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地學空間分析范文第1篇

【關鍵詞】 地心坐標系 地球橢球 地理空間 制圖區域 制圖物體 地圖符號

地理系統研究人類賴以生存與生活和影響所及的整個自然環境與社會經濟環境[1]。人類為了生存和發展的需要，必須以各種技術手段，采集和獲取地理空間的相關信息。現代測繪學，是信息科學的一個分支，是獲得物體的空間位置和屬性信息[2]。地圖作為空間信息的一種載體，它通過人們創設的地圖符號集合，能把制圖區域內復雜的空間存在壓縮為二維的簡單關系，從而使廣域空間內的自然現象和社會經濟現象的空間分布、地理特征和相互關系躍然紙上。二維地圖是人類認識上的飛躍，是人類原始思維向抽象化發展的結果[3]。地圖總涉及到地理空間、制圖區域和制圖物體等基本概念。在現行的大中專教材及有關地圖學文獻中，尚未見這些基本概念的數學定義，因而不能從理論的高度對其概括和闡釋。本文是筆者對地理空間、制圖區域、制圖物體數學定義的研究及其關聯的地圖符號的數學分析。

1 地理空間事物的橢球面定位

1.1 地心坐標系

以地球質心為大地坐標原點的坐標系，即地心坐標系。這種坐標系統是闡明地球上各種地理和物理現象，特別是空間物體運動的本始參考系。但長期以來，由于人類不能精確確定地心的位置，因而較少使用。目前利用空間技術等手段，已可在cm量級上確定它的位置，因此采用地心坐標系在當今既有必要性也有了可能性。現在利用空間技術得到的定位和影像等成果，客觀上都是以地心坐標系為參照系[4]。使用地心坐標系，在國際上已成為一種明顯的趨勢。

地球空間事物的定位，涉及地球的形狀和一定的坐標系。全球范圍內，可用地心大地坐標系和地心笛卡爾坐標系表示點的空間位置。

1.1.1 地球橢球

大地水準面包圍的地球形體比較接近真實的地球形狀，但仍是一個有100m起伏幅度的復雜曲面，不能用簡單的數學方程表示，更難以在此面上進行簡單而又精密的坐標和幾何計算[5]。為此，測繪科學中常以一個接近地球整體形狀的旋轉橢球代替真實的地球形體，這個旋轉橢球稱為參考橢球。在現代大地測量中，規定參考橢球是等位橢球或水準橢球，即參考橢球與正常橢球一致。一個等位旋轉橢球由四個常數定義，這四個常數常是赤道半徑a，地心引力常數GM，動力形狀因子J2，旋轉速度ω。考慮到便于利用GPS與國際兼容，我國建議采用參考橢球：a=6378137m；f=1∶298.257222101；GM=3986004.418×；ω=7292115×。根據這四個常數，可以得出一系列導出常數[6]。根據地球的扁率f，可以求出橢球短半徑b，從而可用數學方程表示一個已知長半徑a和短半徑b的橢球。

1.1.2 地心大地坐標系DL

地心大地坐標系是使地球質心作橢球中心，以過所求點c的橢球面法線與赤道面的夾角φ為緯度，以過c點的子午面與初始子午面的二面角λ為經度，以c點沿法線到橢球面的距離為大地高h，用c點的三個分量φ、λ、h表示其空間位置。地心大地坐標也即三維地理坐標系，記作DL。對于任何地球空間點c，總存在c=（φ、λ、h）∈DL|φ[0°～±90°]， λ∈[0°～±180°]，h∈[-H～+H]。已知地球橢球的長半徑a和短半徑b，可定義橢球面。

定義1　 地球橢球面 對c∈（φ、λ、h）∈DL，存在c1=（0°，λ，O）， c2 =（0°，-λ，O），c3 =（90°，λ，O），c4=（-90°，λ，O）∧d1（c1，c2）/2=a∧d2（c3，c4）/2=b，若點集滿足：

S={c|c=（φ、λ、h）∈DL，φ∈[0°～±90°]，λ∈[0°～±180°]，h=0} （1）

則稱S為以a為長半徑，b為短半徑的橢球面。若a，b分別為地球參考橢球的長、短半徑，則稱S為地球橢球面。

1.1.3 地心笛卡爾坐標系DK

以地心O為坐標原點，選擇一個以赤道平面上一組相互垂直的直線為X、Y軸，而以地軸為Z軸，這樣的坐標系稱地心笛卡爾坐標系，記作DK。若以地球參考橢球的長半徑a和短半徑b作常數，則地球橢球面也可定義。

轉貼于

定義2　 地球橢球面 存在地球橢球的長半徑a和短半徑b，若點集滿足：

S=｛c|c=（x，y，z）∈DK∧ =1｝

（2）

則稱S為以a為長半徑，b為短半徑的地球橢球面，其中2b即地軸兼旋轉軸[7]。

1.2 地理空間

地理科學研究的對象是地球的表層，具體地講，上至同溫層底部，下到巖石圈的上部，指陸地住下5～6公里，海洋往下4公里。設地球表層的上限為H1，下限為H2，從而得h的定義域（適用于“地球表層”概念）為h∈[-H2，H1]。根據h的取值，以h=0的橢球面為界面，可定義地球內空間和外空間。

