淺析礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張立仕

摘 要：為實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)地質(zhì)信息更加全面科學(xué)的挖掘，本文采用組件式開(kāi)發(fā)模式，結(jié)合GIS技術(shù)和空間挖掘技術(shù)，研發(fā)設(shè)計(jì)了一套礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了解釋。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；礦產(chǎn)評(píng)價(jià)；信息挖掘；礦產(chǎn)資源

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，深層次的提取和綜合遙感、地球化學(xué)、地球物理和地質(zhì)等信息成為當(dāng)前成礦元素進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，我國(guó)對(duì)礦產(chǎn)資源的評(píng)價(jià)已經(jīng)由傳統(tǒng)的人工找礦逐漸發(fā)展到現(xiàn)代信息找礦的階段。地質(zhì)信息提取的對(duì)象在于各種地質(zhì)圖件，這些地質(zhì)圖件具有海量信息特征，而且包含的地學(xué)信息都是動(dòng)態(tài)的，其信息處在源源不斷的增長(zhǎng)變化之中。但是目前對(duì)于數(shù)據(jù)中所隱藏的知識(shí)的挖掘和利用還不夠充分，大多數(shù)地質(zhì)數(shù)據(jù)還處于簡(jiǎn)單的搜索、查詢階段，與礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)的發(fā)展相比，對(duì)地質(zhì)信息的分析評(píng)價(jià)還是相對(duì)落后的。為了改善這一現(xiàn)狀，在地學(xué)領(lǐng)域中，空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)能夠從模糊、隨機(jī)、大量的數(shù)據(jù)中提取出最有用的潛在的、未知的、隱含的信息。

如今，隨著GIS的快速發(fā)展，在地學(xué)有關(guān)的多個(gè)領(lǐng)域都應(yīng)用了相關(guān)的技術(shù)，但是獨(dú)立的、單一的GIS平臺(tái)很難在海量的地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)中進(jìn)行有效的輸入與處理，很難滿足信息分析與提取等要求，因此進(jìn)行數(shù)據(jù)系統(tǒng)的改革和創(chuàng)新成為擺在相關(guān)人員面前的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。要圍繞地質(zhì)礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、信息的分析與提取、空間數(shù)據(jù)的管理等方面，從系統(tǒng)的實(shí)用性、開(kāi)放性出發(fā)，研究開(kāi)發(fā)更有針對(duì)性、更完善、更強(qiáng)大的GIS綜合應(yīng)用系統(tǒng)，使GIS軟件平臺(tái)功能更加豐富多樣。本文利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、組件式GIS技術(shù)，并與計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用、信息管理、地質(zhì)等結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)研發(fā)了一套礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)了大量如遙感數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)等與空間有關(guān)的數(shù)據(jù)的，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理工作，提供查詢語(yǔ)言和數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。而將屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化存儲(chǔ)管理和無(wú)縫鏈接是空間數(shù)據(jù)庫(kù)的最顯著的功能?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)方位方式、數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制等方面與事務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相比，存在諸多的不同之處，且要復(fù)雜得多，原因在于空間數(shù)據(jù)相互之間存在數(shù)據(jù)依賴問(wèn)題，且空間數(shù)據(jù)帶有位置關(guān)系和空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。借助于空間知識(shí)表示、空間推理等技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。

以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的空間數(shù)據(jù)挖掘，指的是在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中將用戶感興趣的空間與非空間數(shù)據(jù)的普遍關(guān)系、空間模式與特征和其他數(shù)據(jù)中所隱含的普遍的數(shù)據(jù)特征提取出來(lái)的過(guò)程?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)主要用于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和重組的優(yōu)化、空間知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造、空間與非空間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)、空間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)空間數(shù)據(jù)的理解等方面。

