■ 杜培軍/劉 偉/李永峰/譚 琨/孫亞琴

（1.中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院, 江蘇 徐州 221116;2.南京大學地理信息科學系,江蘇 南京 210093;3.徐州師范大學測繪學院,江蘇 徐州 221116）

0 引言

隨著計算機技術、空間信息技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，礦產資源預測評價逐漸走向數字化、信息化和智能化[1-4]。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System, GIS)是近年發(fā)展起來的空間信息技術的核心，可以應用于礦產評價工作的各個環(huán)節(jié)，如數據采集與整理、空間數據處理、空間分析、信息決策和信息輸出等方面。以GIS 技術為主要平臺，開發(fā)礦產資源評價系統(tǒng)正成為礦產資源評價與預測的主要趨勢。隨著我國工業(yè)化進程的加快，國家對礦產資源的需求量日益激增，而我國大批大中型礦山資源危機越來越嚴重，找礦難度也越來越大。因此，基于GIS 的礦產資源評價正成為部署勘查工作、優(yōu)化資源開發(fā)常用的技術手段。目前，在礦產資源GIS評價系統(tǒng)與模型研究方面，已有了部分成果，顯現了GIS的技術優(yōu)勢和應用潛力[1-9]。本文基于軟件工程思想，以MapGIS K9作為軟件開發(fā)平臺，系統(tǒng)探討基于GIS 的礦產資源評價系統(tǒng)的基本思想和技術設計，在此基礎上通過一個實例對系統(tǒng)應用進行了初步分析。

1 基于GIS的礦產資源評價體系框架構建

礦產資源總體規(guī)劃中的一個重要部分就是能源礦產資源規(guī)劃。利用以GIS為代表的現代空間信息技術，通過構建不同評價尺度的評價模型，對能源礦產資源進行多層次、全方位的評價，可以保證能源礦產資源評價與規(guī)劃的合理性和可行性。

1.1 系統(tǒng)總體結構

根據所面向運行環(huán)境的不同，系統(tǒng)包括三個獨立的應用子系統(tǒng)：數據集成應用系統(tǒng)、礦產資源綜合評價分析應用系統(tǒng)和系統(tǒng)管理應用系統(tǒng)。

其中，系統(tǒng)管理應用系統(tǒng)為保障其它二個系統(tǒng)正常安全運行提供應用功能。

數據集成應用系統(tǒng)的功能：礦產資源基礎數據的格式轉換、坐標校正、數據質量檢查、導入導出、數據集成（分區(qū)數據、分礦帶集成)、批量統(tǒng)計等。

礦產資源綜合評價分析應用系統(tǒng)的功能：礦產資源基礎數據和工作數據的評價分析、空間分析、統(tǒng)計分析、專題圖制作等。

系統(tǒng)管理應用系統(tǒng)的功能：用戶管理、數據安全管理、評價模型元數據管理、系統(tǒng)維護等。

1.1.1 數據集成應用系統(tǒng)

數據集成主要面向數據管理人員，實現面向數據入庫、數據導出、數據質量檢查以及數據批量處理等功能，其主要目的是數據的預處理及集成數據的管理。

數據集成子系統(tǒng)需包含數據檢查（包括礦區(qū)、分省數據檢查和全國匯總數據檢查)、數據導入導出、數據預處理、專題制圖等批量數據處理功能模塊。具體模塊結構如圖1所示。

1.1.2 礦產資源綜合評價分析應用系統(tǒng)

礦產資源綜合評價分析應用主要面向分析評價人員，主要實現面向用戶感興趣的數據的查詢、分析、評價等操作，其主要目的是針對各項評價指標，設定適合的評價標準和評價分析方法。根據對系統(tǒng)需求分析的理解和進一步分析，綜合評價分析應用系統(tǒng)需包含面向單因子/多因子的空間分析、統(tǒng)計分析、綜合評價分析、時空區(qū)劃分析及圖表、專題制圖和基本的空間選擇、屬性查詢、數據加載、本地工作數據及臨時數據管理等功能模塊。具體模塊結構如圖2所示。

