淺析礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張立仕

摘 要：為實現(xiàn)礦產(chǎn)地質(zhì)信息更加全面科學的挖掘，本文采用組件式開發(fā)模式，結合GIS技術和空間挖掘技術，研發(fā)設計了一套礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的相關問題進行了解釋。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)；礦產(chǎn)評價；信息挖掘；礦產(chǎn)資源

隨著計算機網(wǎng)絡信息技術的發(fā)展，深層次的提取和綜合遙感、地球化學、地球物理和地質(zhì)等信息成為當前成礦元素進行分析與評價的重要內(nèi)容，我國對礦產(chǎn)資源的評價已經(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，而且包含的地學信息都是動態(tài)的，其信息處在源源不斷的增長變化之中。但是目前對于數(shù)據(jù)中所隱藏的知識的挖掘和利用還不夠充分，大多數(shù)地質(zhì)數(shù)據(jù)還處于簡單的搜索、查詢階段，與礦產(chǎn)資源評價的發(fā)展相比，對地質(zhì)信息的分析評價還是相對落后的。為了改善這一現(xiàn)狀，在地學領域中，空間數(shù)據(jù)挖掘技術被廣泛應用，該技術能夠從模糊、隨機、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，在地學有關的多個領域都應用了相關的技術，但是獨立的、單一的GIS平臺很難在海量的地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)中進行有效的輸入與處理，很難滿足信息分析與提取等要求，因此進行數(shù)據(jù)系統(tǒng)的改革和創(chuàng)新成為擺在相關人員面前的一個現(xiàn)實問題。要圍繞地質(zhì)礦產(chǎn)資源評價、信息的分析與提取、空間數(shù)據(jù)的管理等方面，從系統(tǒng)的實用性、開放性出發(fā)，研究開發(fā)更有針對性、更完善、更強大的GIS綜合應用系統(tǒng)，使GIS軟件平臺功能更加豐富多樣。本文利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術、組件式GIS技術，并與計算機科學應用、信息管理、地質(zhì)等結合在一起，設計研發(fā)了一套礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)。

空間數(shù)據(jù)庫是存儲了大量如遙感數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)等與空間有關的數(shù)據(jù)的，并對數(shù)據(jù)進行有效處理工作，提供查詢語言和數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。而將屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)進行一體化存儲管理和無縫鏈接是空間數(shù)據(jù)庫的最顯著的功能。空間數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)方位方式、數(shù)據(jù)組織結構、數(shù)據(jù)存儲機制等方面與事務型數(shù)據(jù)庫和關系型數(shù)據(jù)庫相比，存在諸多的不同之處，且要復雜得多，原因在于空間數(shù)據(jù)相互之間存在數(shù)據(jù)依賴問題，且空間數(shù)據(jù)帶有位置關系和空間拓撲結構。借助于空間知識表示、空間推理等技術才能實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)庫的訪問。

以空間數(shù)據(jù)庫為核心的空間數(shù)據(jù)挖掘，指的是在空間數(shù)據(jù)庫中將用戶感興趣的空間與非空間數(shù)據(jù)的普遍關系、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)特征提取出來的過程。空間數(shù)據(jù)庫技術和數(shù)據(jù)挖掘技術是空間數(shù)據(jù)挖掘技術的技術，該項技術主要用于空間數(shù)據(jù)庫的查詢和重組的優(yōu)化、空間知識庫的構造、空間與非空間關系的發(fā)現(xiàn)、空間關系的發(fā)現(xiàn)以及對空間數(shù)據(jù)的理解等方面。

因為空間數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)挖掘技術的主要對象，而空間數(shù)據(jù)庫中存儲著大量的空間事物或?qū)ο笾g的圖形空間關系以及相關的屬性數(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)的地理學數(shù)據(jù)分析方法相比，空間數(shù)據(jù)挖掘技術的本質(zhì)區(qū)別在于利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術挖掘處的知識具有可實用性、有效性、事先未知等特征，而且是在沒有明確假設的前提下對信息和知識進行挖掘與發(fā)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)的總體設計

1.1 系統(tǒng)目標

以GIS相關軟件為基礎，以計算機網(wǎng)絡為平臺的礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)采用組件式開發(fā)方式，在計算機中輸入礦產(chǎn)資源評價所需的數(shù)據(jù)、圖件、圖形等，分析預測、信息挖掘、編輯、查詢、信息存儲等就能夠從屬性和空間兩個方面得到實現(xiàn)，因此礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評價系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)為使用者提供礦產(chǎn)資源預測的應用系統(tǒng)。礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評價系統(tǒng)的目標在于避免工作的重復投入和浪費，使礦產(chǎn)資源的勘查開發(fā)更加具有科學性，為實現(xiàn)這一目標，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，建立成礦靶區(qū)以縮小資源勘查范圍，并制定定量評價標準，以輔助和指導礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)的順利進行。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評價系統(tǒng)的開發(fā)與使用利用C#語言研制，采用的是美國ESRI公司的ArcObjects組件技術，以Windows XP系統(tǒng)和Windows2000系統(tǒng)為平臺，數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫平臺。

1.3 系統(tǒng)體系結構

如圖1所示，礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評價系統(tǒng)的體系結構主要包括礦產(chǎn)資源評價和空間數(shù)據(jù)庫管理兩大部分。