因?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)庫(kù)是空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的主要對(duì)象，而空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)著大量的空間事物或?qū)ο笾g的圖形空間關(guān)系以及相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)，所以空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法與其他一般的數(shù)據(jù)挖掘方法是不同的。與傳統(tǒng)的地理學(xué)數(shù)據(jù)分析方法相比，空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別在于利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)挖掘處的知識(shí)具有可實(shí)用性、有效性、事先未知等特征，而且是在沒(méi)有明確假設(shè)的前提下對(duì)信息和知識(shí)進(jìn)行挖掘與發(fā)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

以GIS相關(guān)軟件為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)的礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)采用組件式開(kāi)發(fā)方式，在計(jì)算機(jī)中輸入礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)所需的數(shù)據(jù)、圖件、圖形等，分析預(yù)測(cè)、信息挖掘、編輯、查詢、信息存儲(chǔ)等就能夠從屬性和空間兩個(gè)方面得到實(shí)現(xiàn)，因此礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評(píng)價(jià)系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)為使用者提供礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)的應(yīng)用系統(tǒng)。礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的目標(biāo)在于避免工作的重復(fù)投入和浪費(fèi)，使礦產(chǎn)資源的勘查開(kāi)發(fā)更加具有科學(xué)性，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該系統(tǒng)將在大量的地質(zhì)信息中所隱含的有用的信息充分挖掘出來(lái)，建立成礦靶區(qū)以縮小資源勘查范圍，并制定定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以輔助和指導(dǎo)礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行。

1.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與使用利用C#語(yǔ)言研制，采用的是美國(guó)ESRI公司的ArcObjects組件技術(shù)，以Windows XP系統(tǒng)和Windows2000系統(tǒng)為平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。

1.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

如圖1所示，礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要包括礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理兩大部分。

在空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中有許多工具模塊，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)的分析、管理、查詢、刪除等操作都是利用這些工具模塊完成的。還有，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)挖掘模塊挖掘信息，將其中隱含的未知的信息提取出來(lái)并加以分析處理。之后再根據(jù)評(píng)價(jià)信息的不同，由評(píng)價(jià)模型選擇合適的有針對(duì)性的評(píng)價(jià)方式對(duì)數(shù)學(xué)信息加以全面、科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)，使最終的評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確、科學(xué)。

2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與成功運(yùn)行的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)庫(kù)的合理設(shè)計(jì)，而通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的使用，聯(lián)合操作空間對(duì)象和其相關(guān)屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間對(duì)象的分析、管理、對(duì)空間與非空間信息的查詢等功能是空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本思想。

圖1 礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖

2.1 圖層的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能操作的基礎(chǔ)在于對(duì)圖層數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)對(duì)圖層的處理才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)GIS的功能。為表示空間上點(diǎn)、線、區(qū)域等特征，每一個(gè)圖層都是有許多點(diǎn)、線段、多邊形等基本圖元構(gòu)成的，其中每一個(gè)圖元都包含屬性和位置兩部分信息。用來(lái)描述與此圖元相關(guān)的特征資料是屬性資料，而描述該圖元明確地理坐標(biāo)位置的資料是位置資料，兩種資料分別由不同的文件加以存儲(chǔ)保存，同時(shí)每個(gè)圖元的屬性和位置都將有相同的識(shí)別碼ID進(jìn)行緊密的結(jié)合。

