GLOBEC Kriging softwarový balík – EasyKrig2.0, 10 leden 2000

Link: http://globec.whoi.edu/software/kriging/easy_krig/easy_krigV20.html

Copyright (c) 2000, majetek Dezhang Chu a Woods Hole oceánografické instituce. Všechna práva vyhrazena.

Tento software kriging popsaný v tomto dokumentu byla vyvinuta Dezhang Chu s financováním z National Science Foundation skrze službu USA GLOBEC Georges projektu vytvoření banky v řízení programu a Office dat. To bylo inspirováno soubor nástrojů MATLAB vyvinuté Yves Gratton a Caroline Lafleur (INRS-Océanologie, Rimouski, QC, Kanada), a Jeff Runge (Institut Maurice-Lamontagne). Tento software může být reprodukovány pouze pro nekomerční účely.

Tento program je rozšiřován v naději, že bude užitečný, ale bez jakékoli záruky. Kontaktovat Dr. Chu při [email protected] s vylepšeními či návrhy na změny.

Obsah:
1. Úvod
1.1 Obecné informace
1.1.1 Operační systémy
1.1.2 Stručný popis
1.2 Začínáme
1.2.1 Down-load program
1.2.2 Rychlý start
2. stupni zpracování dat
Příprava 2.1 Údaje
2.2 Semi-variogramu
2,3 Kriging
2.4 Vizualizace
2.5 Výsledky Ukládání
3. Příklady
4. Odkazy
1. Úvod
1.1 Obecné informace
1.1.1 Operační systémy

Tento software byl původně vyvinut v prostředí Matlab 5.2 na PC, jež má být počítače a / nebo operační systém nezávislý na platformě. Program byl testován na strojích se pohybuje a hraje v pohodě. Následující tabulka ukazuje testované stroje / OS:
počítač OS
PC kompatibilní s Windows 95 / NT, Windows 98 *
PC Linux (Red Hat 5.2)
SUN UNIX (Solaris)
SGI UNIX (Irix)
Macintosh OS 8.6

* Windows 98 potřebuje získat opravu z Mathworks opravit grafické uživatelské rozhraní (GUI) související chyby, viz pokyny od Mathworks webových stránkách: http://www.mathworks.com/support/solutions/v5/20744.shtml

1.1.2 Stručný popis

Program používá grafické uživatelské rozhraní (GUI) pro zjednodušení ovládání. To vyžaduje Matlab 5.2 nebo vyšší s nebo bez optimalizace nástrojů (viz část 2.2) a skládá se z pěti složek, nebo zpracovatelských krocích: (1) zpracování dat, (2) variogramu výpočetních, (3) kriging, (4) vizualizace a (5 ) má za následek uložení. To umožňuje uživateli zpracovávat anizotropní data, zvolte seznam variogramu modelů, a výběr metody kriging, které jsou také společné rysy ostatních stávajících softwarových balíků. Jednou z hlavních výhod tohoto programového balíku je, že program minimalizuje požadavky uživatele “odhadnout” počáteční parametry a automaticky generuje požadované výchozí parametry. Kromě toho, protože používá grafické uživatelské rozhraní, změny od počátečního nastavení parametrů lze snadno provést. Dalším rysem tohoto programového balíku je, že má zabudovaný-in on-line nápovědy, knihovnu, která umožňuje uživateli porozumět využití parametrů a ovládacích tlačítek pouhým jednoduchým kliknutím.

I když tento softwarový balík postrádá některé schopnosti, jako je 3D-a spolupráci krigingu, to poskytují pohodlný nástroj pro geostatistických žádostí a měla by také pomoci vědcům z jiných oborů.

