Various geological thematic maps such as grain size or ground water level maps have been generated by interpolating sparsely sampled ground survey data. When there are sampled data at a limited number of locations, to use secondary information which is correlated to primary variable can help us to estimate the attribute values of the primary variable at unsampled locations. This paper applies two multivariate geostatistical algorithms to integrate remote sensing imagery with sparsely sampled ground survey data for spatial estimation of grain size: simple kriging with local means and kriging with an external drift. High-resolution IKONOS imagery which is well correlated with the grain size is used as secondary information. The algorithms are evaluated from a case study with grain size observations measured at 53 locations in the Baramarae beach of Anmyeondo, Korea. Cross validation based on a one-leave-out approach is used to compare the estimation performance of the two multivariate geostatistical algorithms with that of traditional ordinary kriging.
This paper presents a multivariate kriging algorithm that integrates categorical data as secondary data for spatial interpolation of sparsely sampled ground survey data. Instead of using constant mean values in each attribute of categorical data, disaggregated local mean values at target grid points are first estimated by area-to-point kriging and then are used as local mean values in simple kriging with local means. This algorithm is illustrated through a case study of spatial interpolation of a geochemical copper element with geological map data. Cross validation results indicates that the presented algorithm leads to significant respective improvement of 15% and 25% in prediction capability, compared with univariate ordinary kriging and conventional simple kriging with constant mean values. It is expected that the multivariate kriging algorithm applied in this study would be effectively applied for spatial interpolation with categorical data.
Journal of The Geomorphological Association of Korea
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v.19
no.3
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pp.37-49
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2012
The objective of this paper is to propose a methodology for surface sediments classification in tidal flats that can combine ground survey data with high-resolution remote sensing data by multivariate kriging. Unlike conventional methodologies that have classified remote sensing data by using pre-classified sediment components, a new classification methodology presented in this paper first generates sediment component fraction maps and then classifies the sediments on a final stage. For generating sediment component fractions, regression kriging, as one of multivariate kriging algorithms, is applied to integrate ground survey data and remote sensing data. First, trend components of sand, silt, and clay are derived through regression analysis of ground survey data and spectral information from remote sensing data. Then, residuals at sample locations are computed and interpolated to generate residual components in the study area. Finally, the sediment component fractions are computed by adding the residuals to the trend components and are classified on a final stage. A case study at the Baramarae tidal flats with KOMPSAT-2 imagery is carried out to evaluate the classification capability of the proposed classification methodology. Through the case study, the proposed methodology showed the best classification accuracy, compared with the conventional classification methodologies. Especially, much improvement of classification accuracy for fine-grained sediments were also obtained. Therefore, it is expected that the presented classification methodology would be an effective one for surface sediments classification in tidal flats.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.2
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pp.177-183
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2013
We describe a new method for selecting design variables for shape optimization of high-voltage gas circuit breaker using a Kriging meta-model and a genetic algorithm. Firstly we sample balance design variables using the Latin Hypercube Sampling. Secondly, we build meta-model using the Kriging. Thirdly, we search the optimal design variables using a genetic algorithm. To obtain the more exact design variable, we adopt the boundary shifting method. With the proposed optimization frame, we can get the improved interruption design and reduce the design time by 80%. We applied the proposed method to the optimization of multivariate optimization problems as well as shape optimization of a high - voltage gas circuit breaker.
We investigate the potential of digital elevation model and multivariate geostatistical kriging in mapping of temperature and rainfall based on sparse weather station observations. By using elevation data which have reasonable correlation with temperature and rainfall, and are exhaustively sampled in the study area, we try to generate spatial distributions of temperature and rainfall which well reflect topographic effects and have less smoothing effects. To illustrate the applicability of this approach, we carried out a case study of Jeju island using observation data acquired in January, April, August, and October, 2005. From the case study results, accounting for elevation via colocated cokriging could reflect detailed topographic characteristics in the study area with less smoothing effects. Colocated cokriging also showed much improved prediction capability, compared to that of traditional univariate ordinary kriging. According to the increase of the magnitude of correlation between temperature or rainfall and elevation, much improved prediction capability could be obtained. The decrease of relative nugget effects also resulted in the improvement of prediction capability.