圖2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型

2.2 空間數(shù)據(jù)引擎

空間數(shù)據(jù)引擎是能夠極大便利GIS海量數(shù)據(jù)組織與分享的一項(xiàng)中間件技術(shù)，處于數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間。在礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)引擎主要負(fù)責(zé)對(duì)空間數(shù)據(jù)的存取，能夠在大量的空間信息中挖掘出最有價(jià)值的空間數(shù)據(jù)信息并提取任務(wù)，其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析、查詢和管理功能能夠?yàn)閿?shù)據(jù)處理提供極大的方便。本文在建立礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)時(shí)，選用的是ArcSDE。SQL、Oracle和ArcGIS Desktop等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相互聯(lián)系的接口和通道便是ArcSDE。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，ArcSDE能夠進(jìn)行方便的存儲(chǔ)管理，因此使用ArcSDE能夠?qū)IS系統(tǒng)的功能起到放大和增強(qiáng)的作用。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)涉及地球化學(xué)資料、遙感數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地質(zhì)等非常廣泛的內(nèi)容，在計(jì)算機(jī)中，這些數(shù)據(jù)資料的存儲(chǔ)都是以文字記錄或者圖形掃描的方式。圖層概念是數(shù)據(jù)庫(kù)組織基礎(chǔ)，在使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取要反映不同信息的圖層，對(duì)其進(jìn)行分析疊加，便可以最終形成所需的合成圖。為滿足系統(tǒng)的需要，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，我們采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，其中包含了所有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形數(shù)據(jù)庫(kù)是應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的兩大部分。其中屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括巖體特征描述、礦產(chǎn)類型特征描述、構(gòu)造演化地層層序、構(gòu)造類型、大地構(gòu)造位置、相關(guān)專著等。圖形數(shù)據(jù)庫(kù)包含電和電磁圖件、重力和航磁解譯圖層、遙感解譯構(gòu)造圖層、遙感影像圖層、化探元素組合異常圖、化探單元素圖層、巖體分布圖、礦產(chǎn)圖層、地層分布圖、斷裂構(gòu)造分布圖、地質(zhì)底圖等。

3 礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的功能

空間數(shù)據(jù)庫(kù)記錄了測(cè)試定量化數(shù)據(jù)、地球物理特征、遙感數(shù)據(jù)、地球化學(xué)、基礎(chǔ)地質(zhì)等原始數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析、處理以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)瀏覽等要通過(guò)空間數(shù)據(jù)分析和管理功能予以實(shí)現(xiàn)；資源評(píng)價(jià)分析功能是結(jié)合空間數(shù)據(jù)分析能夠的分析結(jié)果，在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)資源，為有利成礦靶區(qū)的確定提供科學(xué)依據(jù)；深層次的提取和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)海量數(shù)據(jù)中隱藏的有用信息依賴于空間數(shù)據(jù)挖掘功能。

3.1 空間數(shù)據(jù)管理

利用ADO數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)、編輯、查詢與輸入輸出，并實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的建庫(kù)，從而發(fā)揮兩種數(shù)據(jù)集合的雙向連接功能。

3.2 空間數(shù)據(jù)分析

包括面積統(tǒng)計(jì)、最短路徑計(jì)算、緩沖區(qū)操作、多源圖像的疊置分析、圖像地理坐標(biāo)變化、多源數(shù)據(jù)的采樣等等。

3.3 空間數(shù)據(jù)挖掘

對(duì)空間數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行挖掘，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)，從而發(fā)現(xiàn)隱含的空間模式與規(guī)則，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的分析與存取。

3.4 資源評(píng)價(jià)分析功能

評(píng)價(jià)地區(qū)的數(shù)據(jù)資源和系統(tǒng)最終評(píng)價(jià)的目的是選取評(píng)價(jià)方法的依據(jù)，而評(píng)價(jià)方法的選擇對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)而言是非常關(guān)鍵的，我們采用的評(píng)價(jià)方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和證據(jù)權(quán)重法。

3.5 可視化功能

對(duì)航磁異常的空間變化、重力、構(gòu)造等地質(zhì)信息可以以三維的方式進(jìn)行顯示，因此對(duì)評(píng)價(jià)分析結(jié)果和數(shù)據(jù)的顯示非常清楚直觀。

4 結(jié)語(yǔ)

礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠?qū)θ我鈪^(qū)域進(jìn)行信息挖掘和空間分析，能夠?qū)ΦV產(chǎn)地質(zhì)信息進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的雙向查詢，對(duì)于我國(guó)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)來(lái)講是非常有意義的。

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