基于協(xié)同克里金法的取用水量審核模型研究論文
1引言
當(dāng)前我國水資源而臨的形勢十分嚴(yán)峻，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出，己成為制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。2013年1月國務(wù)院印發(fā)了《實行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》，通過水資源開發(fā)利用三條紅線的管理和考核，落實最嚴(yán)格水資源管理制度。論文基于安徽省2011年取水口資料提出一種從己有總?cè)∷跀?shù)據(jù)中抽取部分?jǐn)?shù)據(jù)，建立模型來審核其余取水口數(shù)據(jù)的方法，利用所建模型對檢測數(shù)據(jù)進行審核，探索研究用水量核查的實用性方案，為落實最嚴(yán)格水資源管理制度考核工作提供參考。
2數(shù)據(jù)分析及確定抽樣方式
2. 1研究區(qū)概況
安徽省是16個地級行政區(qū)和105個縣級行政區(qū)。全省河流流域而積為13. 94萬平方公里，主要分屬于淮河、長江、東南諸河三大水系，其中淮河水系6. 69萬平方公里、長江水系6. 6萬平方公里、東南諸河水系0. 65萬平方公里。由于各流域區(qū)域的發(fā)展不均衡，對應(yīng)的取水口數(shù)量和取用水量情況也不同。
2.2數(shù)據(jù)來源及分析
本文分析了安徽省2011年337個取水口數(shù)量的數(shù)據(jù)，包括取水口所在位置的.經(jīng)緯度、年用水量等信息。由于取水口所在流域區(qū)域人口分布不均勻，以及經(jīng)濟等發(fā)展不平衡，各取水口年取水量也相差很大。利用協(xié)同克里金插值法對數(shù)據(jù)建模，采用該方法時，當(dāng)主要變量(取水口取水量)有限或者固定，合理有效地選擇第二信息輔助插值成為提高預(yù)測精度的關(guān)鍵。考慮以上因素以及數(shù)據(jù)獲取的難易程度，選擇人口、生產(chǎn)總值、年用水量、工業(yè)增加值、工業(yè)用水量等因子作為協(xié)同克里金法輔助變量的候選變量。利用SPSS統(tǒng)計工具分別將這五個變量與取水口年取水量進行person相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)越接近1，越具有相關(guān)性。我們選取相對系數(shù)較高的人口、生產(chǎn)總值和年用水量作為輔助變量。
應(yīng)用ArcUIS10. 0地統(tǒng)計模塊的數(shù)據(jù)分析工具對數(shù)據(jù)進行QQPIot圖分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)Iog變換后的樣本數(shù)據(jù)更加符合正態(tài)分布，有利于提高預(yù)測精度。再利用Trend Analysi、獲取了研究區(qū)取水量的空間趨勢圖，從趨勢圖可以看出，樣點存在較為明顯的趨勢:東高西低，南高北低，并符合一階曲線的特征，由此在后而進行半方差分析時將去除該趨勢，以獲得更為準(zhǔn)確的半方差模型，但在克里格插值時將追加該趨勢，以獲得更有實際意義的插值結(jié)果叫。
2. 3確定抽樣方式
以簡單隨機抽樣、分層隨機抽樣、系統(tǒng)抽樣和整群抽樣為核心的經(jīng)典抽樣方法己廣泛應(yīng)用于社會、自然、經(jīng)濟、人文等領(lǐng)域。曹志冬等己證明了空間相關(guān)性特征對不同分層方式抽樣效率的影響，并提出了地理空間對象中分層方式的優(yōu)化選擇策略。本文通過實驗分析，比較以按流域分層隨機抽樣和按市級行政區(qū)分層隨機抽樣，從總體數(shù)據(jù)中選取80%數(shù)據(jù)的特征值(均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峰度)，發(fā)現(xiàn)前者能更好地反應(yīng)總體數(shù)據(jù)的特征(按流域分層隨機抽樣:首先從三個流域中分別抽取對應(yīng)流域80%的數(shù)據(jù)，然后整合作為建模數(shù)據(jù))。
3建模方法比較
空間插值方法分為兩類:一類是確定性方法，另一類是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法。確定性插值方法包括反距離加權(quán)法、趨勢而法等;地統(tǒng)計學(xué)插值方法包括普通克里格(OK)、簡單克里格(SK)及協(xié)同克里格(COK)等。在利用協(xié)同克里金法建模時，分析對比了不同半方差模型對插值結(jié)果的影響。在此基礎(chǔ)上為了更直觀展示協(xié)同克里金插值在建模過程中的優(yōu)勢，本文采用了三種空間插值方法對樣本數(shù)據(jù)進行插值建模，比較預(yù)測及驗證誤差以衡量三者所建模型的精度。
4結(jié)語
本文基于中的統(tǒng)計學(xué)原理和安徽省2011年取水口資料分析，選擇按流域分層抽樣的方式對總數(shù)據(jù)進行抽樣，得到建模數(shù)據(jù)(樣本數(shù)據(jù))和檢測數(shù)據(jù);利用探索性空間數(shù)據(jù)中正態(tài)QQ圖分析數(shù)據(jù)是否接近正態(tài)分布，以判斷進行協(xié)同克里格插值的可適性，并對樣本數(shù)據(jù)的全局趨勢進行探測;然后采用距離權(quán)重反比法、普通克里金法和協(xié)同克里金法分別對樣本數(shù)據(jù)進行建模，根據(jù)預(yù)測誤差和驗證誤差分析建模結(jié)果的精確度，得出協(xié)同克里金插值法要優(yōu)于其它兩種方法;在利用協(xié)同克里金法建模時，不同變異函數(shù)的模型對建模結(jié)果造成影響，通過分析對比選擇了球形模型;最后利用所建模型對檢測數(shù)據(jù)進行審核，預(yù)測出檢測數(shù)據(jù)所在位置的取水口取水量，并與真實值比較，誤差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差都比較小，在可接受范圍之內(nèi)，說明該建模方法具有一定的說服性。基于協(xié)同克里金法建立的取用水量審核模型有效探索了取用水量數(shù)據(jù)計算核查的模式，可為類似區(qū)域條件下的水資源管理數(shù)據(jù)考核工作提供借鑒方法。
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