定義3　 地球內空間 滿足條件

IntK=｛P|P=（φ，λ，h）∈DL∧-H2≤h＜O｝

（3）

的點集，稱為地球內空間。

地球內空間即指巖石圈頂部至地球橢球面之間部分。由橢球面與真實地球表面之間的差異，因此存在雖在地表之上卻因其處于橢球面內側而屬于地球內空間的點集。

定義4 　地球外空間 滿足條件

ExtK=｛P|P=（φ，λ，h）∈DL∧O＜h≤H1｝

（4）

的點集，稱為地球外空間。

地球外空間即是地球橢球面到同溫層底部的空間。由于橢球面與自然面之間的差異，同樣存在雖在地表之下卻因處于橢球面外側而屬地球外空間的點集。

定義5 　地理空間 地球內空間EntK、地球橢球面S和地球外空間EntK的并集，稱為地理空間，即

K=EntK∪S∪ExtK|EntK，S，ExtK∈DL

（5）

由于地理空間的上下限H1和-H2的選擇與地球表層概念相適應，因此，地理空間的定義也就是地球表層的數學表述。

2 制圖區域和制圖物體

2.1 同胚

定義6 　同胚 設X和Y是兩個隨意的拓撲空間，并設f：XY。如果f是連續的雙一一函數，并且它的反函數f -1也是連續的，那么，f就叫做空間X到空間Y上的同胚或拓撲映射或拓撲變換；此時空間X與空間Y叫做同胚的，記作X≈Y。

如果f是空間X到空間Y上的一個同胚，AX，并且B=f（A），則稱點集A與點集B是同胚的，記作A≈B；此時又稱點集B是點集A在同胚f之下的同胚象或拓撲象。如果f是空間X到空間Y上的一個同胚，g是空間Y到空間Z上的一個同胚，則復合函數gf是X到Z上的一個同胚。空間的同胚關系≈是一個等價關系[5]。地貌等高線圖形，也就是其上覆地貌的同胚象[6]。

2.2 覆蓋空間

定義7　 覆蓋空間 設E和B是連通且局部道路連通的拓撲空間，f∶EB是連續滿射，如果對于每個c∈B，存在c的道路連通開域U，使得f把f -1（U）的每個通路連通分支同胚地映射成U，則稱（E，f）是B的覆蓋空間，這種U稱為容許鄰域，B稱為底空間，f稱為覆蓋投影[10，11]。

2.3 制圖區域和制圖物體

2.3.1 橢球面上點c與過c點的橢球面法線hC的雙一一函數關系

設c為橢球面S上的任意點，c∈S，過c點能且僅能作一條法線hC指向地理空間K。由于大地高h以橢球面為起算面，故地球外空間ExtK=｛hC|0＜hC≤H1｝，地球內空間IntK=｛hC|-H2≤hC＜0｝。顯然，地球空間的橢球面法線hC與橢球面上的投影點c是雙一一函數。現把覆蓋空間定義應用于地球外空間ExtK與地球橢球面S：令覆蓋定義中的E=ExtK，B=S，f是連續滿射，c∈S，|f -1（c）=hC∈ExtK，這里S是底空間，（f， ExtK）是S的覆蓋空間，f為覆蓋投影，c是hC在f下的同胚象或拓撲象。同理可說明地球內空間與地球橢球面的關系。

2.3.2 制圖區域和制圖物體的橢球面定位

定義8 　制圖區域 設A為S的子集，AS，如果A是S中一個連通的開集，那末，A就叫做S中的一個區域。點c∈A，c的鄰域U的原象f -1（U） ∈f -1（A）被作為制圖對象時，則稱f -1（U）為制圖物體。f -1（A）在橢球面上的投影A稱為制圖區域。c的鄰域U在球面上的外在特征有三種：

1） 當U=c為單一點時，稱c為f -1（U）的點狀定位；

2） 當U=lC，lC表現為線狀連通集時，稱lC為f -1（U）的線狀定位；

地學空間分析范文第2篇

關鍵詞：景觀生態學，地理信息系統，生態適宜性分析，生態敏感性分析

1. 地理信息系統與景觀生態學概述

1.1 地理信息系統功能及特征

地理信息系統(GIS)作為一種由計算機硬件、軟件以及規則組成的系統，能夠支持空間數據的獲取、管理、操作、分析、模擬及顯示，并解決復雜的計劃及管理問題。地理信息系統區別于其它信息系統的關鍵之處是，地理信息系統強調空間實體及其關系，注重空間分析與模擬操作。從技術角度而言，地理信息系統能夠有效利用地理學的原理來組織和綜合各種不同時序的空間數據集的能力。具體表現在兩個方面：其一，地理信息系統具有強大的對空間數據的處理和對現實世界的模擬能力；其二，地理信息系統也可以通過時空模型構建，分析地理要素發展的時空變化,為咨詢、規劃與決策提供技術支持。

地理信息系統的應用領域包括資源管理、資源配置、城市規劃和管理、土地信息系統和地籍管理、生態環境管理與模擬、應急響應、地學研究與應用、商業與市場、基礎設施管理、網絡分析和可視化應用等與地理空間信息相關的各個領域。地理信息系統之所以普遍運用，與其自身的特征優勢是分不開的，具體表現為：一是具有采集、管理、分析和輸出多種地學空間信息能力，具有空間性和動態性；二是以地學研究和地學決策為目的，以地學模型方法為手段，具有區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測能力，產生高層次高質量的派生信息；三是由計算機系統支持進行空間數據管理，并由計算機程序模擬，獲得專門數據的地學分析方法或模型，作用于空間數據產生有用信息，快速準確地提供科學決策依據。

