淺析礦產地質信息挖掘與評價系統的設計與實現

張立仕

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

關鍵詞：地理信息系統；礦產評價；信息挖掘；礦產資源

隨著計算機網絡信息技術的發展，深層次的提取和綜合遙感、地球化學、地球物理和地質等信息成為當前成礦元素進行分析與評價的重要內容，我國對礦產資源的評價已經由傳統的人工找礦逐漸發展到現代信息找礦的階段。地質信息提取的對象在于各種地質圖件，這些地質圖件具有海量信息特征，而且包含的地學信息都是動態的，其信息處在源源不斷的增長變化之中。但是目前對于數據中所隱藏的知識的挖掘和利用還不夠充分，大多數地質數據還處于簡單的搜索、查詢階段，與礦產資源評價的發展相比，對地質信息的分析評價還是相對落后的。為了改善這一現狀，在地學領域中，空間數據挖掘技術被廣泛應用，該技術能夠從模糊、隨機、大量的數據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礦產數據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，因此進行數據系統的改革和創新成為擺在相關人員面前的一個現實問題。要圍繞地質礦產資源評價、信息的分析與提取、空間數據的管理等方面，從系統的實用性、開放性出發，研究開發更有針對性、更完善、更強大的GIS綜合應用系統，使GIS軟件平臺功能更加豐富多樣。本文利用空間數據挖掘技術、組件式GIS技術，并與計算機科學應用、信息管理、地質等結合在一起，設計研發了一套礦產地質信息挖掘與評價系統。

空間數據庫是存儲了大量如遙感數據、地圖數據等與空間有關的數據的，并對數據進行有效處理工作，提供查詢語言和數據模型的數據庫系統。而將屬性數據與空間數據進行一體化存儲管理和無縫鏈接是空間數據庫的最顯著的功能。空間數據庫在數據方位方式、數據組織結構、數據存儲機制等方面與事務型數據庫和關系型數據庫相比，存在諸多的不同之處，且要復雜得多，原因在于空間數據相互之間存在數據依賴問題，且空間數據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對空間數據庫的訪問。

以空間數據庫為核心的空間數據挖掘，指的是在空間數據庫中將用戶感興趣的空間與非空間數據的普遍關系、空間模式與特征和其他數據中所隱含的普遍的數據特征提取出來的過程。空間數據庫技術和數據挖掘技術是空間數據挖掘技術的技術，該項技術主要用于空間數據庫的查詢和重組的優化、空間知識庫的構造、空間與非空間關系的發現、空間關系的發現以及對空間數據的理解等方面。

因為空間數據庫是空間數據挖掘技術的主要對象，而空間數據庫中存儲著大量的空間事物或對象之間的圖形空間關系以及相關的屬性數據、幾何數據，所以空間數據挖掘技術的數據處理方法與其他一般的數據挖掘方法是不同的。與傳統的地理學數據分析方法相比，空間數據挖掘技術的本質區別在于利用空間數據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現的。

1 系統的總體設計

1.1 系統目標

以GIS相關軟件為基礎，以計算機網絡為平臺的礦產地質信息挖掘與評價系統采用組件式開發方式，在計算機中輸入礦產資源評價所需的數據、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，因此礦產地質信息挖掘和評價系統是一種能夠實現為使用者提供礦產資源預測的應用系統。礦產地質信息挖掘和評價系統的目標在于避免工作的重復投入和浪費，使礦產資源的勘查開發更加具有科學性，為實現這一目標，該系統將在大量的地質信息中所隱含的有用的信息充分挖掘出來，建立成礦靶區以縮小資源勘查范圍，并制定定量評價標準，以輔助和指導礦產資源勘查開發的順利進行。

1.2 系統開發環境

礦產地質信息挖掘和評價系統的開發與使用利用C#語言研制，采用的是美國ESRI公司的ArcObjects組件技術，以Windows XP系統和Windows2000系統為平臺，數據庫采用Oracle數據庫平臺。

