IDW 3D (Geostatistical Analyst)

Resumen

Interpola los valores de los puntos 3D utilizando la ponderación de distancia inversa (IDW) y crea una capa vóxel y un archivo de origen (.nc) de los valores predichos.

Ilustración

Uso

• En comparación con la herramienta Kriging bayesiano empírico 3D (EBK 3D), que también realiza interpolación 3D, IDW 3D es una herramienta más rápida y sencilla en la que no se hacen suposiciones sobre la distribución o las tendencias de los valores de los datos. IDW 3D es un método de interpolación exacta, lo que significa que la superficie de predicción 3D pasará exactamente por los valores medidos de los puntos de entrada, lo que lo convierte en una herramienta de visualización útil para puntos 3D irregulares.

  IDW 3D suele producir predicciones menos precisas que EBK 3D, y es muy sensible a los puntos de entrada agrupados. IDW 3D no puede producir errores estándar de los valores predichos, por lo que no es posible estimar la incertidumbre de las predicciones.

• La herramienta predice valores en cada nueva ubicación en 3D utilizando una media ponderada de los valores de los puntos de entrada que se encuentran dentro de la vecindad de búsqueda 3D de la ubicación de predicción. El peso de cada punto vecino es la distancia inversa (uno dividido por la distancia) al lugar de predicción, llevada a una potencia (exponente). Los pesos se normalizan para que sumen 1 en la media ponderada.

  Más información sobre IDW

  • , donde k es el número de vecinos, ω_i es el peso del vecino i y z_i es el valor medido del vecino i.

  • , donde d_i es la distancia euclidiana 3D a la ubicación de predicción para el vecino i y p es el valor de potencia.

• Si la herramienta se ejecuta en una escena local con los mismos sistemas de coordenadas horizontales y verticales que las entidades de entrada, se agregará una capa vóxel a la escena que le permitirá explorar interactivamente los resultados. También puede agregar el archivo netCDF de salida como una capa vóxel utilizando la herramienta Crear capa vóxel multidimensional o el cuadro de diálogo Agregar capa vóxel multidimensional.

  Puede convertir el archivo netCDF de salida en un ráster multidimensional utilizando la herramienta Copiar ráster. También puede agregarlo a un mapa como una capa de entidades o ráster con la herramienta Crear capa de entidades NetCDF o con la herramienta Crear capa ráster NetCDF, respectivamente.

• Las estadísticas resumidas basadas en la validación cruzada dejando uno fuera se muestran como mensajes de geoprocesamiento para evaluar la precisión y fiabilidad de las predicciones. Se muestran las siguientes estadísticas resumidas:

  • Recuento: número de entidades con resultados de validación cruzada. Este valor puede ser diferente del número de entidades de entrada cuando algunas entidades tienen valores nulos, tienen ubicaciones coincidentes o no pueden localizar entidades vecinas.
  • Error medio: el promedio de errores de la validación cruzada. Esta estadística mide el sesgo del modelo y debe ser lo más cercano a cero posible. Los valores positivos indican una tendencia a la sobrepredicción (predicción de valores superiores a los medidos) y los negativos, una tendencia a la infrapredicción.
  • Error cuadrático medio: la raíz cuadrada de los errores de validación cruzada promedio al cuadrado. Esta estadística mide la precisión de la predicción y debe ser lo más pequeña posible. El valor estima la diferencia media entre los valores previstos y los valores medidos. Por ejemplo, para la interpolación de temperaturas en grados Celsius, un valor de error cuadrático medio de 1,5 significa que se espera que las predicciones difieran de los valores reales en aproximadamente 1,5 grados, en promedio.

  Más información sobre la validación cruzada

• Las entidades de entrada deben ser puntos 3D con elevaciones almacenadas en el atributo de geometría Shape.Z. Puede convertir entidades de puntos 2D con un campo de elevación en entidades de puntos 3D mediante la herramienta De entidad a 3D por atributo.