1.2 景觀生態學研究特點

景觀生態學的概念由德國著名植物學家特羅爾于1939年提出后，引起了越來越多學者的重視并廣泛應用于各個領域。

景觀生態學是以景觀為對象，通過能量流、物質流、物種流及信息流在地球表層的交換，研究景觀的空間結構、內部功能、時間與空間的相互關系以及時空模型的建立。景觀生態學把地理學研究空間相互作用的水平方向與生態學研究功能相互作用的垂直方向結合起來，并探討空間異質性的發展和動態及其對生物和非生物過程的影響以及空間異質性的管理。

目前，景觀生態學的研究焦點是在較大的空間和時間尺度上生態系統的空間格局和生態過程，強調空間格局，生態學過程和尺度之間的相互作用。這也就決定了景觀生態學研究的一個重要方向就是在一個相對較大的區域尺度上，運用生態系統原理和系統方法研究景觀結構和功能、景觀動態變化以及相互作用機理、景觀的空間格局、優化結構，從而達到合理利用和保護景觀的目的。

從上述景觀生態學的研究特點可以看出，景觀生態學研究是建立在大尺度上，空間顯性地研究景觀格局功能及其動態，這就要求研究者能夠處理大規模變化著的空間數據景觀生態學這種要求使之必然選擇地理信息系統作為研究工具。

2.生態適宜性評價原理及實證研究

景觀生態學在對區域大尺度上對一系列的生態系統的空間性質及其相互關系的進行研究，也決定了其必然需要獲取對大量的不同時序的空間數據來進行分析和處理，地理信息系統技術在很大程度上解決了景觀生態學研究所面臨的這一關鍵問題，并逐漸成為景觀生態學研究的重要特征之一。

地理信息系統技術在景觀生態學中的應用主要是利用地理信息系統軟件的強大的空間數據存儲、分析和處理特性，并結合景觀生態學方面的基本原理，已達到優化景觀空間格局，合理利用和保護生態景觀的目的。

2.1分析原理

生態適宜性分析涵義比較廣泛，既可以指區域土地的生態現狀及開發條件，也可以指區域或特定的空間其生態環境條件的最適生態利用方向，還可以是規劃區內確定的土地利用方式對生態因素的影響程度（生態因素對給定的土地利用方式的適宜狀況和程度）。它是土地開發利用適宜程度的依據。

在進行適宜性分析評價時需要考慮的影響因子有很多，生態方面的，經濟發展方面的等等都有，不過通常情況下，適宜性分析主要考慮的是生態方面的限制性因素，如與水源，生態敏感地的距離，坡度高程等因素，所以通常意義上的適宜性評價可以狹義的理解為是生態適宜性評價。

2.2 分析方法

生態適宜性分析多采用疊加分析法，其分析過程（如圖1）可以歸納如下：

第一，明確與適宜性分析相關的因子（一般由參考他人研究憑經驗獲得因子，也可以由相關領域的專家來確定，即德爾菲法確定），確定各個因子之間的關系及相對重要性，并對每個因子賦以權重；

第二，根據單個因子在空間上的分布狀況，針對適宜性評價的目標進行分級，形成單因子的生態適宜性評價圖；

第三，按照每個因子的權重對單個因子的生態適宜性結果進行疊加，獲得多因子生態適宜性分析結果；

第四，對疊加分析生成的多音字適宜性分析結果進行分析，得到生態適宜性分析結果。

2.3 實證研究

在對某濕地公園的生態適宜分析研究過程中，充分分析和總結國內外濕地公園生態適宜性分析案例，選取了生態價值因子、地形因子以及人為干擾因子進行評估，并采用專家打分法，獲得三個因子的相對重要性，并賦以權重分別為0.5,0.3，0.2；以濕地公園用地的生態適宜性分析作為目標，對生態價值、地形以及人為干擾三個因子單獨進行分級打分（如表1），并利用地理信息系統在空間上形成單因子的生態適宜性評價圖（如圖1）；利用地理信息系統的空間分析模塊，對三個因子的各自的生態適宜性分析結果按照相應的權重值進行空間疊加分析，生成多因子生態適宜性分析結果（如圖1）。

3.討論

地學空間分析范文第3篇

關鍵詞：GIS技術；成礦預測；空間分析；找礦有力度

Abstract: Geographic Information System (GIS) technology applied to the mineralization forecast, thorough transformation of the traditional metallogenic prediction methodology simplifies the forecasting process, to improve the prediction efficiency and level, to become a geologist comprehensive multi-sources geological information conducted the mineralization forecast epoch ideal tool. GIS technology can be applied to all aspects of the mineralization forecast, mainly reflected in the data collection and collation, a spatial database, spatial analysis, metallogenic prediction. This article describes the theoretical basis of the application of GIS in Metallogenic Prediction the inevitability and GIS mineralization forecast, focusing on the metallogenic prediction methods are discussed.Key words: GIS technology; metallogenic prediction; spatial analysis; prospecting efforts