1.2 Začínáme

1.2.1 Down-load program

Můžeš

stáhnout komprimovaný soubor z webových stránek GLOBEC;

ftp://globec.whoi.edu/pub/software/kriging/easy_krig/V2.0/

Windows 95/98 / NT: easy_krig2.zip
LINUX: easy_krig2.zip
UNIX (LINUX): easy_krig2.tar.Z
Macintosh: easy_krig2.sea.hqx **

a spusťte

rozbalte pro Windows (95/98 / NT) a Linux
uncompress + untar pro stroj unixové (včetně Linuxu)
unstuff pro Macintosh (nebo ekvivalentní software)

k rozbalení souborů. Po rozbalení souboru, jste připraveni ke spuštění a spustit program.

nebo získat původní nekomprimované soubory (a podadresářů) Přímo:

ftp://globec.whoi.edu/pub/software/kriging/easy_krig/V2.0/easy_krig2.0/

(Pomocí binárního módu pro systém UNIX, automatické pro Macintosh)

** Vyžaduje software Stuffit Expander k unstuff komprimovaného souboru. Pokud nemáte to, můžete si ji zdarma z internetu: http://www.aladdinsys.com/downloads/index.html~~HEAD=pobj

1.2.2 Rychlý start

Spuštění MATLAB a jít do určeného easy_krig2.0 domovském adresáři. Stačí zadat “startkrig ‘v příkazovém okně MATLABu, okno vyskočí. Toto okno je základní okno, nazývá okno Navigátor. Panel nabídek v tomto okně obsahuje mnoho možností si můžete vybrat. Nyní jste připraveni jít dál.

Poznámka: Můžete přidat domovský adresář Kriging a spustit program z jiných adresářů. Nicméně, musíte se ujistit, že neexistují žádné funkce sami, které mají stejný název jako ty, které používá pro easy_krig2.0. Vzhledem k tomu, program vám umožní načítat a ukládat soubory pomocí prohlížeče souborů, doporučuje se spustit program pod easy_krig2.0 domovském adresáři.

Program poskytuje mnoho tlačítka nápovědy on-line; Použití téměř všechny volitelných funkcí a parametrů lze nalézt kliknutím na tato tlačítka nápovědy (malá tlačítka každý s otazníkem “?” na to). Je zcela zřejmé a snadno se používá.

2. stupni zpracování dat

Existují zpracování stupních (úkolů), některé údaje, které jsou volitelné z menu v horní části hlavního okna Navigátor. Výběrem nebo klepnutím na některý z úkolů, zobrazí se okno odpovídající úkolu pop-up. Na každém okně úkolu, malá tlačítka označená otazníkem “?” poskytují on-line nápovědu. Kliknutím na tlačítko se malé okno vyskočí a poskytnout informace o použití tlačítka parametru nebo operace. Na všechny okna, kliknutím na tlačítko “navigátora”, nebo výběrem “Navigator” z řádku nabídek a pak “Otevřít” z rozbalovacího podmenu bude aktivovat okno navigátoru.

Příprava 2.1 Údaje

Volba ‘načíst data “z menu z libovolného okna a pak” otevřený “z podmenu vede k oknu přípravy dat. Klikněte na tlačítko “Load” pro načtení datového souboru RAW. Formát datového souboru by měla být soubor 3-sloupec ASCII. Uživatel (é) může poskytovat své vlastní m-soubor, který chcete načíst data. Tato funkce umožňuje uživateli generovat vstupní data přímo z hrubých dat namísto generování souboru ASCII. Požadovaný formát vstupních a výstupních parametrů lze nalézt kliknutím na malé čtvercové tlačítko s ikonou ‘? ” Značka vedle tlačítko Procházet spojené s opcí “externí program”. Dá se nastavit další parametry před načtením souboru. Po načtení souboru, pokud chce uživatel změnit další nastavení, jako je například filtrování dat, klikněte na “Použít” poté, co byly nastaveny parametry. Rozdíl mezi “Load” a “použít” je, že později nebude znovu načíst soubor dat. Chcete-li změnit “xlabel ‘nebo’ ‘ylabel ihned po vložení dat, je třeba znovu načíst data.

