CSBE-SCGAB

Systematic Evaluation of Kriging and Inverse Distance Weighting Methods for Spatial Analysis of Soil Bulk Density.

Authors: Sajid, A.H., R.P. Rudra and G. Parkin.
Description: Spatial interpolation methods are frequently used to characterize spatial phenomena in soil properties over various spatial scales; however, it is very difficult to select the best interpolation method. No specific standards or tests are available to determine the “appropriateness” of an interpolation model. This study focused on evaluation of the performance of two widely used interpolators: kriging and inverse distance weighting (IDW) for the spatial analysis of soil bulk density. Predicted values by both interpolation models were compared with the observed data and analyzed using various indices. Results indicated that both interpolation methods do not reflect true variation of bulk density. Both models, however, performed equally well for spatial analysis with almost the same accuracy, precision and consistency with a difference of less than 1.0%, 0.5% and 2.0%, respectively. Inverse distance weighting method, simpler than kriging method, gives competitive and somewhat superior results when an optimal power value is used. No relation was found among coefficient of variation, skewness and kurtosis in selecting an appropriate interpolation method for spatial description or selecting a power value for IDW method or a semivariogram model for the kriging method. This study has provided an example of an approach to systematically evaluate the performance of one or more spatial interpolation methods. By employing the validation indices used in this study, any interpolation method can be assessed to accurately describe any spatial data set from the field.
Keywords: Kriging, inverse distance weighting, interpolation, spatial analysis, validation indices
Résumé: Les méthodes d'interpolation spatiale sont fréquemment utilisées pour caractériser des phénomènes spatiaux au niveau des propriété des sols à des échelles différentes. Il peut cependant s'avérer difficile de sélectionner la meilleure méthode d'interpolation puisqu'il n'existe pas de normes spécifiques ou de tests pour déterminer le modèle d'interpolation le plus approprié. Cette étude a porté sur l'évaluation de la performance de deux méthodes populaires : le krigeage et la pondération de la distance inverse (IDW) pour l'analyse spatiale de la densité apparente des sols. Les valeurs prédites par ces deux modèles d'interpolation ont été comparées avec les données observées et analysées par différents équipements. Les résultats ont démontré que les deux méthodes d'interpolation ne permettaient pas de représenter adéquatement la variation réelle de la densité apparente. Cependant, les deux modèles ont donné de bons résultats pour l'analyse spatiale et ce, avec presque la même exactitude, précision et uniformité et des différences respectives de moins de 1,0%, 0,5% et 2,0%. Plus simple d'utilisation que la méthode de krigeage, la méthode de la pondération de la distance inverse a donné des résultats comparables et presque supérieurs lorsque la valeur de puissance optimale était utilisée. Aucune relation n'a été trouvée entre le coefficient de variation, l'asymétrie et l'aplatissement lors de la sélection d'une méthode appropriée d'interpolation pour la description spatiale ou la sélection de la valeur de puissance pour la méthode IDW ou un modèle semivariogramme pour la méthode de krigeage. Cette étude a fourni un exemple pour une approche d'évaluation systématique de la performance d'une ou de plusieurs méthodes d'interpolation spatiale. En recourant aux indices de validation utilisés dans cette étude, toute méthode d'interpolation peut être évaluée pour décrire précisément tout ensemble de données spatiales mesurées au champ.
Mots-clés: Krigeage, pondération de distance inverse, interpolation, analyse spatiale, indices de validation
Technical field: Soil and Water Systems Engineering
Citation: Sajid, A.H., R.P. Rudra and G. Parkin. 2013. Systematic Evaluation of Kriging and Inverse Distance Weighting Methods for Spatial Analysis of Soil Bulk Density. Canadian Biosystems Engineering 55: 1.1-1.13.
Volume: 5
Issue: 1
Start page number: 1.1
End page number: 1.13
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Date: December 31, 2013
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C13141.pdf
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada
Located in: Volume 55 (2013)