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Geostatistical Analyst 提供的数据探索工具（explore data），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ArcGIS 中Geostatistical Analyst 提供的地统计向导工具（Geostatistical Wizard），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)
2. 设计内容
将基于这些臭氧点样本（测量值）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。
（2）使用默认 Geostatistical Analyst 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
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
（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
3：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细化的模型。改进 1 中创建的臭氧浓度图。
（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
（3）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
4 ：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
5：使用指示克里金法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。
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 0.09 ppm 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。
（3）最终结果图
简要分析：
臭氧值的临界阈值为 0.09 ppm（加利福尼亚州环境空气质量标准每小时测量值）；如果高于这个值，就应予以密切监视。本课程设计目的在于使用 Geostatistical Analyst 来预测加利福尼亚州 2007 年 9 月 6 号下午 3:00 到 4:00 的臭氧值符合该标准的可能性。
（1）在直方图中，臭氧值的分布分成 10 个级别的臭氧值范围加以描述。每个级别中数据的频数以各条块的高度表示。该臭氧数据直方图表示数据为单峰（一个高峰）并且向右偏移。分布图的右侧尾部表示存在的采样点相对较少但臭氧浓度值较高。似乎该数据不接近于正态分布。
（2）通过单击并在其上方拖动光标来选择那两个臭氧值大于 0.10 ppm 的直方图条块，同时地图上会对应选择处于此范围内的采样点。可知，这些采样点中的大多数位于加利福尼亚州的中央谷中。
（3）概率图将在 ArcMap 中以顶部图层显示。概率图显示指示预测值，这些值则表明2007 年 9 月 6 日 3 p.m 到 4 p.m 期间臭氧浓度超过阈值 0.09 ppm 的概率。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 0.09 ppm 阈值的概率存在。
四、设计体会与感想
这学期实习告一段落了，收获很大，通过本次实习，我更好的理解了地统计分析方法在实践中的应用，也在一定程度上熟练了ArcGIS软件的使用。在实习的过程中，学会了IDW等系列插值方法，学会了如何去构建表面进行数据分析，是对课堂理论学习的进一步深化，提高了我们利用理论解决实际问题的能力。
同时在实习中我们遇到问题同学之间可以互相探讨，增强了团队意识和合作意识。本次实习是对我们的一个很好的锻炼，很大程度的提高了我们的应用能力。从对该软件的一窍不通到慢慢熟悉的过程中，我的自信一点点的提高，当然做到对该软件的得心应手还有很长的路要走。虽然课程结束但是学习没有结束，只有不断地学习才能不断进步。
课程设计成绩评定表
注：此表装订在课程设计之前。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/1edf071328ea81c759f57827.html
文档为doc格式