst)
3、是一个完整的工具包,它带有为默认模型设计的稳)是一个完整的工具包,它带有为默认模型设计的稳定性参数。这样可以帮助初学者快速的掌握地统计分析。定性参数。这样可以帮助初学者快速的掌握地统计分析。15.1.2 15.1.2 地统计分析基础简介地统计分析基础简介地统计(地统计(Geostatistics)又称地质统计,也可以称为空间)又称地质统计,也可以称为空间统计分析,其是统计学的一个分支。地统计于统计分析,其是统计学的一个分支。地统计于20世纪世纪50年代年代初开始形成,初开始形成,60年代在法国著名统计学家年代在法国著名统计学家G.MatheronG.Matheron的大的大量理论研究工作基础上
4、,形成一门新的统计学分支。量理论研究工作基础上,形成一门新的统计学分支。地统计学是以区域化变量理论(地统计学是以区域化变量理论(theory of regionalized variable)为基础,以变异函数()为基础,以变异函数(variogram)为基本工具来研)为基本工具来研究分布于空间,并呈现出一定的随机性和结构性的自然现象究分布于空间,并呈现出一定的随机性和结构性的自然现象的科学。的科学。15.2 15.2 探索性数据分析工具探索性数据分析工具探索性数据分析可以让用户更清楚地了解所用的探索性探索性数据分析可以让用户更清楚地了解所用的探索性数据,包括数据的属性、分布以及空间数据的变异
5、性和相关数据,包括数据的属性、分布以及空间数据的变异性和相关性,并以此来分析数据的变化趋势,从而利用已知的数据来性,并以此来分析数据的变化趋势,从而利用已知的数据来推测拟合未知的数据。探索性数据分析也可以让用户更深入推测拟合未知的数据。探索性数据分析也可以让用户更深入地认识研究对象,从而对与其数据相关的问题做出更好的分地认识研究对象,从而对与其数据相关的问题做出更好的分析与决策。析与决策。探索性数据分析需要借助于探索性数据分析需要借助于ArcGIS的探索性数据分析的探索性数据分析工具。工具。15.2.1 15.2.1 添加探索性数据分析工具添加探索性数据分析工具通常,通常,ArcGIS的探索性
6、数据分析模块并没有打开,在的探索性数据分析模块并没有打开,在默认界面上没有探索性数据分析工具,需要手动添加。添加默认界面上没有探索性数据分析工具,需要手动添加。添加方法如下。方法如下。(1)开启地统计分析扩展模块:单击)开启地统计分析扩展模块:单击ArcMAP界面上界面上“工具工具”“扩展扩展”命令,弹出命令,弹出“扩展扩展”对话框,确保对话框,确保Geostatistical Analyst的复选框被选中。的复选框被选中。(2 2)添加)添加Geostatistical Analyst工具条。选择工具条。选择ArcMAP界面上的界面上的“视图视图”菜单菜单“工具条工具条”命令,确保命令,确保
7、Geostatistical Analyst工具条被选中。之后,在工具条被选中。之后,在ArcMAP工具工具栏将出现栏将出现Geostatistical Analyst工具条。工具条。15.2.2 Histogram15.2.2 Histogram(直方图)(直方图)Histogram(直方图)指对采样数据按一定的分级方案(直方图)指对采样数据按一定的分级方案进行分级,统计采样点落入各个级别中的个数或占总采样数进行分级,统计采样点落入各个级别中的个数或占总采样数的百分比,并通过条带图或柱状图表现出来。直方图可以直的百分比,并通过条带图或柱状图表现出来。直方图可以直观的反映采样数据分布特征与规律
8、。观的反映采样数据分布特征与规律。15.2.3 15.2.3 正态正态QQPlotQQPlot分布图)和普通分布图)和普通QQPlotQQPlot分分布图布图QQPlot分布图是分布图是可以将现有数据的分布与标准正态分可以将现有数据的分布与标准正态分布对比,从而来分析和评价现有数据。其是利用分布的分位布对比,从而来分析和评价现有数据。其是利用分布的分位数而作出的图形,如果数据图形越接近一条直线,则它越接数而作出的图形,如果数据图形越接近一条直线,则它越接近于服从正态分布。近于服从正态分布。1Normal QQPlot分布图(正态分布图(正态QQPlot分布图分布图)2General QQPlo
