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基于GIS的青海省内能源矿产深部开采中的 地质测绘方法研究 李振萍 1,2 （1.青海省水文地质工程地质环境地质调查院， 西宁 810008； 2.青海省水文地质及地热地质重点实验室， 西宁 810008） 摘要 提出一种基于GIS的青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘方法。该方法先将雷达相位中 心到矿产深部开采中矿床点的等效斜视距离模型进行泰勒展开， 并通过对矿产深部开采中矿床点的方 位向参考函数进行分解， 得到雷达相位中心到青海省内矿产深部开采中矿床点的距离向缩参考信号， 结合距离波数的非线性变换得到矿产深部开采中矿床点的返回波信号， 在此基础上利用傅氏反变换将 回波信号转换到空域中， 由此完成矿产深部开采中矿床点地质复图像， 最后结合蚁群优化模型使矿产 深部开采中的地质测绘时间最小化。实验结果表明， 所提方法不仅能够有效提高地质测绘的精确度， 还可重复测绘分析矿产资源深部开采中的环境管理。 关键词 GIS； 青海省内能源； 矿产深部开采； 地质测绘 中图分类号 P617文献标识码 A文章编号 1001-7119 （2017） 06-0063-04 DOI10.13774/ki.kjtb.2017.06.014 Study on Geological Mapping Based on GIS in Deep Exploitation of Energy Mineral Resources in Qinghai Province Li Zhenping1,2 （1.Key Laboratory of Hydrogeology And Geothermal Geology of Qinghai Province， Xi’ ning 810008， China； 2.Qinghai Province Institute of Hydrogeology， Engineering Geology and Environmental Geology， Xi’ ning 810008， China） AbstractThis paper proposes a geological mapping of GIS Qinghai province mineral resources in deep mining.The first radar phase center to the deep mineral deposits in the mining of the equivalent squint range model of the Taylor expansion, and through the decomposition of mineral deposit in deep mining the azimuth reference function, radar phase center distance to the Qinghai province mineral deep deposit mining point to shrink the reference signal based on nonlinear trans the distance of wave deep Minerals Deposit Mining in the return wave signal, on the basis of the Fourier inverse trans echo signal is converted to the airspace, thereby completing the deep deposit exploitation of mineral geological complex image, finally combining the ant colony optimization model of the mineral geological surveying and mapping time minimization in deep mining.Experimental results show that the proposed can not only improve the accuracy of geological mapping, but also on the environmental management of mineral resources in deep mining of repeated surveying and mapping analysis. KeywordsGIS； energy in Qinghai province； deep mining of mineral resources； geological mapping 收稿日期 2016-07-12 作者简介 李振萍 （1986-） ， 女， 青海西宁人， 硕士研究生， 测绘工程师， 主要研究地质测绘。 第33卷 第6期 2017年6月 科 技 通 报科 技 通 报 BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.33 No.6 Jun. 2017 第33卷科技通报 随着我国地质、 矿业的产业化发展， 人们更 希望能够直观地、 精确地对矿体边界进行圈定， 准确了解地下包括地层、 断层褶皱构造等地质体 的三维形态， 以便对矿业开发以及深部找矿预测 具有指导作用[1， 2]。