1.3 系統體系結構

如圖1所示，礦產地質信息挖掘和評價系統的體系結構主要包括礦產資源評價和空間數據庫管理兩大部分。

在空間數據庫管理系統中有許多工具模塊，對整個數據的分析、管理、查詢、刪除等操作都是利用這些工具模塊完成的。還有，對數據庫中的數據利用數據挖掘模塊挖掘信息，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 空間數據庫的建立

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

圖1 礦產地質信息挖掘和評價系統的體系結構圖

2.1 圖層的設計

系統功能操作的基礎在于對圖層數據的設計，因為只有通過對圖層的處理才能實現系統GIS的功能。為表示空間上點、線、區域等特征，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 空間數據庫模型

2.2 空間數據引擎

空間數據引擎是能夠極大便利GIS海量數據組織與分享的一項中間件技術，處于數據庫關系系統和應用程序之間。在礦產地質信息挖掘與評價系統中，空間數據引擎主要負責對空間數據的存取，能夠在大量的空間信息中挖掘出最有價值的空間數據信息并提取任務，其強大的空間數據分析、查詢和管理功能能夠為數據處理提供極大的方便。本文在建立礦產地質信息挖掘與評價系統時，選用的是ArcSDE。SQL、Oracle和ArcGIS Desktop等關系型數據庫相互聯系的接口和通道便是ArcSDE。對于數據庫管理系統中的空間數據，ArcSDE能夠進行方便的存儲管理，因此使用ArcSDE能夠對GIS系統的功能起到放大和增強的作用。

2.3 數據庫的設計

礦產地質信息挖掘與評價系統涉及地球化學資料、遙感數據、基礎地質等非常廣泛的內容，在計算機中，這些數據資料的存儲都是以文字記錄或者圖形掃描的方式。圖層概念是數據庫組織基礎，在使用數據庫時，從數據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。為滿足系統的需要，在設計數據庫時，我們采用關系數據庫SQL Server對基礎數據進行統一管理，其中包含了所有的基礎數據。屬性數據庫和圖形數據庫是應用系統數據庫中的兩大部分。其中屬性數據庫包括巖體特征描述、礦產類型特征描述、構造演化地層層序、構造類型、大地構造位置、相關專著等。圖形數據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、礦產圖層、地層分布圖、斷裂構造分布圖、地質底圖等。

3 礦產地質信息挖掘與評價系統的功能

空間數據庫記錄了測試定量化數據、地球物理特征、遙感數據、地球化學、基礎地質等原始數據；對數據進行顯示、分析、處理以及對數據庫中的數據瀏覽等要通過空間數據分析和管理功能予以實現；資源評價分析功能是結合空間數據分析能夠的分析結果，在數據庫基礎上科學評價區域內的礦產資源，為有利成礦靶區的確定提供科學依據；深層次的提取和綜合數據庫海量數據中隱藏的有用信息依賴于空間數據挖掘功能。

3.1 空間數據管理

利用ADO數據庫訪問技術，能夠對數據庫中的數據進行維護、編輯、查詢與輸入輸出，并實現屬性數據與圖形數據的建庫，從而發揮兩種數據集合的雙向連接功能。

3.2 空間數據分析

包括面積統計、最短路徑計算、緩沖區操作、多源圖像的疊置分析、圖像地理坐標變化、多源數據的采樣等等。

3.3 空間數據挖掘

對空間數據選擇適當的方式進行挖掘，空間數據與屬性數據通過空間數據引擎實現相互關聯，從而發現隱含的空間模式與規則，實現空間數據的分析與存取。

3.4 資源評價分析功能

評價地區的數據資源和系統最終評價的目的是選取評價方法的依據，而評價方法的選擇對評價系統而言是非常關鍵的，我們采用的評價方法是神經網絡方法和證據權重法。

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據的顯示非常清楚直觀。

4 結語

礦產地質信息挖掘與評價系統能夠對任意區域進行信息挖掘和空間分析，能夠對礦產地質信息進行屬性數據與圖形數據的雙向查詢，對于我國礦產資源的開發來講是非常有意義的。

參考文獻：

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