Упражнение 5. Картографирование вероятности превышения критического порога концентрации озона

Уровень сложности: Начальный Требования к данным: ArcGIS Tutorial Data for Desktop Путь к данным: C:\ArcGIS\ArcTutor\Geostatistical Analyst Задача: Создание карты вероятности превышения определенного порога концентрации озона в течение одночасового периода снятия измерений.

В упражнениях 1 и 3 использовался ординарный кригинг для создания карты концентрации озона в Калифорнии при помощи различных параметров.

В процессе принятия решения необходимо соблюдать осторожность при использовании карты проинтерполированных значений концентраций озона для определения опасных зон, поскольку нужно понимать неопределенность интерполяции. Например, предположим, что значение критического порога концентрации озона равно 0,09 мг/м3 в одночасовой период и необходимо установить, превышается ли это значение в каком-либо местоположении. Для определенного положения прогнозируемое значение может быть равно 0,1 мг/м3, но из-за неопределенности, связанной с интерполяцией, истинное значение концентрации озона может быть от 0,07 до 0,12 мг/м3. В процессе принятия решения можно использовать ArcGIS Geostatistical Analyst Extension для картографирования вероятности превышения порога значения концентрации озона.

Хотя ArcGIS Geostatistical Analyst Extension предоставляет несколько методов, которые могут справиться с этим заданием, для данного упражнения будет использоваться самый простой из доступных методов, индикаторный кригинг. Этому методу не требуется, чтобы набор данных соответствовал конкретному распределению. Значения данных преобразуются в ряд 0 и 1 в соответствии с тем, выше или ниже порога значения данных. При использовании порога 0,09 мг/м3 любое значение ниже данного порога будет установлено в 0, а значения выше порога — в 1. Затем индикаторный кригинг применяет модель вариограммы, рассчитываемой из набора данных 0–1.

Шаги:

1. Если вы закрыли предыдущую сессию ArcMap, запустите программу снова и откройте Ozone Prediction Map.mxd.
2. На панели инструментов ArcGIS Geostatistical Analyst Extension щёлкните ArcGIS Geostatistical Analyst Extension > Мастер операций геостатистики (Geostatistical Wizard).
3. Щёлкните на Кригинг/кокригинг (Kriging/Cokriging) в списке Методы (Methods).
4. В раскрывающемся списке Входные данные (Input data) щёлкните на O3_Sep06_3pm.
5. В раскрывающемся списке Атрибут (Attribute) выберите атрибут OZONE.
6. Щёлкните на Далее (Next).
7. Щёлкните Индикаторный кригинг (Indicator Kriging). Заметьте, что Карта вероятностей (Probability Map) выбрана в качестве типа выходных данных.
8. Выберите в поле Порог (Threshold) параметр Превышать (Exceed), а затем установите для параметра Основное пороговое значение (Primary Threshold Value) значение 0,09.

9. Щёлкните на Далее (Next).
10. Измените значение в поле Размер лага (Lag size) на 15 000.
11. Для учета направленной природы данных измените параметр поля Анизотропия (Anisotropy) на Истина (True).

    Синие линии отображают оценочные модели вариограммы в различных направлениях.

12. Щёлкните на Далее (Next) в диалоговом окне Моделирование вариограммы/ковариации (Semivariogram/Covariance Modeling).
13. Щёлкните на Далее (Next) в диалоговом окне Поиск окрестностей (Searching Neighborhood).

    Синяя линия отображает пороговое значение (0,09 мг/м3). Точки слева от синей линии имеют индикаторное значение 0, полученное в результате преобразования, а точки справа от линии — индикаторное значение 1.

14. Щёлкните по строке в таблице с индикаторным значением 0. Выбранная точка будет отображаться зеленым цветом на диаграмме слева от линии порогового значения.

    В случае если выбрана строка, как на рисунке ниже, проинтерполированное значение будет в точности совпадать с индикаторным значением.