  Se recomienda que las entidades de entrada tengan un sistema de coordenadas verticales que defina con precisión sus coordenadas z. Puede asignar un sistema de coordenadas verticales a los puntos mediante la herramienta Definir proyección.

• Utilice el parámetro de clase de entidad Validación cruzada de salida para investigar los errores de validación cruzada de cada punto de entrada. Los valores medidos y las predicciones de validación cruzada se almacenan como campos en la clase de entidades.

  La clase de entidades contendrá dos gráficos de dispersión para investigar las tendencias en los resultados de la validación cruzada:

  • Validación cruzada: predicción frente a medición: muestra las predicciones de validación cruzada frente a los valores medidos. Si los valores predichos son aproximadamente iguales a los valores medidos (lo que indica resultados de interpolación precisos), los puntos del diagrama de dispersión deberían formar una línea con una pendiente igual a 1.
  • Validación cruzada: medición frente a error: muestra los valores medidos frente a los errores de validación cruzada. Si los errores son independientes de los valores medidos, los puntos del diagrama de dispersión no mostrarán patrones ni tendencias, y la línea de tendencia será plana (pendiente aproximadamente igual a 0). Las líneas de tendencia con una pendiente negativa (decreciente) indican un efecto de suavizado en el modelo de interpolación, lo que significa que el modelo tiende a subestimar los valores grandes y a sobreestimar los valores pequeños.

  Más información sobre la interpretación de los gráficos de validación cruzada

• Las entidades de entrada y los rásteres de recorte de elevación mínima y máxima deben estar en un sistema de coordenadas proyectadas. Si los puntos o rásteres tienen un sistema de coordenadas geográficas con coordenadas de latitud y longitud, deben proyectarse a un sistema de coordenadas proyectadas mediante la herramienta Proyecto o Proyectar ráster.

• Cuando se establece la cuadrícula 3D de puntos que representarán los vóxeles, el primer punto se crea en las coordenadas x, y y z mínimas de la extensión de salida (por defecto, la extensión de las entidades de entrada). Los puntos restantes se crean al iterar las distancias de los parámetros Espaciado X, Espaciado Y y Espaciado de elevación a través de las dimensiones de la extensión de salida. Si alguna de las distancias de espaciado no divide uniformemente la dimensión correspondiente de la extensión de salida, se creará una fila o columna de puntos más allá de la extensión de salida. Por ejemplo, si la extensión de salida para x se especifica como 0 a 10 y el parámetro Espaciado X se especifica como 3, la salida tendrá cinco filas en la extensión x: 0, 3, 6, 9 y 12. Del mismo modo, se creará una fila o columna de puntos adicional si las distancias de espaciado no dividen uniformemente las extensiones y o z.

• Los parámetros Polígonos de área de estudio de entrada, Ráster de recorte de elevación mínima y Ráster de recorte de elevación máxima puede utilizarse para limitar el análisis dentro de un área de estudio específica y entre dos superficies de elevación. Cualquier vóxel fuera de estos límites no tendrá valor y no se mostrará. Por ejemplo, si los puntos se encuentran dentro de una reserva marina, puede crear una capa vóxel que se muestre solo dentro de un polígono de la reserva (área de estudio), por encima del fondo oceánico (ráster de elevación mínima) y por debajo de la termoclina (ráster de elevación máxima).

  Hay varias consideraciones para utilizar las superficies de elevación como rásteres de elevación mínima o máxima. Los servicios de imágenes, las capas de elevación web y las capas de imágenes web tendrán el rendimiento más lento y pueden producirse errores para un gran número de consultas. Los rásteres guardados como archivos locales en disco tendrán el rendimiento más rápido y se recomiendan cuando se crean capas vóxel de alta resolución en grandes extensiones espaciales.

