GDAL與ArcGIS空間插值分析及代碼實現（上）

        空間插值，這是通過離散點表徵區域特徵值的一種方式，空間插值具體的概念及原理請自己百度。實驗中對某一時刻的數據進行插值，我們可以使用ArcMap中的工具進行手動處理。但是項目中使用的空間插值，如對每分鐘/小時/天的AQI數據進行插值，就不可能手動進行處理了，這時需要考慮開發插值服務解決問題。

        空間插值屬於GIS的範圍，GIS中常見的解決方案包括開源和商業，其中GDAL和ArcGIS分別是各自的優秀代表，下面就對GDAL和ArcGIS空間插值進行說明。

1、GDAL空間插值(以python爲例https://gdal.org/python/）

（1）GDAL中進行空間插值的函數是 Grid，下面是官網對其介紹：

Grid(destName, srcDS, **kwargs)

Create raster from the scattered data.
Arguments are :
  destName --- Output dataset name
  srcDS --- a Dataset object or a filename
Keyword arguments are :
  options --- return of gdal.GridOptions(), string or array of strings
  other keywords arguments of gdal.GridOptions()
If options is provided as a gdal.GridOptions() object, other keywords are ignored. 

它的參數包括：

destName：輸出數據集（一般爲tif文件）的路徑（包括文件名）；

srcDS：輸入數據集對象或文件名稱，可以使用OpenEx打開geojson格式的數據，或使用Open打開shapefile或直接輸入shapefile路徑；

**kwargs：插值參數，可以使用 key = value 關鍵字參數的形式進行設置，也可以使用 option = GridOptions()的形式進行一次性設置，

（2）下面對GridOptions的內容進行說明：

GridOptions(options=[], format=None, outputType=GDT_Unknown, width=0, height=0, creationOptions=None, outputBounds=None, outputSRS=None, noData=None, algorithm=None, layers=None, SQLStatement=None, where=None, spatFilter=None, zfield=None, z_increase=None, z_multiply=None, callback=None, callback_data=None)
 
Create a GridOptions() object that can be passed to gdal.Grid()
Keyword arguments are :
  options --- can be be an array of strings, a string or let empty and filled from other keywords.
  format --- output format ("GTiff", etc...)
  outputType --- output type (gdal.GDT_Byte, etc...)
  width --- width of the output raster in pixel
  height --- height of the output raster in pixel
  creationOptions --- list of creation options
  outputBounds --- assigned output bounds: [ulx, uly, lrx, lry]
  outputSRS --- assigned output SRS
  noData --- nodata value
  algorithm --- e.g "invdist:power=2.0:smoothing=0.0:radius1=0.0:radius2=0.0:angle=0.0:max_points=0:min_points=0:nodata=0.0"
  layers --- list of layers to convert
  SQLStatement --- SQL statement to apply to the source dataset
  where --- WHERE clause to apply to source layer(s)
  spatFilter --- spatial filter as (minX, minY, maxX, maxY) bounding box
  zfield --- Identifies an attribute field on the features to be used to get a Z value from. This value overrides Z value read from feature geometry record.
  z_increase --- Addition to the attribute field on the features to be used to get a Z value from. The addition should be the same unit as Z value. The result value will be Z value + Z increase value. The default value is 0.
  z_multiply - Multiplication ratio for Z field. This can be used for shift from e.g. foot to meters or from  elevation to deep. The result value will be (Z value + Z increase value) * Z multiply value.  The default value is 1.
  callback --- callback method
  callback_data --- user data for callback

GridOptions中的參數，需要以 key=value 關鍵字參數的形式進行設置，基本的參數包括：

format(輸出文件格式)、outputType（輸出數據類型，如字節GDT_Byte、32位浮點型gdal.GDT_Float32等）、width和height（輸出柵格寬度和高度）、outputBounds（插值範圍）、outputSrs（輸出座標系）、noData（沒有值的標記）、algorithm（插值算法，下面會做詳細介紹）、SQLStatement（通過sql語句對輸入數據進行過濾）、where（通過條件對參與插值的數據進行過濾）、zfield（插值字段。如aqi、co等）、z_increase和z_multiply（）對插值字段進行處理的算子），callback（插值完成後的回調函數）、callback_data（回調函數的用戶數據）。

（3）插值算法

最常用的是 反距離權重算法，下面對該算法的參數進行說明：

'invdist:power=3.6:smoothing=0.2:radius1=0.0:radius2=0.0:angle=0.0:max_points=0:min_points=0:nodata=0.0'

invdist表示算法名稱 - 反距離權重，即距離越近權重越大，對待計算的網格影像越大；

power 距離對權重的影響程度）（數字表示指數），默認值爲2, 值越大表示距離越近的點對插值的影響程指數倍增；對於該參數的設置，若點較密集且均勻分佈，則值設置在2以下，若點相對較少且分佈不均，則爲了保障插值效果，可將參數設置在3以上；

smoothing 平滑係數，默認爲0，數值越大表示越平滑，同時精度也會越低。

radius1 表示橢圓x軸方向上的半徑；

radius2 表示橢圓y軸方向上的半徑；

angle 表示橢圓旋轉的弧度；

max_points 表示參與插值的最大點數，默認值0表示搜索到多少就是多少；

min_points 表示參與插值的最小點數，默認值0表示搜索到多少就是多少；

nodata 對nodata的填充值。

 

2、ArcGIS空間插值（以ArcPy爲例說明）

下次再進行補充...