    Столбцы Измеренные (Measured) и Индикаторные (Indicator) отображают фактические и преобразованные значения для каждого опорного местоположения. Индикаторные значения интерполяции могут истолковываться как вероятность превышения порога. Такие значения рассчитываются с помощью вариограммы, смоделированной из двоичных данных (0, 1), которые получены на основании индикаторного преобразования исходных данных. Перекрестная проверка последовательно исключает точку и рассчитывает индикаторные значения интерполяции для каждой. Например, наибольшее измеренное значение равно 0,121. Если это местоположение не было фактически измерено, то модель индикаторного кригинга демонстрирует приблизительно 78 % вероятность того, что значение концентрации озона в этом положении было выше порога 0,09 мг/м3.

15. Щёлкните на Готово (Finish) в диалоговом окне Перекрестная проверка (Cross Validation).
16. Щёлкните на OK в диалоговом окне <esri_wintitle>Отчет метода (Method Report)</esri_wintitle>.

    Карта вероятности концентрации озона появится в качестве верхнего слоя в ArcMap. На карте отображаются индикаторные значения интерполяции, рассматриваемые как вероятность превышения порогового значения 0,09 мг/м3 в период с 15:00 до 16:00 6 сентября 2007 года.

    Исходя из данных карты ясно, что в центральной части Калифорнии имеется вероятность превышения порогового значения концентрации озона 0,09 мг/м3.

17. Измените имя слоя на Индикаторный кригинг (Indicator Kriging)
18. Перетащите слой Индикаторный кригинг (Indicator Kriging) и отпустите между слоями O3_Sep0_3pm и (Тренд удален) Trend Removed.
19. Щёлкните правой кнопкой мыши слой Индикаторный кригинг (Indicator Kriging) и щёлкните на Свойства (Properties).
20. Щёлкните вкладку Экстент (Extent) и выберите прямоугольный экстент ca_outline.
21. Щелкните Применить (Apply).
22. Перейдите на вкладку Символы (Symbology).
23. Отключите опцию Контур с заливкой (Filled Contours) и включите опцию Изолинии (Contours).
24. Щёлкните Изолинии (Contours)— появится символ изолиний (линий). Выберите цветовую схему от зеленого к синему.

25. Щёлкните на кнопке Классифицировать (Classify). В диалоговом окне Классификация (Classification) измените параметр Метод (Method) на Равные интервалы (Equal Interval), а Классы (Classes) на 5.

26. Щёлкните на ОК, затем снова щёлкните на OK.

    Теперь поверх проинтерполированной поверхности концентраций озона отображаются сине-зеленые изолинии. На карте отображаются области высоких и низких проинтерполированных значений концентрации озона и области высокой вероятности того, что концентрация превышает стандарты качества атмосферы по штату Калифорния в ходе одночасовых замеров.

27. И последнее: вы можете добавить в проект набор данных ca_hillshade из C:\ArcGIS\ArcTutor\ArcGIS Geostatistical Analyst Extension. Набор необходимо добавлять в нижнюю часть таблицы содержания и отображать в черно-белой гамме.
28. Щёлкните правой кнопкой мыши слой Тренд удален (Trend Removed), щёлкните на Свойства (Properties) и перейдите на вкладку Отображение (Display).
29. Установите прозрачность равной 30 % и щёлкните на OK.

30. Для сохранения карты щёлкните на Сохранить (Save) на панели инструментов Стандартные (Standard).

В данном руководстве вы познакомились с мастером Geostatistical Wizard, исследованием данных с помощью инструментов ESDA, ординарным кригингом (при использовании значений параметров, установленных по умолчанию, и более точных параметров) для интерполяции значений концентрации озона для штата Калифорния, а также индикаторным кригингом для построения карты вероятностей того, что концентрация озона превысит критическое пороговое значение. В мастере Geostatistical Wizard имеется множество других методов интерполяции, и некоторые из них оснащены инструментами геообработки, которые можно применять в окне ModelBuilder.