中圖分類號：DF991 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

GIS概述

GIS即地理信息系統（Geographic Information System）是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。

它可以制作精度十分復雜的地形和地質圖，并能對圖形數據與各種專業數據進行一體化管理和空間分析查詢，從而為多源信息的綜合找礦預測提供了較為理想的平臺。GIS主要實現制圖、空間分析及屬性管理等功能，分為輸入、編輯、輸出、空間分析、庫管理、使用程序六大部分。根據其功能及技術特點，主要用途有：多源地學數據的采集與集成，可方便地接收與采集不同介質、類型和格式的數據，并將其用統一的數據路進行管理；數字地圖的編輯、制作與出版，其編輯功能比較實用，符合地圖制作的工藝要求，經過大批量的地圖制作實踐，相當成熟；地圖信息系統的建立，能實現圖形與專業屬性數據庫的有機連接，可以建立以地圖信息為基礎的專業信息管理系統；多源地學信息的綜合分析，在GIS較強的空間分析與查詢功能基礎上，學者們可方便地用交互方式對多源地學信息進行對比、綜合、分析，從而發現和總結其中的規律。

基于以上種種優勢，GIS 技術一出現，就得到了地學界的廣泛關注,并迅速

滲透到與地學有關的各個領域。

二、GIS 應用于成礦預測的必然性

成礦預測基本目的是能夠預測未發現礦床的位置，并大體知道這些礦床的類型、規模和品位。目前，成礦預測的基本理論有相似類比理論、地質異常理論及組合控礦理論。相似類比理論是根據“模型區”已知礦床成礦條件和控制因素的研究建立礦床模型，或根據所要找尋的礦床類型選擇相應的礦床模型，依據礦床模型選擇靶區評價變量，建立評價標準，依據標準評價預測區的資源潛力，這種建立在已知礦床研究基礎上的模型預測存在下列缺陷：由于礦產勘查工作不平衡性，預測區往往缺乏與模型區同等詳細程度的“診斷性”礦化信息；只能預測類型相同或相似的礦床，而不能預測新類型礦床和具“點型”分布的巨型礦床；對于大比例尺成礦預測，由于缺乏足夠的已知礦床以致于難以建立礦床模型而無法開展模型預測；由于上述原因，“模型”預測具有很大的不確定性，這表現在地質條件相似的地區，一個地區有礦，而另一個地區則無礦；反之，在一些地質條件有利地段缺乏的礦床并不表明在條件類似的另一地段亦不存在。而地質異常是可能產生特殊類型礦床或產出前所未有的新型或新規模礦床的必要條件，因此，從地質異常角度研究成礦地質條件與通常研究控礦地質因素相比具有更特殊的意義，同時，對地質異常的研究有助于深化對許多基本成礦預測問題的認識。近年來，一些學者一直在探索應用地質異常理論開展成礦預測的新途徑。

三、GIS 成礦預測的理論基礎

GIS 成礦預測空間模型的建立是以“5P”找礦地段理論為依據,其目的是通過它進行“5P”找礦地段的圈定。從找礦地段的定義可知,“5P”地段的圈定,實際上是對各種不同比例尺的地質信息(單一、組合和綜合)、地質找礦信息(單一、組合和綜合)、地質工程信息等進行組合、匹配、疊加、篩選、融合的處理過程。GIS 的空間分析功能正是完成上述操作最有力的工具。需說明一點的是,將GIS 應用于成礦預測,主要是借助其功能對地質異常體進行分析,從而圈定出對應的“5P”地段。隨著地質異常理論的建立,人們在實際工作中已經總結出很多GIS 成礦預測的空間模型。雖然這些模型由于實際應用的不同會有差別,但它們的基本框架都是源于趙鵬大院士在闡述地質異常理論和“5P”找礦地段圈定時提出的“地質異常礦體定位方法流程”(圖)。

地質異常礦體定位方法流程（趙鵬大，1999）

地學空間分析范文第4篇

關鍵詞　地球信息科學；全球環境變化；系統研究方法

 

1 引言

全球環境變化是當今環境研究的熱點，也是地球信息科學的應用問題之一。土地利用變化通過與氣候、生態系統過程、生物地球化學循環、生物多樣性和人類活動的相互作用來影響全球變化，它是全球環境變化的主要驅動力之一，也是全球變化研究的中心內容。在全球尺度，土地覆蓋變化是土地利用變化長期積累的結果。因為這些變化影響氣候、土壤、植被、水資源和生物多樣性等人類賴以生存的主要自然資源，所以它們在陸地生態系統中與可持續發展問題密切相關。

為了分析土地利用變化過程、景觀空間異質性動態、人類對土地覆蓋變化的反應，我們至少需要以下兩個方面的數據：①過去各個歷史時期的景觀綜合圖和其它土地覆蓋的間接證據；②反映近期土地變化的遙感數據。

為了整理來源于遙感和景觀綜合圖等的有關信息，并在一個公用的空間框架中為地理、文化、政治、環境和統計數據提供輸入、儲存、處理、分析和顯示能力，我們需要地理信息系統。

