第1章 地統(tǒng)計(jì)學(xué)簡(jiǎn)介

地統(tǒng)計(jì)學(xué)概論（Geostatistics）課程大綱第一章概論第二章地統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)第三章區(qū)域化變量理論第四章變異函數(shù)結(jié)構(gòu)分析第五章克里金法第六章地統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用實(shí)例一、地統(tǒng)計(jì)學(xué)概念二、地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究?jī)?nèi)容三、地統(tǒng)計(jì)學(xué)起源及發(fā)展四、地統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域五、地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件介紹第一章概論一、地統(tǒng)計(jì)學(xué)概念年代人物定義1962G.Matheron地統(tǒng)計(jì)學(xué)即以隨機(jī)函數(shù)的形式體系在勘查與估計(jì)自然現(xiàn)象中的應(yīng)用。1970G.Matheron地統(tǒng)計(jì)學(xué)是以區(qū)域化變量理論在評(píng)估礦床上的應(yīng)用（包括采用的各種方法和技術(shù)）。20世紀(jì)80、90年代Webster

1985，王仁鐸等1987，Issaks等1989，侯景儒等1993地統(tǒng)計(jì)學(xué)是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變異函數(shù)為主要工具，研究在空間分布上既有隨機(jī)性又有結(jié)構(gòu)性，或空間相關(guān)和依賴性的自然現(xiàn)象的科學(xué)。一、地統(tǒng)計(jì)學(xué)概念理論基礎(chǔ)——區(qū)域化變量理論當(dāng)一個(gè)變量呈現(xiàn)為空間分布時(shí)，就稱之為區(qū)域化（RegionalizedVariable）。這種變量常常反映某種空間現(xiàn)象的特征，用區(qū)域化變量來(lái)描述的現(xiàn)象稱之為區(qū)域化現(xiàn)象。區(qū)域化變量具有兩個(gè)最顯著，而且也是最重要的特征，即隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性。

一、地統(tǒng)計(jì)學(xué)概念主要工具——協(xié)方差函數(shù)和變異函數(shù)協(xié)方差函數(shù)和變異函數(shù)是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)建立起來(lái)的地統(tǒng)計(jì)學(xué)的兩個(gè)最基本的函數(shù)，是描述區(qū)域化變量的主要工具。一、地統(tǒng)計(jì)學(xué)概念主要內(nèi)容——克里金（Kriging）插值法克立格（Kriging）插值法，又稱空間局部估計(jì)或空間局部插值法，是地統(tǒng)計(jì)學(xué)的主要內(nèi)容之一。克立格法是建立在變異函數(shù)理論及結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)之上。實(shí)質(zhì)是利用區(qū)域化變量的原始數(shù)據(jù)和變異函數(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)未采樣點(diǎn)的區(qū)域化變量的取值進(jìn)行線性無(wú)偏、最優(yōu)估計(jì)。普通克里格法（OrdinaryKriging）、泛克里格法（UniversalKriging）、指示克里格法（IndicatorKriging）析取克里格法（DisjunctiveKriging）、協(xié)同克里格法（Cokriging）等。經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)研究純隨機(jī)變量變量可無(wú)限次重復(fù)觀測(cè)或大量重復(fù)觀測(cè)樣本相互獨(dú)立研究樣本的數(shù)字特征地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究區(qū)域化變量變量不能重復(fù)試驗(yàn)樣本具有空間相關(guān)性研究樣本的數(shù)字特征和區(qū)域化變量的空間分布特征經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)與地統(tǒng)計(jì)學(xué)的區(qū)別二、地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究?jī)?nèi)容1、空間估值根據(jù)空間分布的離散采樣點(diǎn)值求出未知點(diǎn)值，或?qū)㈦x散的數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，即空間估值。在地統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域，估值方法統(tǒng)稱為克里金法。2、局部不確定性預(yù)測(cè)估值時(shí)考慮待估點(diǎn)周圍樣本點(diǎn)的影響，利用條件概率模型來(lái)推斷局部不確定型。如參數(shù)法中的眾高斯法和非參數(shù)法中的指示克里金法。二、地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究?jī)?nèi)容3、隨機(jī)模擬根據(jù)隨機(jī)變量定義，每個(gè)變量可以有多個(gè)實(shí)現(xiàn)。只要總體趨勢(shì)是正確的，每個(gè)未知點(diǎn)上的變量估值可以有多種情況，這種方法稱為隨機(jī)模擬。4、多點(diǎn)地統(tǒng)計(jì)學(xué)通過多個(gè)點(diǎn)的訓(xùn)練圖像來(lái)取代變異函數(shù)，能有效反映目標(biāo)的空間分布結(jié)構(gòu)。三、地統(tǒng)計(jì)學(xué)起源及發(fā)展產(chǎn)生于地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，亦稱地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)（Geostatistics）1951年，D.G.Krige和H.S.Sichel提出“克里格”法。上世紀(jì)50年代后期，法國(guó)著名礦山工程師兼統(tǒng)計(jì)學(xué)家G.Matheron提出區(qū)域化變量理論1962年，第一次提出“地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)”，出版《應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)論》專著，闡明“地統(tǒng)計(jì)學(xué)原理”，為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)作為一門新興的邊緣學(xué)科誕生了。三、地統(tǒng)計(jì)學(xué)起源及發(fā)展20世紀(jì)60末——70年代末地統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)展階段出現(xiàn)了多元、非線性地統(tǒng)計(jì)學(xué)，如普通克里金、泛克里金、析取克里金及條件模擬法等。20世紀(jì)80年代初——80年代末地統(tǒng)計(jì)學(xué)上升階段非參數(shù)和非穩(wěn)態(tài)地統(tǒng)計(jì)學(xué)出現(xiàn)，非線性地統(tǒng)計(jì)學(xué)得到發(fā)展。1975、1983、1988年召開的國(guó)際地統(tǒng)計(jì)學(xué)大會(huì)和國(guó)際地統(tǒng)計(jì)學(xué)協(xié)會(huì)的成立，標(biāo)志著地統(tǒng)計(jì)學(xué)已經(jīng)開始發(fā)展成熟。20世紀(jì)90年代初——90年代末