2.2 Semi-variogramu

Volba ‘variogramu “z řádku nabídek a pak” Otevřít “z podmenu vede k oknu pop-up variogramu. Za prvé, klikněte na tlačítko “vypočítat” pro generování dat na bázi semi-variogramu (nebo KORELOGRAMU). Poté, hledají založené na modelu semi-variogramu (nebo KORELOGRAMU), aby se vešly vypočtené variogramu. Vztah mezi semi-variogramu g (H) a KORELOGRAMU C (H) je:

C (h) = 1 – g (h),

kde h je vzdálenost zpoždění. Vhodné variogramu (autokorelační funkce), model může být vybrán v závislosti na tvaru variogramu (KORELOGRAMU) vypočtené z údajů. Vysvětlení parametrů spojených s modelem lze nalézt pomocí tlačítka on-line nápovědy ( “?” Tlačítko). Klikněte na tlačítko “Použít”, program spočítá model založený na variogramu / KORELOGRAMU podle aktuálního nastavení. Nastavení parametrů lze změnit buď změnou polohy posuvníku nebo zadáním čísla přímo do okna editace textu. Pokud se pomocí posuvníku, bude teoretická křivka se automaticky změní, zatímco je-li zadáním čísla do editačního okna textu, uživatel musí kliknout na tlačítko “Použít” znovu vypočítat křivku.

Pokud je nainstalován Optimization Toolbox (doporučeno), může uživatel použít nejméně čtverců funkce, aby se vešly data klepnutím na tlačítko “LSQ fit”. Pokud není nainstalován optimalizace Toolbox, program automaticky vypnout nejmenších čtverců funkce.

Všimněte si, že jelikož LSQ fit má určitý rozsah pro každý parametr, různé počáteční nastavení (parametry) bude produkovat různé výsledky.

V některých případech, kdy jsou údaje anizotropní, může být aktivováno anizotropní variogramu (KORELOGRAMU) modelu. Kliknutím na ‘enable 2D-variogramu’ tlačítko, jsou povoleny odpovídající nastavení. Pokud nevíte, nebo nejste jisti poměru orientace a stran funkce anizotropní dat, můžete použít výchozí nastavení a pak přizpůsobit se dosáhnout uspokojivých výsledků.

2,3 Kriging

Volba ” kriging z řádku nabídek a pak “Otevřít” z podmenu otevře okno kriging. Parametry variogramu (nebo autokorelační) potřebných v provozu kriging jsou automaticky předávány z variogramu okna k oknu kriging, ale může být změněn z okna kriging. Klikněte na tlačítko Obnovit ‘, aby získali nejnovější parametry semi-variogramu a klikněte na tlačítko’ ‘Krig ke spuštění kriging. Existují dva průchody krigingu; První z nich je použit na výrobu mapy Kriging a druhý se používá k provedení křížové ověření modelu kriging.

2.4 Vizualizace (Display)

Volba ‘display’ z menu a pak “otevřený” z podmenu vede k oknu vizualizace. Existují tři postavy v tomto okně: mapa kriging (vlevo nahoře), mapa kriging-variance (vpravo nahoře) a křížového ověřování (vlevo dole). První dvě mapy jsou běžně používané v literatuře kriging a poslední z nich je unikátní přístup tohoto programu.

Kliknutím na tlačítko “Zobrazit Plot” se zobrazí aktuální výsledky Kriging a na “Load” načíst dříve uložené výsledky (.mat souboru). Můžete také načíst soubor výběrem “Soubor” z menu a výběrem “načítání dat”.

Pokud byly údaje transformována v okně přípravy dat, můžete si vybrat buď přeměněny (výchozí) nebo un-transformované výsledky.

Výběrem možnosti jediný výkres, zobrazí se okno, které obsahuje pouze vybranou postavu pop-up.

2.5 Výsledky Ukládání

Volba ‘file’ z řádku nabídek a potom výběrem ‘Uložit údajů “uložit výstup jako .mat soubor s uživatelem definovaný název souboru a na uživatelem zvolené místa. Program uloží parametry a datové struktury (para a data) v souboru. Pro informaci o strukturách, uživatel potřebuje vybrat ‘soubor’ z menu a pak ‘proměnnou strukturou, aby získali vysvětlení pro všechny proměnné (všimněte si, že mnoho proměnných, nejsou pro uživatele důležité).