• Si las entidades de entrada tienen una selección, los valores de los parámetros de Espaciado X, Espaciado Y y Espaciado de elevación se recalcularán mientras se ejecuta la herramienta en función de la extensión de las entidades seleccionadas. Los valores recalculados se imprimirán como mensajes de advertencia cuando la herramienta finalice. Si proporciona manualmente un valor para un parámetro de espaciado (o proporciona una extensión de salida), el valor no se recalculará.

• Si se proporcionan polígonos de área de estudio de entrada, la extensión del área de estudio se utilizará como la extensión de salida predeterminada y los valores de los parámetros Espaciado X y Espaciado Y se recalcularán según esta extensión. Así se garantiza que la salida rellene toda el área de estudio de forma predeterminada.

Parámetros

Cuadro de diálogo

Etiqueta	Explicación	Tipo de datos
Entidades de entrada	Las entidades de punto 3D que contienen el campo que se interpolará. Los puntos deben estar en un sistema de coordenadas proyectadas.	Feature Layer
Campo de valor	El campo de entidades de entrada que contiene los valores medidos que se interpolarán.	Field
Archivo netCDF de salida	El archivo netCDF de salida que contendrá los valores predichos en una cuadrícula 3D. Este archivo puede utilizarse como fuente de datos de una capa vóxel.	File
Potencia (Opcional)	El valor de potencia que se utilizará para ponderar los valores de las entidades vecinas al calcular las predicciones. A mayor potencia, mayor influencia en los puntos más cercanos. El valor debe estar comprendido entre 1 y 100. El valor predeterminado es 2.	Double
Factor de inflación de elevación (Opcional)	Un valor constante que se multiplica por las coordenadas z de las entidades de entrada antes de encontrar vecinos y calcular distancias. Para la mayoría de los datos 3D, los valores de los puntos cambian más rápido en vertical que en horizontal; este factor expande las ubicaciones de los puntos de forma que una unidad de distancia en vertical es equivalente a una unidad de distancia en horizontal. Las ubicaciones de los puntos se volverán a mover a sus ubicaciones originales antes de devolver el resultado de la interpolación. Si no se proporciona ningún valor, se estimará uno mientras se ejecuta la herramienta y se mostrará como mensaje de geoprocesamiento. El valor estimado se determina minimizando el error cuadrático medio de validación cruzada. El valor debe estar entre 1 y 1000.	Double
Clase de entidad de validación cruzada de salida (Opcional)	Una clase de entidades de las estadísticas de validación cruzada para cada punto de entrada. La clase de entidades contendrá dos gráficos de dispersión.	Feature Class
Espaciado X (Opcional)	El espaciado entre cada punto de cuadrícula de la dimensión x. El valor predeterminado crea 40 puntos a lo largo de la extensión x de salida.	Linear Unit
Espaciado Y (Opcional)	El espaciado entre cada punto de cuadrícula de la dimensión y. El valor predeterminado crea 40 puntos a lo largo de la extensión y de salida.	Linear Unit
Espaciado de elevación (Opcional)	El espaciado entre cada punto de cuadrícula de la dimensión (z) de elevación. El valor predeterminado crea 40 puntos a lo largo de la extensión z de salida.	Linear Unit