1.1.3 系統(tǒng)管理應用系統(tǒng)

系統(tǒng)管理應用系統(tǒng)是為了保證其它兩個子系統(tǒng)正常、安全、高效地運行而開發(fā)的，包括用戶與角色管理、數據標準管理、系統(tǒng)配置管理和日志管理四部分功能，具體如圖3所示。

1.2 數據庫設計

系統(tǒng)采用“數據庫管理系統(tǒng)(Orcale 10)+ 空間數據庫引擎(SDE)”的模式來設計數據庫、組織系統(tǒng)數據，即采用SDE技術提供的MultiUser數據庫模型來組織復雜的空間數據，用二維關系型表格組織空間以及非空間數據，統(tǒng)一存儲在商業(yè)數據庫Orcale 10中，通過內部關聯碼來關聯這兩種數據，建立一個開放的、靈活的數據庫。

礦產資源綜合評價數據庫中的數據包括礦產資源基礎數據和輔助數據兩大類。礦產資源基礎數據是數據庫的主體，包括：

☆礦產資源本底數據：包括地質、地球物理、地球化學和遙感等多源地學數據。

☆礦產資源工作數據：為支持礦產資源數據的查詢檢索、空間分析以及統(tǒng)計分析等操作，通過對礦產資源基礎數據預處理而生成的一批工作數據。

☆礦產資源評價數據：參照礦產資源評價給定的礦產資源評價標準，用給定的評價模型對礦產資源工作數據進行評價分析生成的結果和信息。

☆成果數據：包括中間成果數據、專題成果數據以及最終發(fā)布的成果數據；

☆輔助數據則為礦產資源數據顯示、查詢和分析應用以及專題制圖提供必要的支持，主要包括：

☆地理背景信息：1：400萬、1：100萬、1：25萬等基礎地理數據，以及各地理單元邊界圖等；

☆元數據：除了記錄數據的基本描述信息外，還包括字段編碼、評價標準等數據字典內容。數據字典是系統(tǒng)中各類數據描述的集合，是數據庫能不斷進行拓展以適應新的需求的重要保證，它描述了數據庫結構、數據屬性與組成信息、存儲位置和檢索路徑等信息，是數據庫設計的重要內容之一。

礦產資源評價數據庫關系流程如圖4所示。

1.3 評價模型設計

礦產資源評價模型有多種，如神經網絡、模糊數學、灰色聚類等。限于篇幅，本文介紹一種常用的礦產資源綜合評價模型——模糊層次綜合評價模型。

由于影響礦產資源評價的指標很多，評價指標與評價等級之間的關系又很模糊，可用模糊數學方法，在單因素模糊評價的基礎上，進行區(qū)域總體礦產資源模糊綜合評價，其中對于評價指標權重的確定可以應用層次分析模型，從總體上對評價指標進行模糊層次綜合評價。

模糊綜合評價模型包括設定對象集（指標集)、評語集，確定隸屬度函數、指標權重等，具體的數學過程可參考文獻[10]，評價流程如圖5所示。

2 應用實例

基于GIS 的礦產資源評價系統(tǒng)的主要任務是在對研究區(qū)內的資料進行充分研究的基礎上，確定合適的數據源、建立合理有效的GIS 數據庫、單個空間關系的確定和量化及多個空間關系的集成。通?？蓪⒒贕IS的礦產資源評價劃分為以下幾個步驟：①收集研究區(qū)內與評價有關的地質、地下巖性和構造、地球化學及重要地球物理和遙感資料。如有可能，補充收集資料，以此進行綜合研究和確定評價指標，進行數據預處理，構建數據庫；②建立礦產資源評價的單因子/綜合評價模型，如層次分析法、模糊數學、灰色聚類、模糊層次綜合分析法等；③根據所建立的模型利用GIS 技術對多源地學信息進行分析處理，或通過空間綜合分析評價，確定礦產資源評價的結果；④對上一步的處理結果，進行各種渲染分析，出各種專題地圖。

