紀曉璐黃舟隋正偉方裕陳斌
北京大學遙感所
基於開源的空間資訊軟體，構建礦產資源評價系統框架，採用證據權模型，以長江中下游成礦帶為示範區，高效、高質量的實現了銅礦資源**評價。 在評價過程中不需手動操作，評價結果表明，基於開源空間資訊軟體的證據權法礦產資源評價是一種高效的進行礦產資源評價的新途徑，並且為結合網格計算，根本的解決傳統的證據權法礦產資源評價中存在的跨地域、跨平台的資料一體化的儲存、組織和管理的問題，達到真正意義上的地理空間資訊共享，更大程度上提高礦產資源評價的效率，提供了實現的基礎，是為滿足我國加大礦產資源的探測力度的迫切需求的一種新的技術方法。
開源空間資訊軟體，postgis，證據權法， 礦產資源評價
隨著我國經濟可持續高速發展，對礦產資源與能源需求極大。國有礦山中約有三分之二已進入開採的中、晚期，剩餘可採儲量和礦石品位急劇下降，而新增儲量嚴重不足，不少礦山資源瀕於枯竭，生產陷入困境。特別是石油、鐵、錳、銅、鉀鹽等大宗急需礦產，由於後備儲量嚴重不足，已不能滿足我國國民經濟飛速發展的需要，供需缺口持續擴大。
因此迫切的需要發掘新的途徑、發展新的技術方法加大礦產資源的探測力度。礦產資源評價在在礦產勘查過程中起著先導作用，評價成果對礦產勘查的戰略部署以及具體勘查任務的設立與實施都有著重要的指導意義。為了不斷提高礦產資源評價成果的質量，人們在評價的理論、方法和計算機應用等方面都進行著廣泛而深入的研究【1】。
證據權法（agterberg, 1990; bonham-carter, 1990,1993）是地學領域使用計算機技術進行礦產資源評價**的一種計算方法，具有方法簡單、**結果可靠性高等特點。
。國內目前尚無系統的進行證據權法礦產資源評價的軟體平台，僅有中地數碼開發的用於證據權法礦產資源評價的空間服務，可基於mapgis空間分析平台實現證據權法礦產資源**。傳統的空間分析方法大大限制了礦產資源評價的效率，且存在平台障礙。
採用開源的空間資訊軟體，既打破了平台障礙，在評價過程中的空間分析部分，可使用空間資料庫本身的機制進行優化，又提高了評價效率。
本文著重研究了基於開源的空間資料庫postgresql+postgis以及開源gis桌面客戶端qgis進行礦產資源評價的方法及其實現，採用證據權模型，高效、跨平台、高質量的完成礦產資源評價。
證據權法用於組合各種**的空間資料，描述和分析資料之間的相互作用，建立**模型，為決策者提供支援。這種方法在20世紀80 年代末期由加拿大數學地質學家agterberg 和bonham-carter 發展、應用在礦產資源**領域，並最終形成較為完善的礦產勘查數學地質模型。證據權法的基礎是將地質找礦評價模型轉換為「網格模型」，針對每一網格上資訊資料進行權值計算，將抽象的模型賦予實實在在的內涵，達到評價目的。
它採用一種統計分析模式，通過一定的數學計算方法確定與成礦作用關係密切的證據層的權重值，進而計算空間任意位置的礦產發育的概率值，以圈定不同級別的**靶區。每種地學資訊都是成礦**的乙個證據因子，而每個證據因子對成礦**的貢獻是由這個因子的權重來確定的。在成礦**中，證據權法的基本原理是把每一種成礦資訊**化為存在或缺失的二元圖）都看作成礦**的乙個證據因子，每乙個證據因子對成礦**的貢獻是由該因子的權來確定的【2】。
證據權模擬的目的就是要確定這些與已知型別的礦床（點）相關的二元圖的證據權，計算出研究區內任意空間位置的成礦概率值，並以視覺化圖形的方式圈定出成礦遠景區。
證據權法在礦產資源評價中的步驟大概如下【3】：
1) 建立研究區礦床（點）和成礦作用有關的證據因子專題資料庫；
2) 提取礦點圖層，劃分網格單元；
3) 搜尋含礦網格單元，生成含礦網格圖層；
4) 對於每乙個證據因子專題資料庫，提取與成礦關係密切的控礦因素，生成新的圖層，即證據層；
5) 分別將各證據層圖層與含礦網格圖層進行疊加，進行先驗概率、權重及相關係數的計算；
6) 根據先驗概率、權重及相關係數篩選合理的證據層，及參與後驗概率計算的證據層，並對研究區內各單元進行後驗概率計算；
7) 根據後驗概率計算結果進行各級**靶區的計算。
證據權法的數學原理如下：假設研究區被劃分成為ｔ個等大小的網格（區域劃分網格單元要以保證乙個網格中至多出現乙個已知礦點為基礎），提取了以下資訊，其中有ｄ個網格單元含有已知礦(床)點，上述提取的每個變數看作獨立的證據因子，對於任意乙個證據因子，其對成礦貢獻的權重定義為【3】：
1)2)
式中，ｗ+、ｗ-分別為證據因子存在區和不存在區的權重值，如果原始資料缺失，那麼權重值為0；其中b為這個因子存在的網格單元總數，b』為這種因子不存在的網格單元總數。
利用證據權重法計算出各個變數的ｗ+和ｗ-值；對於ｎ個證據因子，若他們都關於礦點條件獨立，研究區任一網格單元k為礦點的可能性，用後驗機率對數表示為：
