本文關(guān)鍵詞：基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型構(gòu)建與不確定性研究

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【摘要】：“數(shù)字礦山”是對(duì)真實(shí)礦山及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)與數(shù)字化再現(xiàn),是以數(shù)字化手段對(duì)礦山實(shí)體、礦山開發(fā)與管理過程進(jìn)行真實(shí)反映的“虛擬礦山”。數(shù)字礦山以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ),將礦山空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、存儲(chǔ)、解釋、加工和重新表述,使其應(yīng)用在礦山生產(chǎn)和管理過程中,達(dá)到生產(chǎn)方案優(yōu)選化、管理高效化和目標(biāo)決策科學(xué)化的最終目的。礦山三維建模與可視化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山建設(shè)的核心技術(shù),是根據(jù)特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),建立能夠表達(dá)礦床地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的數(shù)學(xué)模型,是運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維可視化進(jìn)行顯示并對(duì)模型屬性信息進(jìn)行分析研究的過程。礦山三維模型為礦山企業(yè)在勘探設(shè)計(jì)、施工計(jì)劃、目標(biāo)決策等方面提供了有效的地質(zhì)依據(jù)和實(shí)用參考,礦山三維模型的建立是礦山數(shù)字化進(jìn)程的重要步驟。礦山開采過程中,礦山企業(yè)在預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)等各方面對(duì)三維模型有著不同層次的需求：在資源評(píng)價(jià)階段,需要預(yù)測(cè)礦山在開采和運(yùn)輸過程中可采儲(chǔ)量的特征變化情況；在采礦設(shè)計(jì)階段,需要根據(jù)礦石品位的波動(dòng)性來(lái)編制采礦計(jì)劃與配礦方案；在生產(chǎn)勘探回采階段,需要對(duì)礦石三級(jí)儲(chǔ)量中的備采儲(chǔ)量進(jìn)行精確估算。針對(duì)這些不同目的,要求所建立的礦山地質(zhì)三維模型能實(shí)現(xiàn)對(duì)礦體全局性、波動(dòng)性、精確性的真實(shí)反映,對(duì)于礦山空間實(shí)體的這種多粒度特性,傳統(tǒng)礦山三維模型的建模方法和單粒度顯示方式顯然具有一定的局限性。因此,根據(jù)地質(zhì)過程認(rèn)知的多尺度特點(diǎn),結(jié)合礦山地質(zhì)三維模型構(gòu)建過程中所采用的不同插值計(jì)算方法,建立具備不同層次和特性的礦山多模型序列,將多層面的滿足礦山企業(yè)對(duì)礦山地質(zhì)三維模型的應(yīng)用需求,并能有效的提高礦山企業(yè)的設(shè)計(jì)能力和生產(chǎn)效率。同時(shí),在礦山三維模型的構(gòu)建過程中,受三維地質(zhì)體自身的不穩(wěn)定性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、建模數(shù)據(jù)的稀疏性、礦山建模人員認(rèn)識(shí)的主觀性等多方面影響,礦山三維模型只能是對(duì)客觀地質(zhì)實(shí)體的一種近似描述,模型中存在不確定性往往使其在空間精度、形態(tài)、拓?fù)潢P(guān)系等方面與客觀實(shí)體存在著偏差。因此,對(duì)礦山三維模型的不確定性來(lái)源進(jìn)行歸納總結(jié),對(duì)建模過程中的誤差傳遞機(jī)制進(jìn)行有效分析,通過對(duì)三維模型不確定性的形式化表達(dá)和定量分析過程,實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山三維模型的質(zhì)量評(píng)價(jià),將極大提高模型的實(shí)用價(jià)值。