Polígonos de área de estudio de entrada (Opcional)	Las entidades poligonales que representan el área de estudio. Solo los puntos que se encuentran dentro del área de estudio se guardan en el archivo netCDF de salida. Cuando se visualizan como una capa de vóxel, solo se mostrarán en la escena los vóxeles dentro del área de estudio. Se determina si los puntos están dentro o fuera del área de estudio usando solo sus coordenadas x e y.	Feature Layer
Ráster de recorte de elevación mínima (Opcional)	El ráster de elevación que se utilizará para recortar la parte inferior de la capa vóxel. Solo se asignarán predicciones a los vóxeles que estén por encima de este ráster de elevación. Por ejemplo, si se utiliza un ráster de elevación del terreno, la capa vóxel solo se mostrará por encima de la superficie. También puede utilizarse para las superficies de roca firme o el fondo de un depósito de lutita. El ráster debe estar en un sistema de coordenadas proyectadas y los valores de elevación deben estar en la misma unidad que la unidad vertical del ráster.	Raster Layer
Ráster de recorte de elevación máxima (Opcional)	El ráster de elevación que se utilizará para recortar la parte superior de la capa vóxel. Solo se asignarán predicciones a los vóxeles que estén por debajo de este ráster de elevación. Por ejemplo, si se utiliza un ráster de elevación del terreno, la capa vóxel solo se mostrará por debajo de la superficie. También puede utilizarse para recortar vóxeles en la parte superior de un espacio aéreo restringido. El ráster debe estar en un sistema de coordenadas proyectadas y los valores de elevación deben estar en la misma unidad que la unidad vertical del ráster.	Raster Layer
Vecindad de búsqueda (Opcional)	Especifica el número y la orientación de los vecinos que se utilizarán para predecir valores en nuevas ubicaciones. Standard3D Máx. vecinos: el número máximo de vecinos por sector que se utilizará para estimar el valor en la ubicación desconocida. Mín. vecinos: el número mínimo de vecinos por sector que se utilizará para estimar el valor en la ubicación desconocida. Tipo de sector: la geometría de la vecindad 3D. Los sectores se utilizan para garantizar que los vecinos se utilicen en cada dirección alrededor de la ubicación de predicción. Todos los tipos de sector se forman a partir de los sólidos platónicos. 1 sector (esfera): se utilizarán los vecinos más cercanos de cualquier dirección. 4 sectores (tetraedro): el espacio se dividirá en 4 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 4 regiones. 6 sectores (cubo): el espacio se dividirá en 6 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 6 regiones. 8 sectores (octaedro): el espacio se dividirá en 8 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 8 regiones. 12 sectores (dodecaedro): el espacio se dividirá en 12 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 12 regiones. 20 sectores (icosaedro): el espacio se dividirá en 20 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 20 regiones. Radio: la longitud del radio de la vecindad de búsqueda. Si no se proporciona ningún valor, se estimará un valor mientras se ejecuta la herramienta, y el valor estimado se mostrará como un mensaje de geoprocesamiento.	Geostatistical Search Neighborhood