為了預測地球系統的變化趨勢，數學模型是必不可少的。土地利用變化的數學模型包括基于變化格局外推的診斷模型和基于土地利用變化過程的動態集成模型。現有的數學模型綜合了景觀變量和變化的近因，可以進行短中期預測。

全球變化的長期預測需要分析土地覆蓋變化在不同地理和歷史背景下的主要人文驅動因素，分析氣候變化和全球生物地球化學因素對土地利用和土地覆蓋的影響。這些分析需要綜合土地利用動態的案例研究，通過運用地學信息圖譜對這些大量典型案例研究的對比分析，在區域尺度得出土地利用變化的一般結論。為了使這些研究從區域尺度上升到全球尺度，我們必須進一步分析空間異質性、技術創新、政策變化和城鄉動態等問題[1]。

在全球環境變化方面我國已有很多研究成果[2～4]，同時也已產生了許多研究方法。例如，葉篤正等提出了全球變化的預研究方法[5]；張新時等改進了 holdridge 模型，并據此研究了氣候變化對中國森林植被的可能影響[6]；李克讓等開發了氣候—森林響應動力學模型[7]。本文主要從地球信息科學的角度，討論我們對全球環境變化系統研究方法的一些認識。

2 數據獲取

第一手數據對全球環境變化研究是非常重要的，如果第一手數據有問題，那么下面的所有分析和預測都將是建立在沙灘上的空中樓閣[8]。早在 1960 年代初，作者之一（陳述彭）利用海南島航空像片對包括坡度、土地利用、植被、土壤、坡向、地貌和地質多要素解譯及地面實況進行了三級比例尺驗證。在航空像片綜合利用與農業綜合制圖的實驗中，主張以地理的綜合方法作為解決熱帶航空像片分析與農業制圖的基本途徑，即：按照地面控制考察與航空像片分析相結合的原則，從研究區域自然綜合體的自然歷史過程著手，摸清各種自然要素之間相互依存、相互制約的關系，綜合利用航空像片，相互闡明，彼此印證。根據像片判讀和量測的可能性，試制了大北部試點地區的 6 種基本自然條件與土地資源圖：微地貌結構圖、坡度組合圖、植被圖、土地利用圖、土壤土質圖和農用地形圖[9]。

1978～1980 年間，中國科學院組織全國 80 多個單位，在云南騰沖地區首次進行了大規模的綜合航空遙感試驗。這次遙感試驗分為 33 個專題進行，包括地質、農林、水資源、測繪制圖等各個專業的解釋制圖工作，以及各種遙感儀器檢驗和波譜測試工作。在土地管理方面，根據地物波譜特性和遙感圖像的亮度系數，對土壤進行聚類。通過彩色紅外片的色散分析，鑒別主要森林樹種，利用遙感圖像解譯立地因子，回歸估算森林材積量和評價宜林地。利用彩色紅外像片，從圖像上直接解譯 20 多種土地利用類型和土壤特性，確定植被覆蓋率、森林和各類植被的覆蓋面積，劃分植被類型，確定森林植被的郁閉度、分層和高度等數量指標，分析生態環境條件并分出優勢樹種。在這次試驗過程中，通過地面實況觀察和航空像片解譯，編制了試驗區的自然景觀圖；結合應用土壤、植被、水分等參數，通過航測地形圖的數據量測，建立了騰沖地區數字地形模型[10]。

1981 年，在渡口—二灘開展的第二步試驗中，以航空遙感資料為基礎，從土地覆蓋和環境污染著手，試驗多源的數據采集與空間配準的方法，探索了信息專題化和數字化的技術途徑[11]。其試驗內容包括：①彩色紅外正射影像地圖的編制；②土地覆蓋圖的編碼；③社會經濟統計數據的

自

1970 年代末以來，遙感技術在我國得到了較廣泛的應用，例如：大地構造學理論與板塊學說的驗證，水、氣動力學現象與自然歷史軌跡的分析和生態系統的監測與環境科學的應用[12]，陜北黃土高原地區遙感應用研究[13]，資源環境動態遙感與模型分析試驗研究[14]，三北防護林遙感綜合調查研究[15]，城市遙感[16]和中國資源環境遙感宏觀調查與動態研究[17]。

遙感圖像和數據是現代地理信息的重要來源之一[18]。遙感圖像是一種綜合性的地理信息源（包括各種地理要素），同時，又是一種空間信息，為地理現象的空間分布提供了定位、定量的數據。遙感數據比地圖更進一步強化了地理綜合體的形象和概念，它提供了具有全息性質的交織在一起的可見景觀實體影像。人地關系錯綜復雜，難解難分，通過其中相互依存、相互制約的關系，人們可能由此及彼、由表及里，超越直接的形象，借助于間接的標志，從中獲取極其豐富的二次信息。因此，遙感是一種運用物理手段、數學方法和地學規律相結合的數據獲取技術。在 20 世紀和 21 世紀之交的今天，遙感技術不再是孤立的系統，已達到了與全球定位系統、地理信息系統和網絡技術緊密結合的水平，可以為全球環境變化研究提供多維和動態的網絡數據。

