矿产勘查中GIS的成功实现
发布时间:2009/2/25 来源:中国勘察测绘网 阅读:32869
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  传统上,大多数勘探公司的工作都是以纸质报告和计算机输出的纸质地球物理图或地球化学图为基础。随着计算机技术(包括硬件和软件)的迅猛发展,GIS已成为许多矿业公司日常工作内容的一部分。在多数情况下GIS被用作基本的数据管理系统,而有些公司则利用GIS的特性,进行不同专业多源数据的综合,以更有效地确定下一个主要矿体可能赋存的靶区。不管GIS用于什么目的,将多学科的数字化数据综合在一起,需要特定的数据获取标准。而且,如果没有合理的管理和存储系统,数字数据可能很容易损坏或丢失。

  GIS的成功利用首先在于计划,在野外采集第一个样品前就应该开始。但计划做得再仔细,各种数据集的集成仍然是不容易做到的。有些问题与数据采集阶段的地形底图质量低劣,GPS的使用不正确和野外数据采集缺乏系统性和标准化有关。有些困难是数据存储阶段不完备的数据库设计造成的。最后,即使GIS工作完成以后,如果数据存储和处理系统不合适,也会造成数据集受损甚至丢失。

  新技术的发展意味着那些那怕是最小的勘探公司也能接受现代GIS。这些技术包括基于PC的、用户界面友好的关系数据库系统和GIS系统,能更精确地采集多边形信息的扫描仪和能克服点位误差的差分GPS(高差可达600米),软摄影测量(弥补工作底图的空缺)、便宜的计算机软硬件系统和更好的数据存储与管理系统(确保数据不丢失或多份复制数据的同步编辑与更新)。只要数据采集合理、遵循数据标准并妥善存储,GIS在矿产勘查中应用的全部潜力将迅速得以发挥。

  AGSO研制区域GIS软件系统的经验(Wyborn et al.,1989,1994; Wyborn,1990;Jagodzinski et al.,1993;Champion and MacKenzie,1994)表明,要在勘探中最大地发挥GIS的效能,许多问题需要在将其用于勘查项目之前认真考虑。在本文中,我们将对上述问题的某些方面和某些问题的细节进行阐述。有些GIS的应用问题可以从Gallagher(1995)、Wyborn等(1994,1995)、Hazell和Wyborn(1995,1996)等的文献中查到。

1 什么是GIS?
 
  在建立GIS之前,我们首先需要完整地界定GIS的概念。GIS被定义为"在解决问题的环境中涉及空间数据集成的决策支持系统"(Cowan,1988)。满足GIS的这一定义不需要在计算机硬件和软件方面的高额投资。实际上,地质学家使用"模拟"GIS可能已有100年或更长的时间,它是大家熟知的"透图台"或"窗口"。然而,使用这种"技术",纸质图件须是以相同比例尺绘制的,而且不能实现超过三个数据集的同时综合。

  70年代以来数字技术的发展,使得勘查工程师要面对的不仅仅是纸质地质图、等值线图和地球物理图等。现代勘查工作包含卫星图像和各类地球物理数据(重力、磁法、放射性量和电磁法)的采集与获取,以及多种地质、地球化学数据获取。图像处理系统的引进意味着一个数据集可以有多种不同版本,每一版本都清晰地突出了与勘查有关的某一方面的信息。很明显,传统模拟的GIS"透图台"需要被更有效的方法取代,以支持所有数字数据集的集成与综合。

  计算机技术的发展,如计算速度加快和数据存储能力的增大,以及与之相应的快速菜单界面、关系数据库和最新商用GIS软件包的发展,意味着GIS的建立已迅速成为勘查工作中必不可少的一部分。只要恰当运用,现代GIS将是勘查地质学家强有力的新工具。它可以将勘探所需的多元基础图形数据集以图层形式进行快速集成分析。GIS比"透图台"功能更多:它允许检查数据库环境下的复杂关系并可用来进行有效的靶区生成。

  遗憾的是,由于需要昂贵的硬件和软件,GIS又被视作当代技术重负的一部分。许多勘探公司感觉GIS是首脑机关操作的东西,必须装备大型计算机设备、由雇佣的首席专家全面控制运行。另一个看法是,GIS是较大的矿产勘探公司的领地,它超出了大多数小公司甚至中等公司的预算能力。其实不然。GIS属于每一个人,从地质学家或地球物理学家在野外运用掌上数字记录仪和袖珍笔记本收集野外数据,然后使用个人电脑软件在野外或基地构建他(她)的GIS,直到首脑机关的计算机专家在更大型的计算机上运用更高级软件进行深奥和复杂的数据集成和分析。GIS在任何公司、任何层次上成功实现的关键是准确而有效的数据采集,以确保任何公司掌握的任何数据集能够通过个人电脑或最复杂的计算机系统在任意尺度上实现快速集成。