3)根據公式，後驗概率代表了個單元內找礦的有利度，根據後驗概率提出找礦遠景區。控礦地質因素與礦床產出狀態之間的關聯性強弱，可以通過正負權的差值大小c來度量，c值大表示該地質標誌的找礦指示性好，c值小表示該找礦標誌的找礦指示性差，若c=0，表示該找礦標誌對有礦與無礦無指示意義；c>0表示該找礦標誌的出現有利於成礦，c<0表示該找礦標誌的出現不利於成礦。成礦遠景區圈定證據權重法**模型是根據已知礦床(點)與各種控礦成礦條件之間的條件概率來確定每種條件的權重值，然後推廣到全區，其原理簡單而且易於實現，既可以對多金屬礦床進行**，也可以多特定成因礦種進行綜合**。
由於後驗概率是在大量地質、地球物理和地球化學等圖層疊加操作的基礎上計算出來的，因此，其結果綜合反映了各種控礦因素和礦化資訊對礦床的控制和指示意義。在研究過程中要注意條件獨立性的檢驗。在利用證據權重模型計算後驗概率時，必須保證各個證據因子都是關於礦床（點）條件獨立的。
同時由於證據權分析法著重對各控礦要素和礦床(點)問相互空間位置進行分析，需要大量的空間疊加、復合分析，這就使得證據權分析法和相關gis軟體的結合成為必要。
由於空間資料具有空間位置、非結構化、空間關係、分類編碼、海量資料等特徵，一般的商用資料庫管理系統難以滿足要求。2023年，加州大學伯克利分校的michael stonebraker教授領導了postgres的專案，它是postgresql的前身。隨後出現了postgis，postgis是物件－關係型資料庫系統postgresql的乙個擴充套件。
postgresql是目前功能最強大、最先進的開源資料庫管理系統，支援windows、linux、macos等所有主流作業系統，並且具有各種語言的程式設計介面。構建在其上的空間物件擴充套件模組postgis則使得其成為乙個真正的大型空間資料庫【4】。
qgis是乙個使用者介面友好的地理資訊系統，可執行在linux,unix,mac osx,和windows平台之上。支援多種向量、柵格和資料庫資料來源，能夠很好得支援postgis，具有豐富的顯示、管理、分析、查詢的功能【5】。
基於開源空間資訊軟體的證據權法礦產資源評價系統的基礎框架（圖3.1）由四部分構成：資料層、資料結構、業務邏輯層和展現層。
資料層採用開源空間資料庫postgresql+postgis來儲存礦產資源評價所需資料，並且進行空間分析處理；資料庫資料表的設計【6】包括空間元資料表、證據因子資訊表和空間分析結果表；展現層採用開源gis桌面客戶端qgis來顯示礦產資源評價**靶區。
圖3.1基於開源空間資訊軟體的證據權法礦產資源評價系統基礎框架
根據證據權法礦產資源評價的演算法，結合空間資訊軟體的特性，總結在開源空間資訊軟體系統框架下證據權法礦產資源評價的流程如下：
在進行礦產資源評價之前，需要使用者在空間地質圖層集中選擇參與礦產資源評價的礦點圖層以及證據因子圖層，同時指定研究區範圍和網格劃分的邊長。接下來開始進行證據權法礦產資源評價，並得到成礦**的結果圖，在展現層顯示給使用者。可以表示為證據權法礦產資源評價的資料流圖的0層（圖3.
2）。圖3.2證據權法礦產資源評價0層資料流圖
在礦產資源評價的過程中，主要包括四個步驟：對礦點圖層以及證據因子圖層進行網格劃分、疊加分析、先驗概率證據因子權重以及後驗概率計算、結果色塊圖生成。在網格劃分部分，需要提供圖層資料以及研究區域範圍和網格邊長，經過網格劃分後得到柵格化的礦點圖層和各個證據因子圖層，這些圖層參與疊加分析，得到用於計算先驗概率、證據因子正負權重和後驗概率計算所需的各項統計數值，經過證據權法礦產資源評價公式運算後，將後驗概率值作為引數進行色塊圖的生成。
以上過程可以表示為證據權法礦產資源評價的資料流圖的1層（圖3.3）。
圖3.3證據權法礦產資源評價1層資料流圖
在網格劃分中，又可細分為兩步：網格數目計算和礦點以及證據因子圖層的網格劃分。當使用者提供了研究區範圍和網格邊長後，可以計算出研究區域的橫縱向網格數以及研究區域的網格總數。
將這些網格數與使用者選擇的參與評價的圖層作為引數進行網格劃分，得到柵格化的礦點圖層和各證據因子圖層，同時得到研究區域存在礦點的網格數和研究區域各證據因子出現的網格數。在概率及權重計算過程中，可細分為三步：先驗概率計算、各證據因子權重計算和後驗概率計算。
由研究區域的網格總數和研究區域礦點存在的網格數可以計算出研究區域成礦的先驗概率。由證據因子出現和礦點出現的組合資料可以計算得到各證據因子的正負權重。在先驗概率和各證據因子的權重的基礎上，結合柵格化後的各證據因子圖層可以計算得到每乙個網格成礦的後驗概率值。
以上過程可以表示為證據權法礦產資源評價的資料流圖的2層（圖3.4）。
圖3.4證據權法礦產資源評價2層資料流圖
選擇長江中下游成礦帶銅礦資源進行評價。使用者可以指定研究區域以及參與運算的證據因子。本系統中使用者選擇的證據因子的分為三類，分別為點狀圖層——銅異常、線狀圖層——推斷線性構造圖層以及面狀圖層——組合元素異常區。
研究區域為（-600,300）到（-260,60）的340km*240km的範圍，網格劃分的邊長為經驗值20km。
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