矿产资源利用现状调查成果与储量数据库衔接关键技术研究——以四川省为例

摘要

矿产资源是自然资源的重要组成部分，是人类社会发展的重要物质基础。矿产资源利用现状调查成果与储量数据库衔接（简称“两库衔接”）是国土资源部为加强矿产资源管理而开展的一项基础性工作。根据国土资源部对“两库衔接”工作的要求及矿产资源储量登记统计相关制度和矿产资源行政管理的目标，本文针对海量多源、异构、分布式矿产资源数据在进行统一管理与无缝衔接过程中存在的问题，通过对多源矿产资源数据库进行系统地对比分析研究，有针对性提出解决方案，目的是将不同数据来源、不同数据结构和不同数据格式等标准、时点不一的数据有效集成，实现矿产资源利用现状调查成果更新至储量数据库，从而达到多源矿产资源数据更新与共享的目的，为政府部门管理与服务提供准确、详实的基础矿产资源数据支撑和可靠保障。
　　“两库衔接”工作所需的关键技术主要集中在图像匹配、数据清洗、以及矿产资源储量数据衔接和更新三个方面。针对前二者国内外在遥感信号、军事、工业检测、医学、电信、互联网大数据等领域已有广泛研究，一方面是针对基于像素、变换域和特征的图像匹配研究，SURF算法特征点图像匹配技术凭借其良好的匹配效果已经成功应用于各领域;另一方面是数据清洗技术研究，大多集中在数据仓库、决策支持、数据挖掘等方面，尤其在银行、保险和证券等对客户数据的准确性要求很高的行业已有诸多应用。矿产资源数据衔接工作是我国建立矿产资源数据库50多年来首次对全国矿产资源储量的一次系统性清理，在这方面，项目组成员前期联合四川省国土资源厅针对“两库衔接”工作已经开展了多年的研究探索与实验，并取得了一套完整可行的工作方案。但是，由于四川省地域特点及海量异构数据的关系复杂性，在面对多源数据库衔接过程中如何摆脱传统的工作模式，有效利用现有信息技术手段，解决其关键技术研究过程中存在的图像匹配、数据清洗、数据库衔接与更新等技术问题，形成新的工艺流程，快速、准确、高效的完成“两库衔接”工作尤为重要，因此，论文主要从以下几个方面开展研究:
　　(1)等高线及地形特征点云在矿山位置定位中的应用研究
　　基于人工检索、地理空间坐标转换等方法，根据“矿区资源储量核查成果数据库建设技术要求”，完成对矿山拐点坐标的规则存储及对空间位置的校准，实现单源数据库空间图形关系的初步校正;同时，针对同一地区不同来源数据统一坐标系和地图投影后，仍存在位置“漂移”的情况，本文突破传统实地核查模式，基于矿山等高线及地形特征点云数据，运用改进SURF算子分块匹配技术，进行矿山位置定位研究;
　　(2)多源矿产资源数据库数据清洗方法研究
　　统计、分析核查数据库与储量数据库一致性关系，从数据结构、储量计算单元、核查矿区与上表矿区及采矿权归属关系、其他信息四个方面分析核查数据库与储量数据库不能有效衔接的异同点。引入“数据清洗”技术，并利用采矿权数据库和登记数据库作为中间数据库，提出基于空间位置信息与属性相似度相结合的方法对多源矿产资源数据库进行数据清洗方法研究。
　　(3)储量数据库更新
　　通过对多源矿产资源数据库的空间位置和属性信息存在的错、漏、重复、缺失等问题进行分析、定位与清洗，建立储量数据库更新工艺流程，完成“两库衔接”，同时，探讨储量数据库的管理与服务方式。
　　本文通过对“两库衔接”过程中关键技术进行研究，取得的研究成果与创新点如下:
　　(1)改进了SURF算子图像匹配技术，结合传统地貌学与现代信息技术，实现了矿山位置准确定位。本文在充分发挥地貌学中数字高程模型应用的广度和矿产资源国情调查技术的深度基础上，提出了将矿山地理位置定位转化为基于矿山等高线和基准图等高线匹配技术，结合数字高程模型、计算机算法等知识要素，利用改进SURF算子分块匹配方法可直接从匹配图像中得到矿山地理位置范围。通过大量实验表明，该算法具有运算量小、鲁棒性强、匹配定位精度高的特点，而且较传统野外实测方法用时短、成本低，操作简单。
　　(2)针对海量多源矿产资源数据衔接问题，提出了“数据清洗”技术在该领域的应用新工艺。本文将“数据清洗”技术引入矿产资源国情普查领域，利用基于空间位置信息与属性相似度结合的多源数据清洗方法，对多源数据库进行一致性清洗，实现多源数据库中矿区、矿山的空间位置关系和属性信息有机统一、矿产资源多源数据库常时态联动更新，解决了由于定义不同、标准不一造成数据“脏”的问题，进而为“两库衔接”工作提供了新的技术方法。
　　(3)突破传统工作模式，建立了矿产资源数据库快速更新工艺流程。本文针对四川省矿产资源数据复杂的特点，将地貌学、数据清洗技术和矿产资源国情调查有机结合，综合应用现代信息技术手段，建立了“两库衔接”关键技术在进行多源矿产资源数据库更新过程中的技术方案和工艺流程，并取得了显著效果。提高了矿产资源国情调查工作效率和研究水平，为矿产资源信息化建设提供了重要的技术支撑。
　　(4)通过上述关键技术研究，完成了基于四川省矿产资源管理现实场景的储量数据库更新。本文在四川省矿产资源管理现实场景下对矿产资源利用现状调查成果与储量数据库衔接关键技术进行研究和探索，通过将核查成果更新到储量数据库中，实现核查数据库与储量数据库有效衔接，更正了矿产资源储量，补充了原储量数据库中遗漏、错误、陈旧信息，使得衔接后储量数据结构更合理，储量家底更可靠，达到了矿产资源数据库更新与共享、准确掌控矿产资源储量家底的目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 “两库衔接”相关概念及原则