3. Příklady

Tam jsou některé datové soubory vzorků součástí balení. Všechny soubory jsou ve formátu ASCII, který je vyžadován programem. V následujících dvou příkladech, určený adresář krig Předpokládá se, že “easy_krig2.0”.

Příklad 1: Letecký snímek zooplanktonu hojnosti dat

Spuštění MATLAB; v příkazovém okně MATLABu změnit adresáře do domovského adresáře EasyKrig2.0. Sem ‘startkrig’ pro spuštění programu.

Upravte velikost okna a pozice a zvolte ‘uložit oknem s údajem polohy “volbu v menu a potom” Uložení pozice “z podmenu. Klikněte na tlačítko “Instrukce” načíst tento dokument do editoru MATLAB.

Vyberte ‘načíst data “z menu a pak” otevřený “z podmenu vyvolejte okno přípravy dat.
Vyberte ‘zeměpisné šířky’ z listboxu pro datový soubor plk 1 (výchozí).
Vyberte ‘zeměpisná délka “z listboxu pro datový soubor Col 2 (výchozí).
Ostatní parametry nechte beze změn.
Klikněte na tlačítko “Load” vyvolejte okno prohlížeče souborů, zvolte složku “údaje” a vyberte “zooplankton.dat” souboru v adresáři “údaje” načíst vybraný soubor do paměti.

(4) z menu Vyberte ‘variogramu “a pak” Otevřít “z podmenu vyvolejte okno variogramu.

Klikněte na tlačítko “Compute” spočítat semi-variogramu (KORELOGRAMU). To vykreslí semi-variogramu (KORELOGRAMU) jako diskrétní otevřených kruhů.
B vyberte “General exponenciální-Bessel ‘(výchozí) z variogramu modelu listboxu na pravém horním rohu. Klikněte na tlačítko “LSQ fit”. Pokud nemáte Optimization Toolbox, klepněte na tlačítko “Použít”, bude teoretický model založený na semi-variogramu být položený na původní datové bázi semi-variogramu. Parametry z nejmenších čtverců (pokud máte Optimization Toolbox) nebo od výchozího nastavení (pokud nemáte Optimization Toolbox) jsou zobrazeny v textu editačních oken.
Kliknutím na jezdců spojených s parametry variogramu budou teoretické křivky odpovídajícím způsobem změnit, aby odrážel změny parametrů. Tyto parametry mohou být také změněn zadáním hodnoty přímo do oken pro úpravy textu a kliknutím na tlačítko “Použít”.
Zadejte 0 v poli “plastické” Text editačním okně, 1.0 v “prahu” Text editačním okně, 0,14 v “délka” Text editačním okně, 1,5 V okně “power”, a 0 v “díry SCL” (stupnice díra ) Text editační okno. Poté klikněte na tlačítko “Apply”. Revidovaný teoretická křivka modelového semi-variogramu budou vyneseny.

(5) Vyberte “Kriging” z řádku nabídek a pak “Otevřít” z podmenu vyvolejte okno kriging.

(A) Stačí kliknout na tlačítko ” Krig začít Kriging přijetím výchozí nastavení. Stavové okno vyskočí a zobrazuje průběh zpracování. Když je kriging hotovi, klikněte na tlačítko “Quit” pro zavření okna stavu.

(6) Vyberte ‘Zobrazit’ z menu a pak “Otevřít” z podmenu pro vyvolání vizualizačního okna.

Stačí kliknout na tlačítko “Zobrazit Plot” k zobrazení výsledků kriging. Všimněte si, že pozice stanice na mapě kriging jsou barevně odlišeny, aby odrážely úroveň souhlasem kriged výsledků s původními daty. Na obrázku je cross-validation (vlevo dole) používá metodu double-Kriging (výchozí).
Kliknutím na “trať” z menu a poté vyberte mezi “Color ‘,’ černá / bílá” a “Žádné” pozorovat změnu barvy v místech původních dat. Volba “Value” nebo “Error” a určete “color” a “Velikost písma” umožňuje uživateli zobrazit pozorované hodnoty nebo rozdílu mezi pozorovanými hodnotami a hodnotami z krigingu.
Vyberte ‘Q1’ ze seznamu cross-validace a počkat, až se provádí výpočet. Svislá červená čára asi 0,07 mezi dvěma černými linkami na asi 0,5 a -0.5 naznačuje, že parametry modelu jsou dobré založen na kritériu Q1.
Vyberte ‘Q2 chůze od cross-validační výsledky seznamu v jiném pozemku. Svislá červená čára se nachází v regionu přijímám na asi 0,78, což znamená, že parametry modelu je pravděpodobné, že “dobrý”.