作者在論文中對(duì)礦山地質(zhì)空間數(shù)據(jù)模型、三維建模方法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與空間信息預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,歸納了礦山三維地質(zhì)模擬的基本原理和實(shí)施過程,深化了對(duì)礦山三維空間地質(zhì)實(shí)體及其建模方法的認(rèn)識(shí)。結(jié)合地學(xué)認(rèn)知與礦山地質(zhì)過程,從語(yǔ)義尺度的角度提出了礦山三維多模型的建模原理與方法。對(duì)于已建立的礦山三維模型,論文以礦山三維建模過程中的不確定性的來(lái)源分析與誤差傳遞過程為出發(fā)點(diǎn),提出了礦山三維建模不確定性傳遞模型,將信息熵理論和分析方法擴(kuò)展應(yīng)用至礦山三維模型的不確定性研究中,實(shí)現(xiàn)了礦山三維模型不確定性的定量分析及模型修正過程。論文圍繞礦山三維模型多層次應(yīng)用需求以及模型的不確定性分析兩個(gè)研究重點(diǎn),在礦山企業(yè)應(yīng)用三維模型進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)、決策支持、儲(chǔ)量評(píng)估等方面提出了新的思路,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)礦區(qū)進(jìn)行的建模實(shí)例與不確定性定量分析實(shí)驗(yàn)證明,論文提出的理論和方法具備合理、高效、實(shí)用的特點(diǎn)。在整個(gè)研究過程中,本論文的工作內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1.論文第一章：就目前我國(guó)礦山企業(yè)應(yīng)用三維模型在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、決策等方面所面臨的問題作了簡(jiǎn)要分析,結(jié)合礦山企業(yè)對(duì)三維模型多層次應(yīng)用和質(zhì)量評(píng)價(jià)的需求,確定了本文礦山多模型構(gòu)建和不確定性分析的研究方向。論文從礦山三維建模的應(yīng)用研究和三維模型的不確定性分析兩個(gè)方面回顧了這些領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上確定了論文的主要研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容及論文的組織結(jié)構(gòu)：2.論文第二章：論述了地質(zhì)三維空間數(shù)據(jù)模型基本概念及基本理論,對(duì)空間數(shù)據(jù)模型的定義和特點(diǎn)進(jìn)行了詳盡描述,對(duì)面元模型、體元模型、混合模型和集成模型的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域加以詳細(xì)對(duì)比,闡述了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論與空間信息預(yù)測(cè)方法在礦山三維建模過程中的作用。歸納分析了不確定性的相關(guān)概念及術(shù)語(yǔ),對(duì)空間GIS不確定性研究理論和方法進(jìn)行總結(jié)概述。通過對(duì)礦山三維體系結(jié)構(gòu)和空間實(shí)體不確定性理論的闡述,為本文的礦山多模型構(gòu)建及其不確定性分析研究提供了理論參考和借鑒；3.論文第三章：闡述了地學(xué)認(rèn)知與礦山地質(zhì)過程的特點(diǎn),對(duì)礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)的多尺度特征及其語(yǔ)義內(nèi)涵進(jìn)行了詳細(xì)論述,在礦山三維建模理論和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上,根據(jù)礦山模型多層次性特點(diǎn),提出了礦山建模語(yǔ)義三維尺度結(jié)構(gòu)的概念。依據(jù)語(yǔ)義三維尺度結(jié)構(gòu),根據(jù)地質(zhì)過程的不同語(yǔ)義層次和礦山模型的不同應(yīng)用范圍,利用克里格估值和隨機(jī)模擬算法,提出了基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型序列構(gòu)建原理和方法,使建立的三維模型能夠在礦體全局性、波動(dòng)性、精確性等方面滿足礦山企業(yè)不同階段的多應(yīng)用需求。