9、t分布图(普通分布图(普通QQPlot分布图)分布图)15.2.4 Trend Analysis15.2.4 Trend Analysis(趋势分析)(趋势分析)趋势分析可以利用样点数据生成以数据某一属性值为高趋势分析可以利用样点数据生成以数据某一属性值为高度的三维透视图,从而帮助用户从不同视角分析采样数据集度的三维透视图,从而帮助用户从不同视角分析采样数据集的全局趋势。的全局趋势。样点的位置由样点的位置由X、Y和和Z3个值来决定。个值来决定。X、Y确定样点平确定样点平面坐标,面坐标,Z值则是样点数据的某一属性值。三维透视图中的值则是样点数据的某一属性值。三维透视图中的每个黑线就代表了样点的位
10、置和高度,位置就是样点每个黑线就代表了样点的位置和高度,位置就是样点X、Y平面坐标,高度即样点数据的某一属性值的大小。平面坐标,高度即样点数据的某一属性值的大小。15.2.5 Voronoi Map15.2.5 Voronoi Map(VoronoiVoronoi地图)地图)Voronoi地图是由样点以及样点周围的一系列多边形所地图是由样点以及样点周围的一系列多边形所组成。多边形生成的要求就是多边形内任何位置距这一样点组成。多边形生成的要求就是多边形内任何位置距这一样点的距离都,比该多边形到其他样点的距离要近。的距离都,比该多边形到其他样点的距离要近。Voronoi 多多边形生成之后,相邻的点
11、就被定义为其边形生成之后,相邻的点就被定义为其Voronoi多边形,与多边形,与选择样点的选择样点的Voronoi多边形具有公共边的其他样点。多边形具有公共边的其他样点。15.2.6 Semivariogram/Covariance Cloud15.2.6 Semivariogram/Covariance Cloud(半变异(半变异/协方差函数云)协方差函数云)半变异协方差函数云表示的是数据集中所有样点对的半变异协方差函数云表示的是数据集中所有样点对的理论半变异值和协方差,并把它们用两点间距离的函数来表理论半变异值和协方差,并把它们用两点间距离的函数来表示,用此函数作图来表示。示,用此函数作图
12、来表示。15.2.7 Crosscovariance Cloud15.2.7 Crosscovariance Cloud(正交协方差(正交协方差函数云)函数云)正交协方差函数云表示的是两个数据集中所有样点对的正交协方差函数云表示的是两个数据集中所有样点对的理论正交协方差,并把它们用两点间距离的函数来表示。理论正交协方差,并把它们用两点间距离的函数来表示。15.3 15.3 探索性数据分析探索性数据分析对于一组模式未知的数据,可以有很多方法来处理,当数对于一组模式未知的数据,可以有很多方法来处理,当数据偏离严格假定所描述的理想模型,古典统计技术可能不适用。据偏离严格假定所描述的理想模型,古典统计
13、技术可能不适用。探索性数据分析技术探索性数据分析技术新开发的稳健、高效的数据分析方法,新开发的稳健、高效的数据分析方法,可以让用户更全面地了自己使用的数据。可以借助其来查看数据可以让用户更全面地了自己使用的数据。可以借助其来查看数据是否服从正态分布,是否存在某种趋势效应、各向异性等。是否服从正态分布,是否存在某种趋势效应、各向异性等。探索性数据分析主要利用探索性数据分析主要利用ArcGIS 提供的工具和插值方法,提供的工具和插值方法,可以确定统计数据属性,探测数据分布、全局和局部异常值、寻可以确定统计数据属性,探测数据分布、全局和局部异常值、寻求全局的变化趋势、研究空间自相关和理解多种数据集之
