基于GIS的矿产资源富集区地质环境综合评价系统设计

雷 江，梁 珂，郝卓娅，刘伟东，李鸿轶，张 洋

（自然资源部第一大地测量队，陕西 西安 710000）

矿产资源富集区作为拥有矿产资源开发潜力最高的地区，针对该区域的各项勘查研究一直是相关部门的重点关注对象[1]。矿产资源富集区的地质环境对于该区域的成矿条件、控矿因素等会造成一定程度的影响，因此，针对其地质环境的综合评价是具有现实意义的。在以往针对此方面的评价研究中，主要是通过专家打分的方式，未涉及到精准的计算，导致最终评价得出的结果与实际相比偏差大，致使其评价置信度低，无法为矿产资源富集区的后续开发提供真实、有效的评价数据。GIS技术在市场中的应用与提出，良好的解决了传统技术无法解决的问题，在对GIS技术的实际研究中，此项技术又被称之为地理信息系统，其具备较为良好的数据空间表现能力，在应用中，需要终端计算机设备为其应用提供支撑，并综合对地球数据与信息的过去，实现对大批量数据的有效处理、计算等行为的完善，能够为评价提供基础数据支持[2]。

1 GIS

GIS技术在进行数据信息的处理过程中，具有较为显著的空间数据、空间坐标分析能力，在调动GIS技术进行事物及事件的处理与分析过程中，能够通过地理信息的坐标点位，展示其独特的视觉化效果。也可通过对事物的多维度感知，明确事物的拓扑结构、几何结构等。并以此作为对数据处理的参照依据，对可能发生的事件进行预测。为了进一步完善相关功能，可应用GIS技术时，对其应用过程展开优化分析，相关此方面的设计与研究如下文。

2 系统硬件设计

2.1 可编程逻辑控制器

根据硬件结构设计需要，本文选用型号为PLC–NGY2588的可编程控制器，具有扩展性广泛、安全性高、配备USB端口、抗干扰能力强等优势。基础指令只需要0.35μs即可完成，计算机接口包括自带的32个输入点以及32个输出点。其中断触发方式也可以通过编程的方式进行，既可以在系统当中设置相应的上升沿触发，又可以设置对应的下降沿触发。采用顺序事件的中断方式记录时间，进一步提高本文系统整体的评价精度。本文系统当中的可编程逻辑控制器的控制信号传输，采用串行通信技术完成，因此在控制器当中还需要添加CP芯片模块。本文采用CP4500-18型号的CP芯片。根据本文系统设计要求，选择4个模拟量输入输出扩展模块，共5路模拟量输入点。对于系统中的其它设备选型，应当同样保证其对数据的可编程功能。

2.2 可视化主机

将可编程逻辑控制器处理后的信息上传至平台，结合可视化主机的GIS定位位置，显示地质环境综合评价结果。为满足地质环境综合评价结果显示高清晰度的需求，本文设计的可视化主机型号为AOC U27U254858，在性能方面属于4K显示器，最佳分辨率高达3840x2160，屏幕尺寸为27寸，面板类型属于AH-IPS。通过HDMI2.0(HDR)*2 DP1.4(HDR)*1，实现视频接口。为满足在使用过程中对于舒适度的需求，特设底座功能包括：倾斜：-5°～23°，垂直旋转：±90°，高度调整：150mm，左右旋转：±30°。通过本文设计的可视化主机，能够满足地质环境综合评价数据采集高效显示需求，响应时间仅需4ms，在色域方面，具有100%sRGB(BT.709)覆盖率(基于CIE 1931)，能够满足地质环境综合评价系统中对于图像细节方面的显示要求。综上，为系统硬件设计。

3 系统软件设计

3.1 基于GIS迭代分析地质环境空间矢量数据

为进一步处理上述硬件采集的地质环境数据，以GIS的空间分析能力，迭代分析地质环境空间矢量数据。通过GIS，根据地质环境数据的空间特性，联系计算机网络的表达方式，客观性空间描述地质环境数据。集合数据属性要素（包括：矿产资源富集区名称、编号、面积及重点工作区等），生成支持系统迭代分析的数据格式。并在此基础上，转换数据格式，将基于GIS的数据转换成可支持评价的格式数据，动态化表述地质环境数据的变化过程。分析数据属性，制作相应的电子信息表。

以此，作为地质环境数据的模糊转化过程及表达，基于GIS空间描述对数据的认知，掌握图像、拓扑图像、几何数据等背景，为评价提供基础数据，最终达到对空间矢量数据的分析功能。

3.2 确定地质环境评价指标贡献值

迭代分析地质环境空间矢量数据后，考虑到地质环境中大多评价指标为定性化指标，针对地质环境的评价指标体系，如下图1所示。

图1 量化地质环境评价指标明确流程

如上述图1所示，结合地质环境的主要影响因素，批量增加评价新指标。根据贡献值设计地质环境评价目标函数，设目标函数表达式为maxF，可得公式如下。

公式（1）中：j指的是筛选数量；λ指的是筛选数量下的贡献因素权重；i指的是地质环境评价指标的分类个数；n指的是评价指标的分类个数下的参评专家组总人数。通过公式（1），计算得出地质环境评价指标贡献值，作为此次评价的关键数据。

3.3 显示地质环境评价结果

得出地质环境评价指标权重后，显示地质环境评价结果。根据权重比值的计算与评价分数的划分，采用专家评分的方式，模拟化检测地质环境评价数据。根据地质环境评价指标贡献值，划分其评价区间。在执行实际评价行为时，假定某一评价项目的数据冗余量过高，可对数据进行二次组合处理，将存在叠加行为的数据，进行数据组的重新排列，结合不通过数据之间的关系与评价结果的实际需求，采用指定手段进行数据的调取，并对数据之间的权值关系进行分析，以此做到对评价项目的有效赋值。针对某一具体矿产资源富集区，本文将地质环境评价结果共分为4个区间实现，分别为：半降云[0,60]，该区域地质环境较差；半升云[74,60]，该区域地质环境一般；正态云[84,75]，该区域地质环境良好；常数[85,100]，该区域地质环境优异。以此，实现系统地质环境综合评价功能，完成系统设计。

4 实例分析

4.1 实验准备

设计实例分析，实例分析内容为矿产资源富集区地质环境综合评价。首先，使用本文设计系统，通过GIS获取相关评价数据，并通过对其量化的方式得到其评价结果。而后，使用传统系统，直接获取相关评价数据，并通过对其量化的方式得到其评价结果。将两组实验数据导入matlab，通过评分的方式得到两组评价数据与实际相比的置信度，其数值越高证明该结果与实际矿产资源富集区地质环境越接近，精度越高。共设置4组实验，记录其评价置信度数据。

4.2 实验结果分析与结论

整理评价置信度对比结果，如下表1所示。

表1 两种系统实验对比结果

结合表1所示，本文设计的评价系统能够在原有系统的基础上，提高置信度，证明其在现实应用中能够取得实际应用效果。

5 结语

本文通过实例分析的方式，证明了设计评价系统在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次优化设计的必要性。因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统矿产资源富集区地质环境综合评价中存在的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次评价置信度测定结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高评价置信度测定结果的可信度。与此同时，还需要对矿产资源富集区地质勘察工作的优化设计提出深入研究，以此为促进矿产资源富集区的发展提供建议。