基于GIS的礦產資源富集區地質環境綜合評價系統設計

雷 江，梁 珂，郝卓婭，劉偉東，李鴻軼，張 洋

（自然資源部第一大地測量隊，陜西 西安 710000）

礦產資源富集區作為擁有礦產資源開發潛力最高的地區，針對該區域的各項勘查研究一直是相關部門的重點關注對象[1]。礦產資源富集區的地質環境對于該區域的成礦條件、控礦因素等會造成一定程度的影響，因此，針對其地質環境的綜合評價是具有現實意義的。在以往針對此方面的評價研究中，主要是通過專家打分的方式，未涉及到精準的計算，導致最終評價得出的結果與實際相比偏差大，致使其評價置信度低，無法為礦產資源富集區的后續開發提供真實、有效的評價數據。GIS技術在市場中的應用與提出，良好的解決了傳統技術無法解決的問題，在對GIS技術的實際研究中，此項技術又被稱之為地理信息系統，其具備較為良好的數據空間表現能力，在應用中，需要終端計算機設備為其應用提供支撐，并綜合對地球數據與信息的過去，實現對大批量數據的有效處理、計算等行為的完善，能夠為評價提供基礎數據支持[2]。

1 GIS

GIS技術在進行數據信息的處理過程中，具有較為顯著的空間數據、空間坐標分析能力，在調動GIS技術進行事物及事件的處理與分析過程中，能夠通過地理信息的坐標點位，展示其獨特的視覺化效果。也可通過對事物的多維度感知，明確事物的拓撲結構、幾何結構等。并以此作為對數據處理的參照依據，對可能發生的事件進行預測。為了進一步完善相關功能，可應用GIS技術時，對其應用過程展開優化分析，相關此方面的設計與研究如下文。

2 系統硬件設計

2.1 可編程邏輯控制器

根據硬件結構設計需要，本文選用型號為PLC–NGY2588的可編程控制器，具有擴展性廣泛、安全性高、配備USB端口、抗干擾能力強等優勢。基礎指令只需要0.35μs即可完成，計算機接口包括自帶的32個輸入點以及32個輸出點。其中斷觸發方式也可以通過編程的方式進行，既可以在系統當中設置相應的上升沿觸發，又可以設置對應的下降沿觸發。采用順序事件的中斷方式記錄時間，進一步提高本文系統整體的評價精度。本文系統當中的可編程邏輯控制器的控制信號傳輸，采用串行通信技術完成，因此在控制器當中還需要添加CP芯片模塊。本文采用CP4500-18型號的CP芯片。根據本文系統設計要求，選擇4個模擬量輸入輸出擴展模塊，共5路模擬量輸入點。對于系統中的其它設備選型，應當同樣保證其對數據的可編程功能。

2.2 可視化主機

將可編程邏輯控制器處理后的信息上傳至平臺，結合可視化主機的GIS定位位置，顯示地質環境綜合評價結果。為滿足地質環境綜合評價結果顯示高清晰度的需求，本文設計的可視化主機型號為AOC U27U254858，在性能方面屬于4K顯示器，最佳分辨率高達3840x2160，屏幕尺寸為27寸，面板類型屬于AH-IPS。通過HDMI2.0(HDR)*2 DP1.4(HDR)*1，實現視頻接口。為滿足在使用過程中對于舒適度的需求，特設底座功能包括：傾斜：-5°～23°，垂直旋轉：±90°，高度調整：150mm，左右旋轉：±30°。通過本文設計的可視化主機，能夠滿足地質環境綜合評價數據采集高效顯示需求，響應時間僅需4ms，在色域方面，具有100%sRGB(BT.709)覆蓋率(基于CIE 1931)，能夠滿足地質環境綜合評價系統中對于圖像細節方面的顯示要求。綜上，為系統硬件設計。

3 系統軟件設計

3.1 基于GIS迭代分析地質環境空間矢量數據

為進一步處理上述硬件采集的地質環境數據，以GIS的空間分析能力，迭代分析地質環境空間矢量數據。通過GIS，根據地質環境數據的空間特性，聯系計算機網絡的表達方式，客觀性空間描述地質環境數據。集合數據屬性要素（包括：礦產資源富集區名稱、編號、面積及重點工作區等），生成支持系統迭代分析的數據格式。并在此基礎上，轉換數據格式，將基于GIS的數據轉換成可支持評價的格式數據，動態化表述地質環境數據的變化過程。分析數據屬性，制作相應的電子信息表。

以此，作為地質環境數據的模糊轉化過程及表達，基于GIS空間描述對數據的認知，掌握圖像、拓撲圖像、幾何數據等背景，為評價提供基礎數據，最終達到對空間矢量數據的分析功能。

3.2 確定地質環境評價指標貢獻值

迭代分析地質環境空間矢量數據后，考慮到地質環境中大多評價指標為定性化指標，針對地質環境的評價指標體系，如下圖1所示。

圖1 量化地質環境評價指標明確流程

如上述圖1所示，結合地質環境的主要影響因素，批量增加評價新指標。根據貢獻值設計地質環境評價目標函數，設目標函數表達式為maxF，可得公式如下。

公式（1）中：j指的是篩選數量；λ指的是篩選數量下的貢獻因素權重；i指的是地質環境評價指標的分類個數；n指的是評價指標的分類個數下的參評專家組總人數。通過公式（1），計算得出地質環境評價指標貢獻值，作為此次評價的關鍵數據。

3.3 顯示地質環境評價結果

得出地質環境評價指標權重后，顯示地質環境評價結果。根據權重比值的計算與評價分數的劃分，采用專家評分的方式，模擬化檢測地質環境評價數據。根據地質環境評價指標貢獻值，劃分其評價區間。在執行實際評價行為時，假定某一評價項目的數據冗余量過高，可對數據進行二次組合處理，將存在疊加行為的數據，進行數據組的重新排列，結合不通過數據之間的關系與評價結果的實際需求，采用指定手段進行數據的調取，并對數據之間的權值關系進行分析，以此做到對評價項目的有效賦值。針對某一具體礦產資源富集區，本文將地質環境評價結果共分為4個區間實現，分別為：半降云[0,60]，該區域地質環境較差；半升云[74,60]，該區域地質環境一般；正態云[84,75]，該區域地質環境良好；常數[85,100]，該區域地質環境優異。以此，實現系統地質環境綜合評價功能，完成系統設計。

4 實例分析

4.1 實驗準備

設計實例分析，實例分析內容為礦產資源富集區地質環境綜合評價。首先，使用本文設計系統，通過GIS獲取相關評價數據，并通過對其量化的方式得到其評價結果。而后，使用傳統系統，直接獲取相關評價數據，并通過對其量化的方式得到其評價結果。將兩組實驗數據導入matlab，通過評分的方式得到兩組評價數據與實際相比的置信度，其數值越高證明該結果與實際礦產資源富集區地質環境越接近，精度越高。共設置4組實驗，記錄其評價置信度數據。

4.2 實驗結果分析與結論

整理評價置信度對比結果，如下表1所示。

表1 兩種系統實驗對比結果

結合表1所示，本文設計的評價系統能夠在原有系統的基礎上，提高置信度，證明其在現實應用中能夠取得實際應用效果。

5 結語

本文通過實例分析的方式，證明了設計評價系統在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統礦產資源富集區地質環境綜合評價中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次評價置信度測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高評價置信度測定結果的可信度。與此同時，還需要對礦產資源富集區地質勘察工作的優化設計提出深入研究，以此為促進礦產資源富集區的發展提供建議。