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基于GIS的城市气象监测要素插值分析研究

作　者: 赵海波
导　师: 杨德宏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 气象监测空间插值分析交叉验证地理信息系统
分类号: P412
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

城市降水、气温等气象要素与市民日常生活密切相关,同时也影响着城市防汛、排水工程的规划建设,因此对城市气象要素精准全面地了解是当前各城市都非常重视的问题。有限的城市气象监测点采集的监测数据根本不能满足当前社会对气象数据产品的需求。利用空间插值技术对采集的有限监测数据进行插值分析,获得覆盖整个监测区的气象产品便成了首要选择。从理论的角度讲,关于气象要素空间插值方法的研究有许多,但何种插值方法更适宜于城市气象要素的插值分析便成为需要研究的课题,也是本文研究的主要内容。基于GIS的城市气象监测要素插值分析研究以昆明市气象监测数据为例,研究了GIS空间插值分析对于城市气象要素插值分析的适宜性问题。本文是在对常用于气象要素空间插值分析的插值方法进行详细研究分析的基础上,利用ArcGIS平台的二次开发组件ArcEngine开发出针对城市气象要素插值分析的应用系统。该系统不仅能完成常用于气象要素的插值分析,而且能按ArcGIS平台中的几种常用插值方法对气象监测记录进行交叉验证,并统计出平均误差、平均绝对误差、均方差等误差统计值存储入系统数据库。系统为便于插值分析研究特设计并实现了基于这些误差统计记录的统计分析功能,利用这些功能可以方便地对各插值方法、气象要素的交叉验证结果进行统计分析,评估各插值方法、参数对各气象要素的适宜性。通过本文的研究发现：反距离权重插值、克里金插值对于城区气象要素插值分析较为适宜。其中反距离权重插值对城市气温插值分析效果明显比其它方法好,对城市降水、连续降水插值效果也较好；克里金插值对城市降水中的暴雨情况的插值分析误差总体上比其它插值方法较好,但结果栅格不光滑、值域超出原值域现象比样条函数更严重；样条函数插值结果的值域超过监测记录值域的现象较严重,因其函数特性其结果栅格很光滑,但误差统计结果总体上与克里金插值、三角线性插值、自然邻近插值一样较差。总体来说,基于GIS的城市气象监测要素插值分析研究以GIS平台的空间插值分析模块为基础,利用软件工程的思想开发出针对城市气象要素插值方法适宜性研究的插值分析系统,为研究结果的分析讨论、直观展示提供方便快捷的手段。本文为GIS空间插值对城市气象数据产品制作的适宜性做出了有益的探索。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景、目的及意义  8-10
    1.1.1 研究背景  8-9
    1.1.2 研究目的  9
    1.1.3 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-11
  1.3 研究内容及论文结构  11-12
    1.3.1 研究内容  11
    1.3.2 本文框架  11-12
  1.4 本章小结  12-13
第二章 GIS与空间插值基础  13-31
  2.1 地理信息系统简介  13-16
    2.1.1 GIS的基本功能  14-15
    2.1.2 地理信息可视化  15-16
  2.2 空间插值分析简述  16-30
    2.2.1 空间插值方法分类  16-17
    2.2.2 点的插值  17-29
    2.2.3 面的插值  29-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章城市气象要素空间插值研究  31-55
  3.1 研究思路与步骤  31-32
  3.2 数据采集与预处理  32-33
  3.3 气象要素插值预分析  33-50
    3.3.1 三角线性插值研究  34-35
    3.3.2 自然邻近插值研究  35-36
    3.3.3 IDW插值研究  36-39
    3.3.4 Spline插值研究  39-42
    3.3.5 Kriging插值研究  42-47
    3.3.6 趋势面插值  47-49
    3.3.7 预分析总结  49-50
  3.4 交叉验证  50-54
    3.4.1 交叉验证方案  50-53
    3.4.2 交叉验证说明  53-54
  3.5 本章小结  54-55
第四章系统设计  55-68
  4.1 软件系统的设计方法  55-56
    4.1.1 软件生存期概念  55
    4.1.2 软件开发的分析设计方法  55-56
  4.2 分析系统的开发策略  56-58
    4.2.1 插值分析系统的系统需求  56-57
    4.2.2 系统的功能分析  57-58
  4.3 系统总体设计  58-59
  4.4 数据库的设计  59-66
    4.4.1 空间数据库简介  59-61
    4.4.2 系统数据库的建立  61-66
  4.5 二次开发平台介绍  66-67
    4.5.1 开发环境介绍  66
    4.5.2 ArcEngine简介  66-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章系统实现及结果分析  68-81
  5.1 系统功能实现  68-77
    5.1.1 系统管理模块  68-69
    5.1.2 空间数据管理查询  69-70
    5.1.3 气象监测数据管理模块  70
    5.1.4 插值分析模块  70-73
    5.1.5 误差统计分析模块  73-75
    5.1.6 插值分析应用示例  75-76
    5.1.7 数据获取与交叉验证模块  76-77
  5.2 插值结果分析  77-80
    5.2.1 按插值方法分析  77-79
    5.2.2 按气象要素分析  79-80
  5.3 本章小结  80-81
第六章总结与展望  81-83
  6.1 总结  81-82
  6.2 展望  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-86
附录  86

基于GIS的城市气象监测要素插值分析研究

内容摘要

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