在空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中有許多工具模塊，對整個數(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，對數(shù)據(jù)庫中的數(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并加以分析處理。之后再根據(jù)評價信息的不同，由評價模型選擇合適的有針對性的評價方式對數(shù)學信息加以全面、科學的綜合評價，使最終的評價結果更加準確、科學。

2 空間數(shù)據(jù)庫的建立

系統(tǒng)開發(fā)與成功運行的關鍵在于數(shù)據(jù)庫的合理設計，而通過對計算機的使用，聯(lián)合操作空間對象和其相關屬性，實現(xiàn)對空間對象的分析、管理、對空間與非空間信息的查詢等功能是空間數(shù)據(jù)庫設計的基本思想。

圖1 礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘和評價系統(tǒng)的體系結構圖

2.1 圖層的設計

系統(tǒng)功能操作的基礎在于對圖層數(shù)據(jù)的設計，因為只有通過對圖層的處理才能實現(xiàn)系統(tǒng)GIS的功能。為表示空間上點、線、區(qū)域等特征，每一個圖層都是有許多點、線段、多邊形等基本圖元構成的，其中每一個圖元都包含屬性和位置兩部分信息。用來描述與此圖元相關的特征資料是屬性資料，而描述該圖元明確地理坐標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保存，同時每個圖元的屬性和位置都將有相同的識別碼ID進行緊密的結合。

圖2 空間數(shù)據(jù)庫模型

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)組織與分享的一項中間件技術，處于數(shù)據(jù)庫關系系統(tǒng)和應用程序之間。在礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)引擎主要負責對空間數(shù)據(jù)的存取，能夠在大量的空間信息中挖掘出最有價值的空間數(shù)據(jù)信息并提取任務，其強大的空間數(shù)據(jù)分析、查詢和管理功能能夠為數(shù)據(jù)處理提供極大的方便。本文在建立礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)時，選用的是ArcSDE。SQL、Oracle和ArcGIS Desktop等關系型數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系的接口和通道便是ArcSDE。對于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，ArcSDE能夠進行方便的存儲管理，因此使用ArcSDE能夠?qū)IS系統(tǒng)的功能起到放大和增強的作用。

2.3 數(shù)據(jù)庫的設計

礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)涉及地球化學資料、遙感數(shù)據(jù)、基礎地質(zhì)等非常廣泛的內(nèi)容，在計算機中，這些數(shù)據(jù)資料的存儲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)庫組織基礎，在使用數(shù)據(jù)庫時，從數(shù)據(jù)庫中提取要反映不同信息的圖層，對其進行分析疊加，便可以最終形成所需的合成圖。為滿足系統(tǒng)的需要，在設計數(shù)據(jù)庫時，我們采用關系數(shù)據(jù)庫SQL Server對基礎數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，其中包含了所有的基礎數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫是應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的兩大部分。其中屬性數(shù)據(jù)庫包括巖體特征描述、礦產(chǎn)類型特征描述、構造演化地層層序、構造類型、大地構造位置、相關專著等。圖形數(shù)據(jù)庫包含電和電磁圖件、重力和航磁解譯圖層、遙感解譯構造圖層、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、斷裂構造分布圖、地質(zhì)底圖等。

3 礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)的功能

空間數(shù)據(jù)庫記錄了測試定量化數(shù)據(jù)、地球物理特征、遙感數(shù)據(jù)、地球化學、基礎地質(zhì)等原始數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)進行顯示、分析、處理以及對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)瀏覽等要通過空間數(shù)據(jù)分析和管理功能予以實現(xiàn)；資源評價分析功能是結合空間數(shù)據(jù)分析能夠的分析結果，在數(shù)據(jù)庫基礎上科學評價區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)資源，為有利成礦靶區(qū)的確定提供科學依據(jù)；深層次的提取和綜合數(shù)據(jù)庫海量數(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)庫訪問技術，能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行維護、編輯、查詢與輸入輸出，并實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的建庫，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、最短路徑計算、緩沖區(qū)操作、多源圖像的疊置分析、圖像地理坐標變化、多源數(shù)據(jù)的采樣等等。

3.3 空間數(shù)據(jù)挖掘

對空間數(shù)據(jù)選擇適當?shù)姆绞竭M行挖掘，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)相互關聯(lián)，從而發(fā)現(xiàn)隱含的空間模式與規(guī)則，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的分析與存取。

3.4 資源評價分析功能

評價地區(qū)的數(shù)據(jù)資源和系統(tǒng)最終評價的目的是選取評價方法的依據(jù)，而評價方法的選擇對評價系統(tǒng)而言是非常關鍵的，我們采用的評價方法是神經(jīng)網(wǎng)絡方法和證據(jù)權重法。

3.5 可視化功能

對航磁異常的空間變化、重力、構造等地質(zhì)信息可以以三維的方式進行顯示，因此對評價分析結果和數(shù)據(jù)的顯示非常清楚直觀。

4 結語

礦產(chǎn)地質(zhì)信息挖掘與評價系統(tǒng)能夠?qū)θ我鈪^(qū)域進行信息挖掘和空間分析，能夠?qū)ΦV產(chǎn)地質(zhì)信息進行屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的雙向查詢，對于我國礦產(chǎn)資源的開發(fā)來講是非常有意義的。

參考文獻：

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