同時(shí),在建立多模型的過程中,采用置信度參數(shù)對(duì)模擬計(jì)算進(jìn)行約束,實(shí)現(xiàn)了模擬算法語(yǔ)義粒度的量化表達(dá)；4.論文第四章：對(duì)礦山三維建模過程中的不確定性來(lái)源、不確定性傳遞模型及其算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析描述,在對(duì)礦山三維地質(zhì)建模流程和特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,將礦山三維地質(zhì)模型不確定性的來(lái)源劃分為數(shù)據(jù)采集和測(cè)量誤差導(dǎo)致的不確定性、數(shù)據(jù)的不完整性和不一致性、隨機(jī)不確定性、認(rèn)知不完整引起的不確定性、建模軟件引起的不確定性等五類。以人工智能不確定性推理理論為依據(jù),采用可信度方法對(duì)礦山三維模型的不確定性傳遞模型進(jìn)行描述,通過對(duì)可信度C-F模型的改進(jìn),提出了基于證據(jù)不確定性推理的礦山建模不確定性傳遞算法,對(duì)傳遞模型的相關(guān)算法進(jìn)行了詳細(xì)描述；5.論文第五章：對(duì)信息熵的定義及性質(zhì)進(jìn)行論述與分析,將信息熵方法引入礦山三維模型不確定性研究過程,建立了一種有效的礦山三維模型不確定性定量分析途徑：利用柵格劃分方式,將三維模型離散化為等同大小的柵格塊體,針對(duì)每一個(gè)體素進(jìn)行多次模擬計(jì)算以確定其概率指標(biāo),利用模擬計(jì)算得到的概率場(chǎng)計(jì)算該體素的信息熵,從而利用信息熵值來(lái)標(biāo)識(shí)每個(gè)體素的不確定性,最終完成對(duì)整個(gè)三維模型的不確定性定量分析、評(píng)價(jià)及可視化工作。以礦山三維品位模型為例,提出了礦山三維模型的不確定性定量分析、模型誤差檢測(cè)與修正的技術(shù)框架和實(shí)現(xiàn)步驟,對(duì)其中的關(guān)鍵算法做出相應(yīng)描述；6.論文第六章：利用某礦區(qū)在礦山開采不同階段的地質(zhì)資料與數(shù)據(jù),以銅礦體三維品位模型為例,構(gòu)建了不同語(yǔ)義尺度下的礦山多模型序列,通過頻率直方圖、變差函數(shù)圖及取樣插值點(diǎn)數(shù)據(jù)精度的比較,驗(yàn)證了依據(jù)不同語(yǔ)義尺度建立的礦山三維模型具備全局性、空間相關(guān)性和精確性等多層次特性。基于信息熵方法對(duì)試驗(yàn)礦區(qū)的資源儲(chǔ)量模型進(jìn)行不確定性定量分析,以定量分析結(jié)果為依據(jù),確定補(bǔ)充鉆孔的范圍和位置,實(shí)現(xiàn)礦山三維模型的修正過程。通過試驗(yàn)前后對(duì)比,取得了模型不確定性減少、儲(chǔ)量估算數(shù)據(jù)精度逐漸增加的效果,驗(yàn)證了論文提出的三維模型不確定性定量分析方法的有效性與可行性;7.論文第七章：對(duì)論文研究工作進(jìn)行全面總結(jié),提出了下一步研究和探索方向。概括起來(lái),本論文的主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.在對(duì)地理信息空間尺度結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合礦山三維建模理論和方法,提出了礦山建模語(yǔ)義三維尺度結(jié)構(gòu)概念,以模擬和估值為空間信息預(yù)測(cè)算法基礎(chǔ),構(gòu)建了基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型序列,實(shí)現(xiàn)了礦山三維模型的多粒度表達(dá)；2.提出了置信度約束下的模擬插值計(jì)算過程,實(shí)現(xiàn)了算法語(yǔ)義粒度的量化表達(dá)。針對(duì)傳統(tǒng)的礦山三維模型建模方法,在基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型建模原理基礎(chǔ)上,對(duì)礦山三維結(jié)構(gòu)模型和屬性模型的建模流程進(jìn)行了改進(jìn)；3.