由于现阶段的地质测绘方法 因大多需要在野外完成而受到外部环境以及外 部条件等因素的限制和影响。导致测量时间较 长、 测绘难度较高， 引发测量结果不准确、 测绘结 果的参考价值较低的问题[3， 4]。如何使地质测绘 技术具有较高的准确度及效率， 成为地质测绘领 域亟需解决的重要技术难题， 受到许多专家学者 的高度关注[5， 6]。 文献[7]提出一种基于三维空间形态的青海 省内能源矿产深部开采中的地质测绘方法。该 方法先利用空间插值法对青海省内矿产地质体 的分布趋势进行推断和预测， 进而建立出青海省 内矿产地质体三维空间规则数据场， 在此基础上 利用移动立方体算法提取出青海省内矿产地质 体的三维光滑等值曲面， 最后通过计算机图形学 中的微小三角面实现青海省内矿产深部地质体 三维空间形态的可视化。该方法可以有效缩短 地质测绘时间， 但存在地质层结构预测准确性较 差的问题。文献[8]提出一种基于三角网的青海 省内能源矿产深部开采中的地质测绘方法。该 方法先将青海省内能源矿产的地质模型分解为 多个简单的地质体,结合给定的深部矿产边界数 据样点进行三角剖分， 然后从单一矿产地质体边 界三角形开始进行递归， 将生成的各个简单地质 体的四面体网格合并为一体。该方法计算过程 较为简单， 但存在地质测绘精确度较差的问题。 文献[9]提出一种基于剖面图的青海省内能源矿 产深部开采中的地质测绘方法。该方法先利用 三维空间求交算法求出青海省内能源矿产深部 剖切面与凹凸起伏的地层趋势面的交点， 然后利 用三角形检测原理将这些交点按照地层层序连 接成三角形， 在此基础上根据三角形贯穿的地层 属性进行精确着色， 从而得到青海省内能源矿产 深部的地质三维剖切实体图、 切面图。该方法可 以有效提高地质测绘准确度， 但存在计算过程消 耗时间较长的问题[10， 11]。 针对上述问题， 提出一种基于GIS的青海省 内能源矿产深部开采中的地质测绘方法。实验 结果表明， 所提方法不仅能够有效提高地质测绘 的精确度， 还可以对矿产资源深部开采中的环境 管理进行重复测绘分析。 1基于GIS的矿产深部开采中的地 质测绘方法 1.1基于GIS的矿床成像计算方法 假设r代表雷达相位中心点， 利用公式 （1） 计 算出雷达相位中心到青海省内矿产深部开采中 矿床点的斜距R r,x Rr,x x 2 r 2 -2xcosθ（1） 式中，x代表青海省内能源矿产深部开采的 矿床点，θ代表雷达相位中心到青海省内矿床点 的等效斜视角， 结合泰勒公式将雷达相位中心到 青海省内能源矿产深部开采中矿床点的斜距距 离模型在x0处进行泰勒级数展开， 同时将x的 三次及更高次项忽略， 得到方位相压缩后的雷达 相位中心到青海省内能源矿产深部开采中矿床 点的斜距， 利用公式 （2） 进行表示 Rr,x ′ ≈r-cosθx sin 2θ 2r x 2 （2） 假设Br代表雷达发射的信号通过载波后的 线性调频率， 利用雷达发射的线性调频信号作为 雷达相位中心到青海省内能源矿产深部开采中 矿床点的距离向缩参考信号， 利用公式 （3） 进行 描述 exp{ } jπBr t- τp2 2 0≤t≤τ （3） 式中，j代表经过载波相位测量的青海省内 能源矿产深部开采中矿床点的面积，τp代表雷达 发射频率的脉冲宽度， 假设雷达发射的信号到青 海省内能源矿产深部开采中矿床点的斜距为R 且散射系数为单位值， 则可利用公式 （4） 计算出 青海省内能源矿产深部开采中矿床点的返回波 信号 s r,x t exp jπBr t- τp 2 - 2Rr,x ′ c 2 ∙ exp -j∙4πR r,x ′ λ （4） 式中，λ代表雷达发射信号的波长，c代表光 速， 在此基础上通过对公式 （5） 进行分析， 得到雷 达相位中心到青海省内能源矿产深部开采中矿 64 第6期 床点的压缩距离， 利用公式 （6） 进行表示 p t δ t- 2Rr,x ′ c exp - j4πRr,x ′ λ （5） 式中，δ代表常数。最后结合二维傅氏变换 将公式 （5） 乘上下述波数平移因子进行反变换， 得到青海省内能源矿产深部开采中矿床点的地 质复图像， 利用公式 （6） 进行计算 ψ ω exp{ } -jr ′-r 0rmin K （6） 式中，r′代表雷达发射信号到青海省内能源 矿产深部开采中矿床点的距离坐标，r0代表经过 傅氏变换后的距离坐标，rmin代表距离线到矿床 第一个边界点对应的斜距值，K代表方位向波 数。 1.2最小化矿产深部开采中的地质测绘时间 以1.1节获得的青海省内能源矿产深部开采 中矿床点的地质复图像为依据， 采用蚁群优化模 型使矿产深部开采中的地质测绘时间最小化， 有 利于减少测绘时所需要的时间， 具体过程如下 假设m代表矿产深部开采中地质测绘任务 总数，n代表矿产深部开采中地质测绘任务的优 先级， 利用公式 （7） 计算出矿产深部开采中的最 小测绘时间 Svi0 min i S vi min i ∑ j1 m kPijDij （7） 式中，vi0代表青海省内能源矿产深部开采中 的最小测绘时间，vi代表矿产深部开采中的第i 个地质测绘任务，i1,2,...,n，k代表地质测绘任 务之间的信息素强度，Pij代表地质测绘任务i和 地质测绘任务j之间的切换时间间隔，Dij代表执 行第i个地质测绘任务后执行第j个地质测绘任 务，j1,2,...,m。