【问题标题】:Kriging at a single spatial point?在单个空间点进行克里金法?
【发布时间】:2018-11-02 12:44:08
【问题描述】:

这个问题可能与我对克里金的了解不足有关 - 是否可以在单个空间位置计算克里金值?据我了解,典型的克里金方法使用嵌入在稀疏数据中的空间相关性来插入与数据具有相同空间范围的规则网格上所有点的值。我想知道的是我是否可以在特定点上进行插值(可能不会落在网格上)。例如,下面的代码对默兹数据中的铜浓度进行克里金法,并覆盖默兹地图上的值。我想知道如何在地图中心附近的“Maasband”计算克里格值。

谢谢。

# transform meuse data to SpatialPointsDataFrame
suppressMessages(library(sp))
data(meuse)
coordinates(meuse) <- ~ x + y
proj4string(meuse) <- CRS("+proj=stere
                          +lat_0=52.15616055555555 +lon_0=5.38763888888889
                          +k=0.999908 +x_0=155000 +y_0=463000
                          +ellps=bessel +units=m +no_defs
                          +towgs84=565.2369,50.0087,465.658,
                          -0.406857330322398,0.350732676542563,-1.8703473836068, 4.0812")

# define a regular grid for kriging
xrange <- range(as.integer(meuse@coords[, 1])) + c(0,1)
yrange <- range(as.integer(meuse@coords[, 2]))
grid <- expand.grid(x = seq(xrange[1], xrange[2], by = 40),
                    y = seq(yrange[1], yrange[2], by = 40))
coordinates(grid) <- ~ x + y
gridded(grid) <- T

# do kriging
suppressMessages(library(automap))
krg <- autoKrige(formula = copper ~ 1,
                 input_data = meuse,
                 new_data = grid)

# extract kriged data
krg_df <- data.frame(krg$krige_output@coords,
                     pred = krg$krige_output@data$var1.pred)

# transform to SpatialPointsDF & assign original (meuse) projection
krg_spdf <- krg_df
coordinates(krg_spdf) <- ~ x + y 
proj4string(krg_spdf) <- proj4string(meuse)

# transform again to longlat coordinates (for overlaying on google map below)
krg_spdf <- spTransform(krg_spdf, CRS("+init=epsg:4326"))
krg_df <- data.frame(krg_spdf@coords, pred = krg_spdf@data$pred)

# get meuse map and overlay kriged data
suppressMessages(library(ggmap))
suppressMessages(library(RColorBrewer))
lon <- range(krg_df$x)
lat <- range(krg_df$y)
meuse_map <- get_map(location = c(lon = mean(lon), lat = mean(lat)),
                     zoom = 13)
print(ggmap(meuse_map, extent = "normal", maprange = F) +
        stat_summary_2d(aes(x = x, y = y, z = pred),
                        binwidth = c(0.001,0.001),
                        alpha = 0.5,
                        data = krg_df) +
        scale_fill_gradientn(name = "Copper",
                             colours = brewer.pal(6, "YlOrRd")) +
        coord_cartesian(xlim = lon, ylim = lat, expand = 0) +
        theme(aspect.ratio = 1))

# geocode for Maasband
longlat <- as.numeric(geocode("Maasband"))
x0 <- longlat[1]
y0 <- longlat[2]

【问题讨论】:

  • 您可以根据点的坐标从克里金网格中提取值。
  • @www 谢谢。我是否正确理解你的建议是,根据网格的粒度,Maasband 可能足够接近网格点之一,如果不完全在它上面?
  • @www 跟进,所以我似乎无法以某种方式直接在克里金函数中输入所述点(或一组点)的坐标。我只能在常规网格上执行此操作,并提取网格上最近点的值。对吗?

标签: r kriging


【解决方案1】:

您可以预测单个点,该点可以在训练网格之外,但从统计上讲它是不正确的,如果您离得太远,您只会得到一个平均值。

训练外点的预测示例(新数据):

> range(coordinates(meuse)[,1])
[1] 178605 181390
> range(coordinates(meuse)[,2])
[1] 329714 333611
> newdata <- data.frame(x = 178600,
+                     y = 329710)
> coordinates(newdata) <- ~ x + y
> krg <- autoKrige(formula = copper ~ 1,
+                  input_data = meuse,
+                  new_data = newdata)
[using ordinary kriging]
> krg
$krige_output
       coordinates var1.pred var1.var var1.stdev
1 (178600, 329710)  43.10343 538.8824   23.21384

$exp_var
     np       dist    gamma dir.hor dir.ver   id
1    17   59.33470 142.2353       0       0 var1
2    36   86.01449 288.4722       0       0 var1
3   114  131.02870 259.1184       0       0 var1
4   149  176.18845 417.4295       0       0 var1
5   184  226.75652 322.5353       0       0 var1
6   711  337.60359 473.3298       0       0 var1
7   830  502.04773 529.3259       0       0 var1
8  1349  713.21485 594.9974       0       0 var1
9  1314  961.27179 628.1739       0       0 var1
10 1139 1213.41157 612.3446       0       0 var1
11 1355 1506.55052 583.7055       0       0 var1

$var_model
  model     psill    range kappa
1   Nug  29.45239   0.0000   0.0
2   Ste 592.45663 365.6081   0.4

$sserr
[1] 78.06413

attr(,"class")
[1] "autoKrige" "list"     

【讨论】:

  • 谢谢!您关于统计准确性的观点(没有双关语)仅在该点离网格太远时才成立,对吗?在我上面的示例中,Maasband 可能非常靠近其相邻网格点之一。在这种情况下,我可以像你一样使用 Maasband 作为 newdata,而不是使用网格然后必须在网格上搜索最接近 Maasband 的点。对吗?
  • 在计算上是可能的,但在统计上是不正确的。在某些情况下,如果该点很接近,您可以获得一个很好的估计。但总的来说,克里金法是对预测点周围观测值的插值,当你在观测网格之外时,点周围总是有一部分是你没有观察到的,所以你无法知道你的估计是否正确与否。
  • 例如,Maasband 可以非常靠近观察变量中具有非常高值的区域,因此您可以假设它的估计值很高,但如果在同一距离的另一侧Maasband 的值非常低,您没有观察到它们,可能 Maasband 有中间值,您的估计不正确。
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