Kim, Ho-Rim;Yu, Soonyoung;Yun, Seong-Taek;Kim, Kyoung-Ho;Lee, Goon-Taek;Lee, Jeong-Ho;Heo, Chul-Ho;Ryu, Dong-Woo
Economic and Environmental Geology
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v.55
no.4
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pp.353-366
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2022
Spatial estimation of geoscience data (geo-data) is challenging due to spatial heterogeneity, data scarcity, and high dimensionality. A novel spatial estimation method is needed to consider the characteristics of geo-data. In this study, we proposed the application of Gaussian Mixture Model (GMM) among machine learning algorithms with multivariate data for robust spatial predictions. The performance of the proposed approach was tested through soil chemical concentration data from a former smelting area. The concentrations of As and Pb determined by ex-situ ICP-AES were the primary variables to be interpolated, while the other metal concentrations by ICP-AES and all data determined by in-situ portable X-ray fluorescence (PXRF) were used as auxiliary variables in GMM and ordinary cokriging (OCK). Among the multidimensional auxiliary variables, important variables were selected using a variable selection method based on the random forest. The results of GMM with important multivariate auxiliary data decreased the root mean-squared error (RMSE) down to 0.11 for As and 0.33 for Pb and increased the correlations (r) up to 0.31 for As and 0.46 for Pb compared to those from ordinary kriging and OCK using univariate or bivariate data. The use of GMM improved the performance of spatial interpretation of anthropogenic metals in soil. The multivariate spatial approach can be applied to understand complex and heterogeneous geological and geochemical features.
The bond between the concrete and bar is a main factor affecting the performance of the reinforced concrete (RC) members, and since the steel corrosion reduces the bond strength, studying the bond behavior of concrete and GFRP bars is quite necessary. In this research, a database including 112 concrete beam test specimens reinforced with spliced GFRP bars in the splitting failure mode has been collected and used to estimate the concrete-GFRP bar bond strength. This paper aims to accurately estimate the bond strength of spliced GFRP bars in concrete beams by applying three soft computing models including multivariate adaptive regression spline (MARS), Kriging, and M5 model tree. Since the selection of regularization parameters greatly affects the fitting of MARS, Kriging, and M5 models, the regularization parameters have been so optimized as to maximize the training data convergence coefficient. Three hybrid model coupling soft computing methods and genetic algorithm is proposed to automatically perform the trial and error process for finding appropriate modeling regularization parameters. Results have shown that proposed models have significantly increased the prediction accuracy compared to previous models. The proposed MARS, Kriging, and M5 models have improved the convergence coefficient by about 65, 63 and 49%, respectively, compared to the best previous model.
Variogram estimation is an important step of spatial statistics since it determines the kriging weights. Matheron's variogram estimator can be written as a quadratic form of the observed data. In this paper, we extend a skew t distribution to a generalized skew t distribution and moments of the variogram estimator for a generalized skew t distribution are derived in closed forms. After calculating the correlation structure of the variogram estimator, variogram fitting by generalized least squares is discussed.
International Journal of Reliability and Applications
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v.2
no.3
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pp.209-240
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2001
Computer-based simulation and analysis is used extensively in engineering for a variety of tasks. Despite the steady and continuing growth of computing power and speed, the computational cost of complex high-fidelity engineering analyses and simulations limit their use in important areas like design optimization and reliability analysis. Statistical approximation techniques such as design of experiments and response surface methodology are becoming widely used in engineering to minimize the computational expense of running such computer analyses and circumvent many of these limitations. In this paper, we compare and contrast five experimental design types and four approximation model types in terms of their capability to generate accurate approximations for two engineering applications with typical engineering behaviors and a wide range of nonlinearity. The first example involves the analysis of a two-member frame that has three input variables and three responses of interest. The second example simulates the roll-over potential of a semi-tractor-trailer for different combinations of input variables and braking and steering levels. Detailed error analysis reveals that uniform designs provide good sampling for generating accurate approximations using different sample sizes while kriging models provide accurate approximations that are robust for use with a variety of experimental designs and sample sizes.
The polymetallic Co, Ni, Cu, As, Au, and Ag deposits of Bou Azzer East are located in the western part of the Bou Azzer inlier in the Central Anti Atlas, Morocco. Six stages of emplacement of the mineralization have been identified. Precious metals (native gold and electrum) are present in all stages of this deposit except the early nickeliferous stage. From the Statistical analysis of the Co, As, Ni, Au, and Ag contents of a set of 501 samples, shows that the Pearson correlation coefficient between As-Co elements (0.966) is the highest followed by that of the Au-Ag couple (0.506). Principal component analysis (PCA) and hierarchical ascending classification (HAC) of the grades show, that Ni is associated with the pair (As-Co) and Cu is rather related to the pair (Au-Ag). The kriging maps show that the highest values of the Co, As and Ni appear in the contact of the serpentinite with other facies, as for those of Au and Ag, in addition to anomalous zones concordant with those of Co, Ni and As, they show anomalies at the extreme South and North of the study area. The development of the anomalous Au and Ag zones is mainly along the N40-50°E and N145°E directions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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