以煤炭資源開發(fā)和利用的空間分布情況為例，將各省市煤炭調入/出數據、各省市GDP數據經過數據檢查后加載系統(tǒng)，以中國行政區(qū)劃數據為地理底圖（1：400萬)，根據各省市GDP數據生成中國區(qū)域經濟發(fā)展專題圖層，再根據各省市的煤炭調入/出數據生成中國煤炭資源流向專題圖層，兩圖層疊加后生成中國煤炭資源流向與GDP變化趨勢專題圖（如圖6所示，其中，煤炭調入/出數據來源于《中國煤炭資源網》，各省市GDP數據來自于《中國統(tǒng)計年鑒》)?？梢钥闯?，經濟發(fā)達的地方，煤炭資源的調入量普遍較高，而傳統(tǒng)煤炭生產大省雖然經濟欠發(fā)達，但卻是主要的煤炭資源調出區(qū)，充分體現了我國煤炭資源供需不平衡的現狀，在宏觀礦產資源評價與規(guī)劃中需要充分考慮這些空間分布與格局信息。

進一步從圖中可以看出，我國各省市煤炭調入總量從高到低在空間上呈現自東部往西部逐漸過渡的特點，與我國東、中、西三大地帶經濟梯度表現出了很好的相關性，煤炭調入總量高的區(qū)域多集中在江蘇、浙江、山東、廣州等經濟發(fā)達的沿海省份和京津塘等經濟發(fā)達的地區(qū)。一些重要的國家能源輸送戰(zhàn)略如北煤南運、西氣東輸、西電東送等，都反映了中國能源流向的特征和能源運輸的基本格局。

3 結論

對于傳統(tǒng)的礦產資源評價工作，一直存在對礦產資源數據的時空性、多樣性和龐雜性的把握等問題，從而致使評價工作量大、效率低。GIS 技術強大的空間數據管理與空間分析建模功能使其迅速成為礦產資源評價中強有力的工具。本文以GIS 技術為支撐，設計了基于GIS 技術的礦產資源評價系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)建設的框架設計和功能模塊設計，探討了系統(tǒng)數據庫以及評價模型的設計方案；最后給出了一個具體的應用實例，驗證系統(tǒng)設計的可行性。今后將圍繞系統(tǒng)的開發(fā)完善、典型應用重點攻關，并充分應用GIS空間分析、時空建模、礦產資源評價等方面的新技術、新方法和新模型，構建一個先進、實用的技術系統(tǒng)。

[1]肖克炎,王勇毅,陳鄭輝，等.中國礦產資源評價新技術與評價新模型[M].北京:地質出版社,2006.

[2]肖克炎,張曉華,李景朝，等.全國重要礦產總量預測方法[J].地學前緣.2007,14(5): 20-26.

[3]肖克炎,李景朝,陳鄭輝，等.中國銅礦床品位噸位模型[J].地質論評.2001,50(1):50-56.

[4]葉天竺,肖克炎,嚴光生.礦床模型綜合地質信息預測技術研究[J].地學前緣,2007,14(5):11-19.

[5]王世稱,陳永良,夏立顯.綜合信息礦產預測理論與方法[M].北京: 科學出版社.2000.

[6]譚征兵.礦產資源GIS 評價系統(tǒng)及成礦預測BP模型[M].北京:中國地質大學,2002.

[7]鄭貴洲.地理信息系統(tǒng)(GIS)在地質學中的應用[J].地球科學-中國地質大學學報,1998,23(4):420-423.

[8]陳永清,汪新慶,陳建國,等.基于GIS的礦產資源綜合定量評價[J].地質通報,2007,26(2):147-148.

[9]朱創(chuàng)業(yè).地理信息系統(tǒng)在礦產預測中的應用[J].成都大學學報(自然科學版),1999,18 (4):36-39.

[10]張吉軍.模糊層次分析法(FAHP)[J].模糊系統(tǒng)與數學,2000,14(2),26-41.