3 地理信息系統

地理信息系統的發展可劃分為 4 個相互重疊的階段[19]：1950 年代到 1970 年代中期是地理信息系統的開拓階段，1970 年代中期到 1980 年代初期是政府資助研究和正式試驗階段，1980 年代初期到 1980 年代后期是地理信息系統的產業化階段，自 1980 年代后期以來地理信息系統進入工作臺站網絡化和多媒體階段。我國自 1960 年代初期躋身于地理信息系統的探索、試驗和發展以來，在研究方面基本上保持著與國際同步發展的水平[20]。

從歷史發展來說，地理信息系統脫胎于地圖[21]。地圖和地理信息系統都是地理學的信息載體。其所以稱為地理信息系統，是因為它的特定性質屬于空間型，以區別于其它統計型的信息系統。它的主要特點是，每個數據項都按地理坐標來編碼，即首先是定位，然后是各種定性、定量屬性。以這些定位數據庫為基礎而發展起來，具備愈來愈完善的分析功能的信息系統，則統稱為地理信息系統[22]。它的基本構成包括三部分，①地理基礎：按經緯度、地形圖格網或行政區劃、流域等來建立格網的或多邊形的地理坐標；②標準化和數字化：將統計數據、地圖或影像加以規格化和數字化，以適應計算機輸入和輸出，以便于人文與自然要素之間的對比與相關分析；③多維結構：實現三維的空間信息結構并按時間序列延續，從而具備信息存儲、更新和轉換的能力[23]。地理信息系統是具有多層次數據結構、多功能綜合分析能力的空間型信息系統，可把全球或地球的大量自然因子和人文要素的屬性，按照地理位置建成關系數據庫，再加上遙感衛星的周期性大范圍掃描數據以及結合經濟統計的實時傳輸，使數據保持在經常的更新狀態之中。因此，我們可以根據地理系統建立空間分析模型，對全球環境變化進行動態模擬和預測[24]。

4 數學模型

建立新一代空間動態模型是全球變化研究面臨的主要挑戰[1]，而總結和評價現存的有關模型是新一代模型必不可少的基礎。為此，我們自 1998 年 7 月開始進行數學模型文檔庫建設。由于資源環境數學模型的復雜性，有關模擬系統質量的隱含和明確假設對模型用戶常常并不是不言自明的，所以，標準化數學模型文檔庫中的每一個模型包含有 6 個層次的信息，它們所包含信息的詳細程度逐漸提高。即：①注冊信息層：包括有關模型的整體信息，例如摘要、作者聯系地址和參考文獻等；②科技信息層：包含層次 1 中的所有信息以及模型的詳細科技信息，例如，模型的數學方程、參數變量、隱含假設和資源環境背景等；③數學信息層：包含層次 2 中的所有信息及模型的數學基礎；④過程信息層：包含層次 3 中的所有信息及模型的構建過程或論證過程；⑤程序信息層：包含層次 4 中的所有信息及模型的原程序；⑥案例信息層：包含層次 5 中的所有信息及模型的應用案例。

通過比較分析文檔庫中的模型，對現存建模方法的局限性和尚待創建的數學模型有了一個全面的認識，并因此派生了具有創新意義的模型。例如，以綜合生物多樣性模型[25]為核心的景觀空間異質性動態模型體系，以生態系統穩定性模型[26]、連通性模型和基于植被指數的土地生產力模型為核心的土地利用變化過程模型體系，以數據挖掘模型[27]為核心的氣候變化模型體系和以土地管理虛擬系統[28]為核心的人類對土地覆蓋變化的反應模型等。

5 地學信息圖譜

發展和完善一種方法來反演 (backcasting) 土地利用

和土地覆蓋變化的過去和預測 (forec asting)其未來，是全球變化研究的具體目標之一[1]。地學信息圖譜正是迎合這一研究目標的有效可選方法之一。

地學信息圖譜是在繼承中國傳統研究成果的基礎上，運用衛星遙感、全球定位系統、地理信息系統和信息網絡等當代先進技術和現代科學理論發展起來的，它是一種圖譜生成過程智能化的系統理論。地學信息圖譜吸收了景觀綜合圖簡潔和數學模型抽象的特點，它的發展經歷了景觀制圖實驗[29]、圖譜概念的提出[30]、圖譜方法的

應用[31、32]和地學信息圖譜理論[33]的形成 4 個階段。地學信息圖譜由征兆圖、診斷圖和實施圖組成。征兆圖是信息提取模型對有關數據的運行結果，可為我們進一步研究提供線索和依據[28]；診斷圖可表達為各種基礎圖的不同組合，可反映資源環境動態的變化與發展趨勢[34]；實施圖以診斷圖為依據，通過改變各種邊界條件，分析推理不同控制條件下的決策方案，可為進行規劃實驗提供依據和預案[35]。

圖譜是一種源遠流長的中國傳統方式，主要運用圖型語言進行時間與空間的綜合表達與分析；地學信息圖譜則是應用地學分析的系列多維圖解來描述現狀，并通過建立時空模型來重建過去和虛擬未來[33]。也就是說，地學信息圖譜不僅應用于數據采集和數據開發利用，而且服務于科學預測與決策方案的虛擬。地學信息圖譜具有以下 4 個重要功能：①借助圖譜可以反演和模擬時空變化，即可反演過去、預測未來；②可利用圖的形象表達能力，對復雜現象進行簡潔的表達；③多維的空間信息可展示在二維地圖上，從而大大減小了模型模擬的復雜性；④在數學模型的建立過程中，圖譜有助于模型構建者對空間信息及其過程的理解[35]。