地統(tǒng)計(jì)學(xué)的進(jìn)一步成熟階段三維和時(shí)空地統(tǒng)計(jì)學(xué)得以發(fā)展，開發(fā)了大量相關(guān)軟件。2000年——至今

地統(tǒng)計(jì)學(xué)創(chuàng)新性的二次開發(fā)階段不確定性地統(tǒng)計(jì)學(xué)和新型地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得到發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步得到拓展。三、地統(tǒng)計(jì)學(xué)起源及發(fā)展地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論兩大學(xué)派：①以G.Matheron為首的“楓丹白露地統(tǒng)計(jì)學(xué)派”，開展以正態(tài)假設(shè)為基礎(chǔ)的克立格法研究，提出了多元地統(tǒng)計(jì)學(xué)的思想，形成了包括簡(jiǎn)單克立格、普通克立格、泛克立格、析取克立格等在內(nèi)的一套理論和方法。由于克立格法計(jì)算中，需要利用實(shí)際樣品數(shù)據(jù)求取區(qū)域化變量理論模型的若干參數(shù)，因而稱為“參數(shù)地統(tǒng)計(jì)學(xué)”；②以A.G.Journel為首的“斯坦福地統(tǒng)計(jì)學(xué)派”，發(fā)展無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)分布作任何假設(shè)的指示克立格法、概率克立格法和快速條件模擬等一套方法，同時(shí)考慮如何使用“軟”數(shù)據(jù)問題，稱為“非參數(shù)地統(tǒng)計(jì)學(xué)”。大批地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究理論和應(yīng)用的專著出版人物專著M.David《礦產(chǎn)儲(chǔ)量地統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)》（1977）A.G.Journel等《采礦地統(tǒng)計(jì)學(xué)》（1978）I.Clark《實(shí)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)》（1979）B.D.Ripley《空間統(tǒng)計(jì)學(xué)》E.H.IssaksR.M.Srivostava《應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)導(dǎo)論》（1989）N.Cressie《空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)》（1991）我國(guó)地統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展1977年，地統(tǒng)計(jì)學(xué)由美國(guó)H.M.Parker博士傳入我國(guó)。1982年，侯景儒等首先將A.G.Journel等人的《采礦地統(tǒng)計(jì)學(xué)》譯為中文1987年，王仁鐸等出版《線性地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)》1989年，孫惠文等譯M.David的《礦產(chǎn)儲(chǔ)量地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)》1993年侯景儒等出版了《礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論和應(yīng)用》1999年王政權(quán)出版了《地統(tǒng)計(jì)學(xué)及其在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用》2005年張仁鐸出版了《空間變異理論及應(yīng)用》……四、地統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域適用范圍空間分布數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性空間相關(guān)性和依賴性空間格局與變異，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)無(wú)偏內(nèi)插估計(jì)模擬