在进行搜索的过程中， 蚂蚁 kk1,2,...,M可以根据各条路径上的信息量以 及各路径的启发信息决定其在运动过程中的转 移方向来计算转移状态概率， 并利用禁忌表 tabukk1,2,...,M对当前蚂蚁k所走过的节点进 行记录， 利用公式 （9） 对t时刻蚂蚁k由地质测绘 任务i转移到下一地质测绘任务j的状态转移概 率进行计算 p k ij t εij α t ηij β t ∑s∈allowedkεij α t ηij β t ,j∈allowedk 0,otherwise （8） 式中，allowedk{} N-tabuk代表蚂蚁k允许 选择的下一步地质测绘任务。α,β代表两个参 数， 它们分别反映蚂蚁在运动过程中所有的积累 信息和蚂蚁在选择路径过程中启发信息的相对 重要性， 假设ηij代表启发函数， 可利用公式 （9） 进 行计算 ηij t 1dijdje （9） 式中，dij代表地质测绘任务i和地质测绘任 务j之间的切换时间，dje代表下一步可选地质测 绘任务j和完成最终地质测绘任务之间的切换 时间， 在状态转移规则中通过引入倾向性探索参 数q0来控制信息量的变化速度。当q≤q0 jargmaxj∈nextallow ti{ } εij α t ηij β t （10） 利用全局更新方法， 不仅可以大大提高蚂蚁 的搜索效率， 还可以避免蚂蚁对同一路径进行收 敛， 使搜索过程更具有指导性， 当M只蚂蚁完成 一次搜索循环时， 在蚂蚁经过的边上按照全局更 新规则对信息素浓度进行全局更新， 利用公式 （11） 进行计算 εijtn 1-ρ εij t Δεijt,tn Δεijt,tn ∑ k1 m Δε k ij t,tn Δε k ij t,tn Lgb -1全局最优路径 0否则 （11） 式中，ρ代表信息素的挥发系数， 其取值范 围 0ρ1，εij t代表M只蚂蚁在测绘任务循 环过程中路径 i,j上的信息素增量，Δε k ij t代表 地质测绘任务循环过程中第k只蚂蚁留在路径 i,j上的信息量，Lgb代表地质测绘任务循环中找 到的最优路径。 2实验结果与分析 实验采用青海省内某能源矿产深部开采中 矿床点的返回波数据进行试验。实验所用参数 为 卫星的高度和视角分别为651234 m和30， 卫 星发射波波长为0.36 m， 卫星， 矿床成像参考点处 的 多 普 勒 中 心 频 率 以 及 调 频 率 分 别 为 - 2413.4852 Hz和-538.8762 Hz/s。 分别利用GIS方法和三角网方法进行青海省 内能源矿产深部开采中的地质测绘方法研究实 李振萍.基于GIS的青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘方法研究65 第33卷科技通报 验。将两种不同方法下青海省内能源矿产深部 开采中的地质测绘方法的矿床预测的鲁棒性进 行对比， 对比结果利用图1进行表示 图1 不同方法下矿床预测的鲁棒性对比 Fig.1 Comparison of the robustness of different s for ore deposit prediction 通过对图1进行分析可知， 利用GIS方法进 行青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘方 法的矿床预测的鲁棒性要高于三角网方法， 这主 要是因为在利用GIS方法进行青海省内能源矿产 深部开采中的地质测绘方法研究过程中， 先将雷 达相位中心到矿产深部开采中矿床点的等效斜 视距离模型进行泰勒展开， 在此基础上利用傅氏 反变换将回波信号转换到空域中， 由此完成矿产 深部开采中矿床点的地质复图像， 最后结合蚁群 优化模型使矿产深部开采中的地质测绘时间最 小化。使得利用GIS方法进行青海省内能源矿产 深部开采中的地质测绘方法的鲁棒性较高。 从青海省内地质测绘院的矿产测绘图库中 取10幅矿产深部地质测绘图， 分别利用GIS方法 和三角网方法进行青海省内能源矿产深部开采 中的地质测绘方法研究实验。将2种不同方法进 行青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘的 精确度进行对比， 其结果利用表1进行表示 表1 不同方法下的精确度对比结果 Table 1 Comparison results of different s 实验次数/次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 GIS方法 93.52 91.83 91.76 94.38 93.41 93.62 92.95 89.74 89.96 93.92 三角网方法 63.51 62.75 61.92 63.71 59.83 59.16 60.82 61.78 64.57 62.83 通过对表1进行分析可知， 利用GIS方法进 行青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘的 精确度要优于三角网方法， 这主要是因为在利用 GIS方法进行青海省内能源矿产深部开采中的地 质测绘方法研究过程中， 对矿产深部开采中矿床 点的方位向参考函数进行分解， 得到雷达相位中 心到青海省内矿床点的距离向缩参考信号， 在此 基础上结合距离波数的平移变换得到青海省内 能源矿产深部开采中矿床点的返回波信号， 由此 完成矿产深部开采中矿床点的地质复图像。使 得利用GIS方法进行青海省内能源矿产深部开采 中的地质测绘的准确度较高。 