6 討論

事實上，許多科學家已經認識到了全球環境變化系統研究方法的重要性。例如，一些專家認為[36]，為了解決全球環境變化亟待解決的問題，必須重視以下幾個最重要的方面：①優化衛星觀測系統和地面監測網；②建立有效的地理信息系統，集成源于野外工作、航空照片、衛星影像和地圖的有關數據；③構建和發展地球物理與生物過程模型、優化氣候模型中的生物圈參數，以分析衛星觀測的時間序列數據；④發展基于衛星觀測數據、地理信息系統和分析模型的全球變化預測理論。有的專家

提出[37]，重建過去的生態景觀過程、模擬當前的景觀動態、分析其驅動因素、發展典型案例研究支撐的地理信息系統是最有前途的全球環境變化研究方法，數字影像處理、地理信息系統和數學模型的集成為我們更準確全面地監測和預測環境變化提供了新的可能性。

因為我們目前還沒有精確、詳細的全球尺度空間數據，所以空間抽樣研究是全球變化研究的一個重要手段[1]。例如，根據土地覆蓋變化的生態和社會經濟敏感性以及我們現有的數據基礎，我們可以首先對全球變化有重要意義的以下 4 個熱點地區進行深入研究。

（1）黃河三角洲：它位于渤海灣和萊州灣的灣口，地處 37°20′～38°10′n、118°7′～119°10′e，屬溫帶半濕潤季風氣候區。地下蘊藏著豐富的油氣資源和其它沉積礦床，已建成我國第二個最大的石油工業基地。地面農業資源多種多樣，擁有豐富的水沙資源、土地資源、草場資源和廣闊的灘涂，生產潛力很大。但由于對黃河三角洲地區特殊的自然環境缺乏全面的認識，以及旱、澇、鹽堿等不利因素的影響，生態平衡一度遭到破壞。為了為黃河三角洲的可持續發展建立遙感監測系統和資源與環境信息系統，1985 年 10 月國土資源衛星協調小組將黃河三角洲列為試驗區之一[38]，到目前為止，已形成了較完整的時空動態遙感數據系列。

（2）珠江三角洲：珠江三角洲位于廣東省中南部，瀕臨南海，是我國南亞熱帶最大的沖積平原。自 1978 年以來，成為我國層次最高、發展最快的改革開放先行地區[39]。未來的珠江三角洲將是一個經濟快速發展、城鄉融為一體的經濟區和城市密集區[40]。為了保證珠江三角洲的可持續發展，我國即將啟動珠江三角洲地區的 1∶1 萬基礎地理數據庫建設，并運用 1m 分辨率以上的各種衛星數據，建立包括 1m 分辨率的資源、環境、社會和經濟方面的多分辨率數據庫。

（3）黃土高原：黃土高原水土流失非常嚴重，它不僅破壞了當地的生態環境，而且給黃河下游的海防帶來了很大的威脅。為了全面了解土壤侵蝕狀況和水土保持工作的進展情況，為綜合治理和合理開發提供科學依據，1985 年我國起動了“黃土高原遙感系列制圖”課題。根據調查結果將黃土高原分為劇烈侵蝕區、強烈侵蝕區、高強度侵蝕區、強度侵蝕區、中度侵蝕區和輕度侵蝕區、建立了黃土高原 1∶100000 資源與環境遙感調查數據庫[41]。

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地學空間分析范文第5篇

關鍵詞：GIS技術；地質找礦；優點； 應用

隨著地質勘查工作的深入，工程建設規模的擴大，礦山的地質勘查深度及廣度的不斷拓展，勘察信息需要交流的速度也越來越快，這就迫切地需要一種方便快捷的手段作為勘查信息交流的載體，而GIS技術可以很好地滿足這種需求。

一、地理信息系統（GIS）的概述

地理信息系統（即GIS技術）是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。它可以制作精度十分復雜的地形和地質圖，并能對圖形數據與各種專業數據進行一體化管理和空間分析查詢，從而為多源信息的綜合找礦預測提供了較為理想的平臺。GIS技術改變了以往依靠傳統手工圖紙進行成礦數據管理、采集、處理與解釋的方式，實現了各類海量數據進行集成、綜合管理、快速處理與分析、可視化輸出的現代化技術過程。

二、在地質找礦中GIS技術應用的優點

GIS技術強大的數據采集、分析、管理功能，為解決環境及資源問題提供了重要途徑。在具體的地質找礦工作中，具有以下的優點：

1、完備的數據庫系統。GIS技術是一種處理數據輸入/出、圖件產品的計算機軟、硬件系統，它集采集、存儲、管理、檢索和綜合分析各種地理空間信息為一體，涵蓋了計算機的各種應用程序和各種地學信息數據，并且還可以有效地組織而成的現實空間信息模型。在地質找礦勘查工作中，地質人員可以通過輸入空間材料的數據，形成各種模型，并且可以從視覺、計量和邏輯上對現實空間進行模擬、管理及預測；地質人員可以隨意的抽取、組合、傳輸相關的空間信息，對各類數據所形成的圖片進行仿真模型，有效地預測出成礦的規律及巖土成分。