1．1．3 研究目的与意义

1．2 国内外相关研究现状分析

1．2．1 基于图像匹配技术的位置定位方法研究

1．2．2 数据库数据清洗方法研究

1．2．3 矿产资源数据库建设与衔接研究

1．3 研究内容与方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 论文结构、成果与创新

1．4．1 论文结构

1．4．2 论文成果

1．4．3 论文创新

第2章 研究区概况

2．1 研究区概况

2．1．1 经济和社会发展概况

2．1．2 矿产资源概况

2．1．3 经济社会发展对矿产资源的需求分析

2．2 多源矿产资源数据库概述

2．2．1 核查数据库

2．2．2 采矿权数据库

2．2．3 登记数据库

2．2．4 储量数据库

2．3 本章小结

第3章 多源数据库检查与问题分析

3．1 核查数据库检查

3．1．1 空间位置检查

3．1．2 属性数据检查

3．2 采矿权数据库检查

3．2．1 有效采矿权筛选

3．2．2 有效采矿权空间图形数据检查

3．2．3 有效采矿权属性数据检查

3．3 登记数据库检查

3．3．1 占用登记数据表检查

3．3．2 查明登记数据库检查

3．3．3 停办登记数据表检查

3．3．4 压覆登记数据库检查

3．4 储量数据库检查

3．4．1 空间图形数据检查

3．4．2 属性数据检查

3．5 多源数据库有关问题分析

3．5．1 问题表现形式

3．5．2 问题成因分析

3．6 本章小结

第4章 “漂移”矿山空间位置定位方法研究

4．1 基于人工检索的矿山坐标修改

4．2 基于坐标转换的矿山空间位置校正

4．2．1 国家大地坐标系

4．2．2 矿区地方独立坐标系

4．2．3 地方独立坐标系与国家坐标系转换方法

4．2．4 国家坐标系之间转换

4．3 基于等高线和地形特征点云矿山位置定位研究

4．3．1 等高线与地形特征点云

4．3．2 改进型SURF算子基本理论

4．3．3 平台及数据的选取

4．3．4 矿山定位基本流程

4．3．5 主要算法实现

4．3．6 实验结果及分析

4．4 本章小结

第5章 多源矿产资源数据库清洗技术研究

5．1 核查数据库与储量数据库对比分析

5．1．1 数据结构对比分析

5．1．2 储量计算单元对比分析

5．1．3 核查矿区与上表矿区、采矿权归属关系分析

5．1．4 其他信息对比分析

5．2 基于空间位置信息与属性相似度相结合的多源数据库清洗

5．2．1 数据清洗技术及原理

5．2．2 数据清洗方法

5．2．3 多源数据库数据清洗技术流程

5．2．4 基于空间位置与属性相似度的多源数据清洗

5．3 清洗结果

5．4 本章小结

第六章 储量数据库更新

6．1 储量数据库更新内容

6．2 储量数据库更新工艺流程

6．3 数据入库更新

6．4 数据库检查

6．5 数据库管理与服务

6．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果