【计量地理学】实验六 地理属性空间插值
一、实验目的
本次实验的主要目的在于熟练掌握空间克里格法插值的理论基础，包括其核心概念和步骤，能够通过数据可视化和统计分析方法识别数据中的异常值，并且掌握数据正态性的检验方法，理解正态分布对克里格法的重要性，最后在GIS软件中，学习如何进行克里格法的空间插值，包括参数设置、搜索领域调整、交叉验证等步骤，熟练掌握如何优化模型以提高预测精度并制图得到结果。
二、实验内容
- 异常值的识别与处理
- 正态分布检验与数据转换
- 变异函数分析
- 空间插值
- 地图制图
三、实验过程
（一）异常值的识别与处理
在上午的实验过程中，我已经利用MATLAB软件通过计算四分位间距，以此来确定异常值的上下限来检测数据中的异常值，得到结果为：pH值中无异常值，而有机质与全氮数据中则分别有一定量的异常值：
有机质结果：
全氮结果：
因此对数据进行异常值处理，即删除异常值，需要注意的是，一个样点可能只有某个属性为异常值其他属性正常，因此我们不能完全删除该样点，最终得到pH值的样点个数为：658，有机质的样点个数为652，全氮的样点个数为647。
（二）正态分布检验与数据转换
在上午的实验中，我们已经通过观察三种属性数据的Q-Q图，基本得出了三种属性数据是否具有正态性的判断：pH值不具有正态性，有机质具有较弱的正态性，而全氮具有较强的正态性，此次实验中我们利用SPSS中的【单样本K-S】检验工具进行正态分布检验，得到结果如下所示：
| 数据 | 结果 | 处理 |
| Ph |
| P值小于0.05，因此拒绝原假设，认为数据不符合正态分布，将数据进取对处理。 |
| 有机质 |
| P值小于0.05，因此拒绝原假设，认为数据不符合正态分布，将数据进行三次方后开根号处理。 |
| 全氮 |
| P值大于0.05，因此接受原假设，认为数据符合正态分布，无需进行额外的数据处理。 |
- 变异函数分析
通过上述步骤得到去除异常值并且符合正态分布的数据后，我们即可进入ArcGIS中进行数据分析与地图绘制的步骤中，这一部分我们已经在GIS空间分析的实验课中进行了详细的学习，在此不过多赘述，仅作简单阐述。
在变异函数分析部分，我们可以利用直方图、正态Q-Q图与全局趋势分析三种方法进一步了解数据，了解数据特性后，此次实验中我们选择【克里金法/协同克里金法】—>【普通克里金】对数据进行插值：
- 空间插值
根据我们在上述过程中分析得到的特性，我们可以在地统计向导中通过调整方向变异函数、搜素领域等相关参数以优化预测模型，最后在如下图所示的交叉验证结果中，我们可以查看每个样点的测量值与预测值，它们之间的误差与综合的预测误差，用以比较检验我们的插值结果：
最后点击完成，即可得到克里金法的插值结果图，并进入我们的制图部分。
- 地图制图
将上述步骤得到的三种土壤属性插值结果的空间分布地图进行制图，并依据个人审美进行了一系列的美化，最终得到结果如下所示：
pH：
有机质：
全氮：
四、实验结果分析
不同点：
- pH值：通过观察插值结果图可以看到，pH值的插值结果为东高西低，即东部土壤碱性较强，西部土壤酸性较强，总体而言呈中性，且空间分布连续成片，破碎化程度较小；
- 有机质：有机质的插值结果同样为南北走势，与pH值不同的在于东部有机质含量较低，而西部有机质含量较高，与pH值呈相反的趋势，空间分布的破碎化程度加深；
- 全氮：与上述的有机质数据与pH值数据相比，全氮数据的分布与有机质的分布相近，即东部全氮含量较低，而西部全氮含量较高，等值线走势依然为南北走势，且可以明显观察到空间分布更为破碎化。
相同点：
研究区域位于北纬38°40′，东经112°30′，大致位于我国山西省的中部地，三种土壤属性的等值线走势均为南北走势，基本与镇与镇间的区划线相重合，pH等值线的重合相较不够明显，有机质与全氮则与镇区划线重合较为明显，全氮等值线重合最甚，可以看到不仅南北走向有重合态势，东西走向也具有一定的重合态势，合理判断为：不同镇之间由于地理环境差异、耕收农作不同等等从而导致了土壤间的差异，更深入的空间分布特征及其成因，有待于后续结合地形、人口、气候等因素进行更为详细准确的分析与判断。
五、实验心得
本次实验与下午的实验一脉相承，进一步加深了对地理学分析的相关工具和方法理解，包括数据异常值处理、正态分布检验、克里金插值法等，并最终利用ArcGIS软件绘制得到插值结果图，其中许多步骤我们在其它的实验课内容中已经有了较为详细的练习，因此本次实验的重心落在了对相关结果的输出与美化中，但在实验过程中依然加深了对克里格法的相关理解，并解决了自身过去在理论课上的一些疑惑。