3结束语 针对当前方法进行能源矿产深部开采中的 地质测绘时， 难以计算出矿产深部开采中矿床的 返回波信号， 存在深部成矿预测准确率较低， 且 无法对矿产深部的地质成矿单元边界以及圈定 矿化异常地段进行描述。为此， 提出一种基于 GIS的青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘 方法研究。实验结果表明， 所提方法能不仅够有 效提高地质测绘的精确度， 还可以对矿产资源深 部开采中的环境管理进行重复测绘分析。 参考文献 [1]张永亮， 李涛， 牟瑞涛， 等.复杂地质条件下矿山深部开 采地温预测方法研究[J].青岛理工大学学报， 2015， 36 41-6. 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[7]张维宽， 安华育， 赵海霞.基于GIS的数字地质测绘管理 系统设计与实现[J]. 电子设计工程， 2016， 2421153- （下转第71页） 66 自然变率下夏季西北太平洋副热带高压与南亚高压 关系研究基于NCAR CAM3模式分析 龙妍妍， 李飞 （中国民用航空飞行学院， 广汉 618307） 摘要 利用由气候的全球海表温度及海冰来驱动NCAR CAM3.0模式， 得到的200年控制试验结果， 通 过引用西北太平洋副热带高压指数和南亚高压指数， 研究了该系统的自然变率特征。结果表明（1） 模 拟的西北太平洋副热带高压具有年际变化和周期变化特征， 各指数关系密切；（2） 模拟的南亚高压具有 年际变化和周期变化特征， 各指数关系密切；（3） 自然变率下西北太平洋副热带高压与南亚高压关系密 切。 关键词 自然变率； 西北太平洋副热带高压； 南亚高压； 数值模拟 中图分类号 P435文献标识码 A文章编号 1001-7119 （2017） 06-0067-05 DOI10.13774/ki.kjtb.2017.06.015 Study on Relationship Between the Northwest Pacific Subtropical Anticyclone and South Asia High During Summer Under Natural VariabilitySimulated by NCAR CAM3 Long Yanyan， Li Fei （Civil Aviation Flight University of China， Guanghan 618307， China） AbstractBased on simulations of NCAR CAM3 forced by climatic global SSTs and sea ice,a control experiment result of 200 years is acquired，natural variety characteristics of Northwest Pacific subtropical anticyclone and South Asia High are studied by means of defined indices.Results show that 1simulated Northwest Pacific subtropical anticyclone showed interannual variabilities and periodic characteristic,a close relation exists between indices;2Simulated South Asia High showed interannual variabilities and periodic characteristic,a close relation exists between indices;3A close relation exists between Northwest Pacific subtropical anticyclone and South Asia High under natural variability. Keywordsnatural variability； Northwest Pacific subtropical anticyclone； South Asia High； numerical simulation 收稿日期 2016-07-13 基金项目 中国民用航空飞行学院重点项目 （XM1885） ； 中国民用航空飞行学院青年基金项目 （XM0209） 。 作者简介 龙妍妍 （1985-） ， 女， 硕士研究生， 工程师， 主要从事气候变化研究。 E-mail longyanyan1985。 西北太平洋副热带高压和南亚高压是东亚 季风环流系统中两个重要的成员[1,2]。季风是指 盛行风向随季节变化的现象， 是全球大气环流重 要组成部分。东亚季风环流系统是影响中国气 候的一个重要环流系统， 它与我国干旱或洪涝关 系密切,其对人们的影响也涉及到各个层面， 对它 的研究一直是国内外学者研究的热点[3-5]。实际 的气候变化是由气候自然变化和人类活动、 其他 外强迫因子 （如太阳活动、 火山爆发等） 引起的变 化最终叠加而成的[6]。为了排除人类活动和外强 第33卷 第6期 2017年6月 科 技 通 报科 技 通 报 BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.33 No.6 Jun. 2017