14、间相关求全局的变化趋势、研究空间自相关和理解多种数据集之间相关性。性。15.3.1 15.3.1 检验数据分布检验数据分布在地统计分析中,克里格方法建立在一定的假设基础上,在地统计分析中,克里格方法建立在一定的假设基础上,其在一定程度上要求所有数据值具有相同的变异性。另外,普通其在一定程度上要求所有数据值具有相同的变异性。另外,普通克里格法、简单克里格法和泛克里格法等都假设数据服从正态分克里格法、简单克里格法和泛克里格法等都假设数据服从正态分布。如果数据不服从正态分布,需要进行一定的数据变换,从而布。如果数据不服从正态分布,需要进行一定的数据变换,从而使其服从正态分布。因此,在进行地统计分析前
15、,检验数据分布使其服从正态分布。因此,在进行地统计分析前,检验数据分布特征,了解和认识数据具有非常重要的意义。数据的检验可以通特征,了解和认识数据具有非常重要的意义。数据的检验可以通过直方图和正态过直方图和正态QQPlot分布图完成。分布图完成。1通过直方图检验数据分布通过直方图检验数据分布2通过通过QQplot图检验数据分布图检验数据分布15.3.2 15.3.2 寻找数据离群值寻找数据离群值在一组平行测定数据中,有时会出现个别值与其他值相在一组平行测定数据中,有时会出现个别值与其他值相差较远,这种值叫离群值。差较远,这种值叫离群值。数据离群值分为全局离群值和局部数据离群值分为全局离群值和局
16、部离群值两大类。全局离群值是指对于数据集中所有点来讲,具离群值两大类。全局离群值是指对于数据集中所有点来讲,具有很高或很低的值的观测样点。局部离群值对于整个数据集来有很高或很低的值的观测样点。局部离群值对于整个数据集来讲,观测样点的值处于正常范围,但与其相邻测量点比较,它讲,观测样点的值处于正常范围,但与其相邻测量点比较,它又偏高或偏低。又偏高或偏低。1利用直方图查找离群值利用直方图查找离群值2利用半变异利用半变异/协方差函数云识别离群值协方差函数云识别离群值3利用利用Voronoi图查找局部离群值图查找局部离群值15.3.3 15.3.3 全局趋势分析全局趋势分析全局趋势分析可以通过全局趋势
17、分析可以通过Trend Analysis(趋势分析趋势分析)工具工具来实现。地物的空间趋势反映了空间物体在空间区域上变化来实现。地物的空间趋势反映了空间物体在空间区域上变化的主体特征。的主体特征。趋势面分析主要依靠空间样点数据,通过数学的方法来趋势面分析主要依靠空间样点数据,通过数学的方法来拟合一个空间曲面,从而大致反映其空间分布的变化情况。拟合一个空间曲面,从而大致反映其空间分布的变化情况。值得注意的是一个表面主要是由确定的全局趋势和随机的变值得注意的是一个表面主要是由确定的全局趋势和随机的变异误差来共同确定的。而趋势面分析则会忽略这种局部的变异误差来共同确定的。而趋势面分析则会忽略这种局部
18、的变异,只揭示其空间物体变化的总体规律。异,只揭示其空间物体变化的总体规律。15.3.4 15.3.4 空间自相关及方向变异空间自相关及方向变异地理空间自相关是指时间序列相邻数值间的相关关系。地理空间自相关是指时间序列相邻数值间的相关关系。大部分的地理现象都具有空间相关特性,即距离越近的两事大部分的地理现象都具有空间相关特性,即距离越近的两事物越相似。地理研究对象普遍存在的变量间的关系中,确定物越相似。地理研究对象普遍存在的变量间的关系中,确定性的是函数关系,非确定性的是相关关系。如果存在空间自性的是函数关系,非确定性的是相关关系。如果存在空间自相关,那么该变量本身存在某种数学模型。半变异相关
19、,那么该变量本身存在某种数学模型。半变异/协方差函协方差函数云图就是这种关系的定量化表示。数云图就是这种关系的定量化表示。15.3.5 15.3.5 多数据集协变分析多数据集协变分析世界上的事务不会孤立存在,它们都是处于广泛联系之世界上的事务不会孤立存在,它们都是处于广泛联系之中的,并相互制约和相互影响。变分析主要通过分析多因素中的,并相互制约和相互影响。变分析主要通过分析多因素(数据集)关联特征,在地统计空间分析中可以有效利用这(数据集)关联特征,在地统计空间分析中可以有效利用这种相关特征增强建模效果,如协同克里格插值分析。种相关特征增强建模效果,如协同克里格插值分析。15.4 15.4 空
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