(7) Vyberte “Soubor” v menu a zvolte ‘Uložit údajů “vyvolejte okna prohlížeče souborů.

Vyberte ‘výstup’ adresář a libovolný název se vám líbí (výchozí název souboru je cal83sal.mat) a klikněte na tlačítko Uložit.
Klikněte na “Ukončit” z řádku nabídek a potom “Quit Easykrig” z podmenu program ukončit. Restartujte program znovu napsáním “startkrig ‘v příkazovém okně MATLABu. Klikněte na tlačítko “Display” a pak “Otevřít” z podmenu k vyvolání vizualizačního okna, a klikněte na tlačítko “Load” nahrát výstupní soubor, který byl právě uložili pomocí prohlížeče souborů.
Kliknutím na tlačítko “Zobrazit Plot” pro zobrazení výsledků Kriging, které by měly být stejné jako předtím.

Příklad 2: vertikální řez salinity dat

Spuštění MATLAB; v příkazovém okně MATLABu změnit adresáře do domovského adresáře EasyKrig2.0. Sem ‘startkrig’ pro spuštění programu.
Vyberte ‘načíst data “z menu a pak” otevřený “z podmenu vyvolejte okno přípravy dat.
Vyberte “X” z listboxu pro datový soubor Sb 1.
Vyberte ‘hloubka’ z listboxu pro datový soubor Sb 2.
Ostatní parametry nechte beze změn.
Klikněte na tlačítko “Load” vyvolejte okno prohlížeče souborů, zvolte složku “údaje” a vyberte “salinity.dat” souboru v adresáři “údaje” načíst vybraný soubor do paměti.
Vyberte ‘variogramu “z řádku nabídek a pak” Otevřít “z podmenu vyvolejte okno variogramu.
Klikněte na tlačítko “Compute” spočítat semi-variogramu (KORELOGRAMU). To vykreslí semi-variogramu (KORELOGRAMU) jako diskrétní otevřených kruhů.
Vyberte ‘Linear’ z variogramu modelu listboxu na pravém horním rohu. Klikněte na tlačítko “LSQ Fit” [Pokud nemáte Optimization Toolbox, přejděte ke kroku (c).] Teoretický model založený na semi-variogramu (přímá čára v tomto případě) budou překrývat původní DATA- založené na semi-variogramu.
Zadejte 0 v poli “plastické” parametr editačním okně a zadejte 1.7 do “prahu” pro změnu parametrů okna, a poté klikněte na tlačítko “Použít”. Revidovaný teoretická křivka modelového semi-variogramu budou vyneseny.

(4) Vyberte “Kriging” z řádku nabídek a pak “Otevřít” z podmenu vyvolejte okno kriging.

(A) Stačí kliknout na tlačítko ” Krig začít Kriging přijetím výchozí nastavení.

(5) Vyberte “Display” z menu a pak “Otevřít” z podmenu pro vyvolání vizualizačního okna.

Stačí kliknout na tlačítko “Zobrazit Plot” k zobrazení výsledků kriging. Všimněte si, že trať loď na mapě kriging je barevně označeny, aby odrážely úroveň souhlasem kriged výsledků s původními daty. Na obrázku je cross-validation (vlevo dole) používá metodu double-Kriging (výchozí).
Vyberte ‘Q1’ ze seznamu cross-validace a počkat, až se provádí výpočet. Svislá červená čára mezi těmito dvěma černými čarami na asi 0,1 až -0.1 naznačuje, že parametry modelu jsou dobré založen na kritériu Q1.
Vyberte ‘Q2 chůze od cross-validační výsledky seznamu v jiném pozemku. Svislá červená čára se nachází mimo oblast přijímám na asi 0,22, což znamená, že parametry modelu je pravděpodobné, že nejsou “dobré” a jsou nutná další úpravy parametrů.