2、先進的空間分析技術。GIS相較于傳統找礦方式的主要優勢即是其擁有卓越的空間分析技術，GIS的空間計算和分析功能可以對地質體系中的空間關系進行科學的定量定性分析。例如，GIS具有的疊加功能在礦產資源勘察中具有很高的應用頻率，通過將各種圖形信息進行重疊放置可以有效提取礦產信息，并對各項成礦信息進行嚴密的分析計算，而在重疊放置的過程中沒有數量限制，可以有效納入更多的數據信息，進而可以增加其計算精準度。

3、對圖形的處理更加靈活。可以把GIS看作是一個圖形處理和顯示的系統。圖形可以是矢量格式，也可以是柵格格式。在該系統中，包含有許多圖形的算法，可以充分地實現圖形的生成、修改、布局、裝飾、顯示、可視化等操作的需求。并且可以表達和描述復雜的空間實體，并且對所收集到的圖形、圖像數據和屬性數據高度集成的地理信息系統數據庫，為全面管理地質勘查找礦設計信息提供了可能，為建立完善的地質模型、預測成礦、地形特點等，提高了全面可靠的信息。GIS的可視化操作能力，為地質找礦勘查工作提供了一個可視化操作平臺，為判斷與決策提供了必要的信息數據支持。

4、強大的綜合分析能力.GIS可以進行大量的數據模擬與分析，例如地震數據處理、遙感數據處理、地球化學數據處理等。為豐富多彩的空間信息分析與綜合提供了有力的新工具。GIS的空間數據分析功能還有拓撲疊加、緩沖區分析數字地形分析等，為建立完善的專業設計、分析、評價、輔助決策模型提供了強有力的分析工具。

三、GIS技術在地質找礦成礦預測中的應用分析

GIS成礦預測的技術只適用于具備足夠數量的已知礦床的地區，因為需要利用這些已知礦床來證實礦化的空間關系。然而，在工作程度較低的幾乎不含有已知礦床的地區，則需要借助于概念方法來進行成礦預測，這種方法包括下述三個步驟：

1、建立知識庫。首先需要建立導致礦床形成因素及過程的知識庫，然后把它們轉化為局域范圍（數十公里）或區域范圍（數百公里）的GIS成因準則。由于大多數礦床的面積都小于3kO，因而無論是在局域或大區域成礦預測中都不能直接提供目標礦床的位置。不過，大多數礦床都是多種地質過程共同作用的產物，其中的許多地質過程在這樣的大范圍內都是可以成圖的。從而，分析某個地區的成礦潛力，很重要的一點是把礦床看作是一個完整的區域成礦系統中的一個微小部分。根據這種認識，成礦系統可以認為包括六個主要的組成部分：（1）驅動成礦系統的能源；（2）配位體的來源；（3）礦質的來源；（4）搬運通道；（5）圈閉區；（6）出流區。這種方法要求證實上述每個成礦分量可能促成礦化的潛在要素。

2、建立GIS數據庫。條件優越的成礦地質、具有較多地學資料的區帶要優先選擇，或在重點勘查區優先試用地理信息系統（GIS）技術，只有在試行得以認可的基礎上，才能使一套具有高度可行性的地理信息系統（GIS）系統的衡量標準得以建立，才能建設一個更具合理性和實用性的信息空間數據庫建設，才能對信息進行綜合分析。

3、開發評價成礦潛力的子程序。這一步驟涉及到發展和改進成礦預測的方法，主要有三個模塊：（1）專用模擬模塊。該模塊實際上是一個簡單的“黑箱”專家系統，它能使用戶選擇某個特殊的礦床類型以及包括研究區的某個GIS數據庫的名稱，該模塊然后詢問該GIS數據庫并圈定滿足全部礦床預測準則的區域。該模塊的不足之處在于：A.必須定義礦床類型的特征，從而它不能圈定新的礦床類型的遠景區；B.它要求以嚴格的方式建立區域數據庫，所命名的所有專題和屬性都必須與該專家系統數據庫相同。（2）相互作用模擬模塊。相互作用模擬模塊更靈活，并能使地質人員在一套指定的專題中定義專門的搜索參數而建立用戶模型。換句話說，該方法使地質人員能夠定義構成某個未知礦床類型的異常巖石類型和其他地質特征；該模塊要求用戶具有廣博的成礦系統的知識。完成分析以后，研究區內任何已知礦床都可用于檢驗相互作用模擬的結果。（3）類模擬模塊。該模塊用于檢驗礦化已知區域GIS內重要的地球物理異常。類模擬模塊能使用戶選擇某個重要的地區并根據GIS數據庫內所有專題的內容確定選擇區的特殊地學顯示，然后該模塊證實具有類似特征的所有其他地區，最后產生一份二元圖，把所選擇的地區分成類似或不類似于該重要區的區域。

結束語

GIS技術在地質找礦中的應用日益成熟，從而對地質找礦人員提出更多的要求。一些標準化措施、工作規范會相繼出現，研究人員應嚴格根據GIS分析要求采集原始數據，完成研究手段從通用GIS到專用GIS的根本轉變。

參考文獻

[1]呂增泰.地質勘查與找礦技術探析[J].中國高新技術企業，2010（ 12）

[2]王玉莉等.基于GIS技術的礦產資源信息化現狀及分析[J].農業網絡信息，2014（09）