Salida derivada

Etiqueta	Explicación	Tipo de datos
Recuento	El número total de muestras utilizadas.	Long
Error medio	Diferencia media entre los valores medidos y los previstos.	Double
Valor medio cuadrático	Indica la precisión con la que el modelo predice los valores medidos.	Double
Capa de vóxel de salida	Una capa vóxel de los valores predichos.	Voxel Layer

Python

arcpy.ga.IDW3D(in_features, value_field, out_netcdf_file, {power}, {elev_inflation_factor}, {out_cv_features}, {x_spacing}, {y_spacing}, {elevation_spacing}, {in_study_area}, {min_elev_raster}, {max_elev_raster}, {search_neighborhood})

Nombre	Explicación	Tipo de datos
in_features	Las entidades de punto 3D que contienen el campo que se interpolará. Los puntos deben estar en un sistema de coordenadas proyectadas.	Feature Layer
value_field	El campo de entidades de entrada que contiene los valores medidos que se interpolarán.	Field
out_netcdf_file	El archivo netCDF de salida que contendrá los valores predichos en una cuadrícula 3D. Este archivo puede utilizarse como fuente de datos de una capa vóxel.	File
power (Opcional)	El valor de potencia que se utilizará para ponderar los valores de las entidades vecinas al calcular las predicciones. A mayor potencia, mayor influencia en los puntos más cercanos. El valor debe estar comprendido entre 1 y 100. El valor predeterminado es 2.	Double
elev_inflation_factor (Opcional)	Un valor constante que se multiplica por las coordenadas z de las entidades de entrada antes de encontrar vecinos y calcular distancias. Para la mayoría de los datos 3D, los valores de los puntos cambian más rápido en vertical que en horizontal; este factor expande las ubicaciones de los puntos de forma que una unidad de distancia en vertical es equivalente a una unidad de distancia en horizontal. Las ubicaciones de los puntos se volverán a mover a sus ubicaciones originales antes de devolver el resultado de la interpolación. Si no se proporciona ningún valor, se estimará uno mientras se ejecuta la herramienta y se mostrará como mensaje de geoprocesamiento. El valor estimado se determina minimizando el error cuadrático medio de validación cruzada. El valor debe estar entre 1 y 1000.	Double
out_cv_features (Opcional)	Una clase de entidades de las estadísticas de validación cruzada para cada punto de entrada. La clase de entidades contendrá dos gráficos de dispersión.	Feature Class
x_spacing (Opcional)	El espaciado entre cada punto de cuadrícula de la dimensión x. El valor predeterminado crea 40 puntos a lo largo de la extensión x de salida.	Linear Unit
y_spacing (Opcional)	El espaciado entre cada punto de cuadrícula de la dimensión y. El valor predeterminado crea 40 puntos a lo largo de la extensión y de salida.	Linear Unit
elevation_spacing (Opcional)	El espaciado entre cada punto de cuadrícula de la dimensión (z) de elevación. El valor predeterminado crea 40 puntos a lo largo de la extensión z de salida.	Linear Unit
in_study_area (Opcional)	Las entidades poligonales que representan el área de estudio. Solo los puntos que se encuentran dentro del área de estudio se guardan en el archivo netCDF de salida. Cuando se visualizan como una capa de vóxel, solo se mostrarán en la escena los vóxeles dentro del área de estudio. Se determina si los puntos están dentro o fuera del área de estudio usando solo sus coordenadas x e y.	Feature Layer
min_elev_raster (Opcional)	El ráster de elevación que se utilizará para recortar la parte inferior de la capa vóxel. Solo se asignarán predicciones a los vóxeles que estén por encima de este ráster de elevación. Por ejemplo, si se utiliza un ráster de elevación del terreno, la capa vóxel solo se mostrará por encima de la superficie. También puede utilizarse para las superficies de roca firme o el fondo de un depósito de lutita. El ráster debe estar en un sistema de coordenadas proyectadas y los valores de elevación deben estar en la misma unidad que la unidad vertical del ráster.	Raster Layer
max_elev_raster (Opcional)	El ráster de elevación que se utilizará para recortar la parte superior de la capa vóxel. Solo se asignarán predicciones a los vóxeles que estén por debajo de este ráster de elevación. Por ejemplo, si se utiliza un ráster de elevación del terreno, la capa vóxel solo se mostrará por debajo de la superficie. También puede utilizarse para recortar vóxeles en la parte superior de un espacio aéreo restringido. El ráster debe estar en un sistema de coordenadas proyectadas y los valores de elevación deben estar en la misma unidad que la unidad vertical del ráster.	Raster Layer
search_neighborhood (Opcional)	Especifica el número y la orientación de los vecinos que utilizan la clase SearchNeighborhoodStandard3D. Standard3D radius: la longitud del radio de la vecindad de búsqueda. Si no se proporciona ningún valor, se estimará un valor mientras se ejecuta la herramienta, y el valor estimado se mostrará como un mensaje de geoprocesamiento. nbrMax: el número máximo de vecinos por sector que se utilizará para estimar el valor en la ubicación desconocida. nbrMin: el número mínimo de vecinos por sector que se utilizará para estimar el valor en la ubicación desconocida. sectorType: la geometría de la vecindad. Los sectores se utilizan para garantizar que los vecinos se utilicen en diferentes direcciones alrededor de la ubicación de predicción. Todos los tipos de sector se forman a partir de los sólidos platónicos. ONE_SECTOR: se utilizarán los vecinos más cercanos de cualquier dirección. FOUR_SECTORS: el espacio se dividirá en 4 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 4. SIX_SECTORS: el espacio se dividirá en 6 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 6. EIGHT_SECTORS: el espacio se dividirá en 8 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 8. TWELVE_SECTORS: el espacio se dividirá en 12 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 12 regiones. TWENTY_SECTORS: el espacio se dividirá en 20 regiones y los vecinos se utilizarán en cada una de las 20 regiones.	Geostatistical Search Neighborhood