(6) Vybrat “variogramu” z řádku nabídek a pak “Otevřít” z podmenu přivézt okno variogramu.

Vyberte možnost povolit 2D variogramu “povolit 2D variogramu, který umožňuje 2D anizotropii.
Klikněte na tlačítko “výpočetní” vypočítat a zobrazit 2D variogramu (obrázek).
Vzhledem k tomu, variogramu obrázek ukazuje prodloužený vzor mající stranový poměr asi 1: 4 a orientace úhlu asi 5 stupni, zapíšeme 0,25 v okně poměr úprav a 5 v editačním okně úhlu, a potom znovu na “výpočet” tlačítko , Přepočítány 2-D semi-variogramu vykazuje v podstatě izotropní vzor.
Klikněte na tlačítko “spočítat” na pravé straně zase znovu vypočítat 1D semi-variogramu z údajů, které používají auotmatically uložené parametry anizotropní získána v kroku (c).
Select Model variogramu “Obecná exponenciální-Bessel” (model 13).
Vstup do 0,6 V editačním okně rozsahu a klikněte na tlačítko “LSQ fit”. Pokud nemáte Optimization Toolbox, nastavte “parapet” na 0,46, “délka” do 0,34 “power” na 1,76 a “díra SCL” 0.
Změna ‘nugget’ až asi 0,0165 zadáním čísla v editačním okně a pak klikněte na “Použít”. Nastavte měřítko zobrazení kliknutím na dva posuvníky pod 1-D semi-variogramu grafickém okně, zaostávají za vodorovného měřítka a hodnoty pro vertikální ose.

(7) Vyberte “Kriging” z řádku nabídek a pak “Otevřít” z podmenu přivézt okno Kriging a klikněte na tlačítko ” Krig znovu vypočítat mapy kriging.

(8) Vyberte ‘Zobrazit’ z menu přivést zpět vizualizačního okna.

Klikněte na ‘Zobrazit Plot “aktualizovat mapy.
Stejně jako v (5), zvolte “Q1” a “Q2” Znovu jsme zjistili, že oba Q1 a Q2 jsou nyní v přijatelných regionech. Všimněte si, že při použití modelu anizotropní, může být dosaženo některá zlepšení, ale mapa kriging sama o sobě příliš nemění.

(9) Vyberte “Soubor” v menu a zvolte ‘Uložit údajů “vyvolejte okna prohlížeče souborů.

Vyberte ‘výstup’ adresář a libovolný název se vám líbí (výchozí název souboru je cal83sal.mat) a klikněte na tlačítko Uložit.
Klikněte na “Ukončit” z řádku nabídek a potom “Quit Easykrig” z podmenu program ukončit. Restartujte program znovu napsáním “startkrig ‘v příkazovém okně MATLABu. Klikněte na tlačítko “Display” a pak “Otevřít” z podmenu k vyvolání vizualizačního okna, a klikněte na tlačítko “Load” nahrát výstupní soubor, který byl právě uložili pomocí prohlížeče souborů.
Kliknutím na tlačítko “Zobrazit Plot” pro zobrazení výsledků Kriging, které by měly být stejné jako předtím.

4. Odkazy.

Deutsch, C. V a A. G. Journel 1992. GSLIB: Geostatistical Software Library a uživatelská příručka. Oxford University Press, Oxford, 340 str.

Journel, A. G. & C. J. Huijbregts, 1992. Těžba Geostatistika. Academic Press, New York, 600 str.

Kitanidi, P.K. 1997. Úvod do geostatistiky. Aplikace v hydrogeologii. Cambridge University Press. 249 p.

Marcotte, D. 1991. Cokriging s MATLAB. Počítače a Geosciences. 17 (9): 1265-1280.