2 GIS的构建--数据采集阶段

  在勘探公司掌握的所有数据(集)中,地球物理数据和陆地卫星TM影像数据是最容易进入任何类型GIS系统的数据类型。相反,点源数据,如野外观察点或原始地球物理测量数据,以及来自地质图的多边形数据,无疑是最麻烦的。对于点和多边形数据应当最大限度地强调周密、细致地考虑数据采集的精度,以确保在GIS中的有效利用。很多设计好的GIS,往往因为在数据采集阶段不够细心而导致不能完成原计划任务的。

  2.1 点源数据采集
  在任何一家公司,大多数野外观察点的数据通常存储在某种形式的数字化数据库中。遗憾的是,许多这样的数据库仅仅包含自由文本或电子表格的,这样的数据不适合在一个GIS系统内集成(Ryburn,1996;Hazell and Wyborn,1995,1996)。关系数据库系统(例如,ORACLE,INGRES,INFO,PARADOX,SYBASE)已经集成到高效GIS系统中。这些数据库的设计应当用心考虑最终用户,并且使信息易于检索。

  对集成在一个GIS系统内的任一数据库都有若干基本要求。与各种形式点数据关联的最关键性的信息是位置。在很大程度上,GIS就像房地产,最重要的事情是"位置、位置、位置"。在任何数据库中,位置应当以尽可能高级别的精确度和准确度存储。大多数GIS程序包允许投影到其他坐标系统。很显然,如果用澳大利亚公制坐标网(AMG)的坐标进行野外定位,那么,区带号或图幅号(1:250 000或1:100 000)和完整坐标(向东6位数、向北7位数)是必不可少的。这样,数据既可以使用AMG坐标在一个远景区尺度上来评价,也可以为了构建省际的数据集,轻易地转换为十进制的经纬度。对于区域性或大陆尺度的分析,相同的数据可以很容易投影到另一个笛卡儿系统(例如,兰伯特等角、等距圆锥等)。

  取自同一地点的若干样品类型或观察资料(例如,土壤地球化学、重力测量、地面磁测),不要在每个数据库中存储该点的位置信息,而要使各类资料的数据库链接到一个通用位置表,使得该点永远具有同一个位置坐标。数据库中还应存储对位置进行记录和定位的方法及其精度。Ryburn等(1993)描述了早期开发的野外数据GIS分析系统。与此同时,Beams(1995)开发了类似的地表地球化学分析系统。对于历史性数据,应当记录标定原始位置使用的图件版本,因为点数据在不同版本的图件上可能不同。随着NAVSTAR全球定位系统(GPS)的广泛应用,空间点的准确定位问题并没有必然地减少,实际上由于新类型错误的蔓延而可能增多,这些问题往往在数据集成时才显露出来(Hazell等,1996)。

  对于属性信息的存储,GIS数据库中的自由文本字段应尽量最少。自由文本字段在描述同一属性时不可避免地具有拼写错误和不一致现象。如果自由文本字段非常长,在适当时间内对其进行有效查找也很困难。数据库结构需要很好地考虑,每一项目仅存储一条用简洁词句描述的事实信息。可能的话,应建立标准化的下拉菜单表(或代码)选择项供填写选择,以避免拼写错误。例如,对任何一位地质学家来说?quot;Mount Isa Inlier"、"Mt Isa Inlier"、"Mt.Isa Inlier"、"Mount Isa Inler"、"Mount Isa Block"、"Mt. Isa Orogen"、"Mnt Isa Geosynclin"和"MOUNT ISA INLIER"是同一个地质省单元,而对GIS来说则是8个不同的名称。数字代码系统将解决这一问题,具体地说,如果建立了数据输入系统,当代码被输入时,详细名称将通过统一表格自动出现与输入。

  假如要对GIS内的数据库内容进行数学分析,那么相应的信息应当严格数字化。特别是涉及矿床数据或原始地球化学数据的分析。例如,使用">"或"<"符号可以迅速从数字域转化为特征域,但不能进行数学分析。如果在数据库中列出矿床品位(如7克/吨),则品位必须为数字字段,计量单位为独立的字符字段,并与标准化表格中的代码相链接(避免出现"gms"、"grams"、"g."、"g"、"grammes"等表示一种计量单位)。

  将数据库中数据与原始信息(如绢云母或明矾石的存在)或解译性信息(如低温蚀变岩相)相结合也很重要(值得注意的是,在现代文献中区分观察数据和解译数据常常是困难的。1980年以前文献中有关Mount Isa 和Pine Creek GIS程序包的大多数资料,主要是基于填图记录资料、解释注记和图件标识等实际资料而不是解译信息)。如果基于纯"观察"的数据被单独保存和如此标定,那么它就可以被定期地重新解释为再度流行的"模型"。