Salida derivada

Nombre	Explicación	Tipo de datos
count	El número total de muestras utilizadas.	Long
mean_error	Diferencia media entre los valores medidos y los previstos.	Double
root_mean_square	Indica la precisión con la que el modelo predice los valores medidos.	Double
out_voxel_layer	Una capa vóxel de los valores predichos.	Voxel Layer

Muestra de código

Ejemplo 1 de IDW3D (ventana de Python)

En el siguiente script de Python se muestra cómo utilizar la función IDW3D.

# Interpolate 3d oxygen measurements using IDW3D

arcpy.ga.IDW3D("OxygenPoints3D", "OxygenValue","outputNCDF.nc", "2",
         "", "outputCV.fc", "50 Meters", "50 Meters", "5 Meters",
         "MyStudyArea", "MinElevationRaster", "MaxElevationRaster",
         "NBRTYPE=Standard3D RADIUS=nan NBR_MAX=2 NBR_MIN=1 SECTOR_TYPE=TWELVE_SECTORS")

Ejemplo 2 de IDW3D (script independiente)

En el siguiente script de Python se muestra cómo utilizar la función IDW3D.

# Name: IDW3D_Example_02.py
# Description: Creates a voxel layer source file from interpolated 3D points.
# Requirements: Geostatistical Analyst Extension
# Author: Esri



# Import system modules
import arcpy

# Allow overwriting output
arcpy.env.overwriteOutput = True

# Define 3D input points and value field to be interpolated
in3DPoints = "C:/gapydata/inputs.gdb/myOxygenPoints3D"
valueField = "OxygenValue"
outNetCDF = "C:/gapydata/outputs/OxygenMeasurementsVoxel.nc"
outCVFeatureClass = "C:/gapydata/outputs/outputCrossValidationErr.shp"

# Define power of IDW and elevation inflation factor
powerValue = "2"
elevInflation = ""

# Define voxel dimensions
xSpacing = "50 Meters"
ySpacing = "50 Meters"
elevSpacing = "5 Meters"


# Define study area, minimum clipping raster layer, and maximum clipping elevation layer
studyArea = "C:/gapydata/inputs.gdb/StudyAreaPolygon"
minElevRaster = "C:/gapydata/inputs.gdb/MinElevationClippingRaster"
maxElevRaster = "C:/gapydata/inputs.gdb/MaxElevationClippingRaster"

# Define the neighborhood
radius = ""
maxNeighbors = 2
minNeighbors = 1
sectorType = "TWELVE_SECTORS"
searchNeighborhood = arcpy.SearchNeighborhoodStandard3D(radius, maxNeighbors,
                     minNeighbors, sectorType)



# Check out the ArcGIS Geostatistical Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("GeoStats")

# Execute IDW 3D
arcpy.ga.IDW3D(in3DPoints, valueField,outNetCDF,
                           powerValue, elevInflation, outCVFeatureClass,
                           xSpacing, ySpacing, elevSpacing,
                           studyArea, minElevRaster,
                           maxElevRaster, searchNeighborhood)

# Print messages
print(arcpy.GetMessages())

Entornos

Puntos coincidentes, Extensión, Factor de procesamiento en paralelo

Información de licenciamiento

• Basic: Requiere Geostatistical Analyst
• Standard: Requiere Geostatistical Analyst
• Advanced: Requiere Geostatistical Analyst