對(duì)礦山三維建模過程中的不確定因素進(jìn)行了歸納總結(jié),在人工智能不確定性推理理論基礎(chǔ)上,基于可信度方法,建立了礦山三維建模不確定性傳遞模型,給出了礦山建模不確定性推理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及不確定性傳遞步驟,針對(duì)礦山三維建模的特性,對(duì)可信度方法的C-F模型規(guī)則進(jìn)行了完善并對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行了描述；4.將信息熵的理論與分析方法應(yīng)用于礦山三維模型不確定性研究過程,實(shí)現(xiàn)了以信息熵為測(cè)度方法的礦山三維模型不確定性定量分析技術(shù)框架和實(shí)現(xiàn)步驟,實(shí)現(xiàn)了礦床品位模型的不確定性定量分析過程。
【關(guān)鍵詞】：礦山多模型構(gòu)建 語(yǔ)義尺度 不確定性傳遞 不確定性定量分析
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD163;TD67
【目錄】：

• 作者簡(jiǎn)歷7-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-19
• 第一章 緒論19-29
• 1.1 論文的選題19-20
• 1.1.1 研究背景19-20
• 1.1.2 選題依據(jù)20
• 1.2 國(guó)內(nèi)外礦山三維建模及不確定性分析研究現(xiàn)狀20-26
• 1.2.1 礦山三維建模技術(shù)研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.2 三維模型不確定性研究及發(fā)展趨勢(shì)22-24
• 1.2.3 三維地質(zhì)模擬軟件的發(fā)展?fàn)顩r24-26
• 1.2.4 基于語(yǔ)義尺度礦山三維地質(zhì)建模存在的問題與分析26
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容與組織26-29
• 1.3.1 研究目標(biāo)和內(nèi)容26-27
• 1.3.2 章節(jié)組織及安排27-29
• 第二章 礦山三維建模理論與空間GIS不確定性研究方法29-47
• 2.1 面向礦山建模的三維空間數(shù)據(jù)模型29-37
• 2.1.1 礦山三維建模空間數(shù)據(jù)模型29-30
• 2.1.2 基于面的數(shù)據(jù)模型30-33
• 2.1.3 基于體元的數(shù)據(jù)模型33-34
• 2.1.4 混合數(shù)據(jù)模型34-35
• 2.1.5 礦山三維數(shù)據(jù)模型對(duì)比與分析35-37
• 2.2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論與空間信息預(yù)測(cè)方法37-43
• 2.2.1 區(qū)域化變量37
• 2.2.2 變差函數(shù)及其理論模型37-39
• 2.2.3 克里格估值原理與方法39-42
• 2.2.4 隨機(jī)模擬原理與方法42-43
• 2.2.5 礦山三維建模與空間信息預(yù)測(cè)43
• 2.3 GIS不確定性研究43-46
• 2.3.1 GIS不確定性研究?jī)?nèi)容44
• 2.3.2 GIS不確定性研究方法44-46
• 2.4 小結(jié)46-47
• 第三章 基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型構(gòu)建47-61
• 3.1 礦山地質(zhì)過程與礦山三維建模47-50
• 3.1.1 地學(xué)認(rèn)知與三維地質(zhì)建模47-48
• 3.1.2 礦山地質(zhì)過程48-50
• 3.2 基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型構(gòu)建原理50-53
• 3.2.1 地理信息數(shù)據(jù)多尺度特征50-51
• 3.2.2 礦山建模三維語(yǔ)義尺度結(jié)構(gòu)51-52
• 3.2.3 語(yǔ)義三維尺度內(nèi)在關(guān)聯(lián)及礦山多模型序列建立52-53
• 3.3 礦山多模型語(yǔ)義尺度設(shè)定的相關(guān)算法53-56
• 3.3.1 克里格估值與序貫高斯模擬的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)54-55
• 3.3.2 置信度約束下模擬算法語(yǔ)義粒度的量化表達(dá)55-56
• 3.4 基于語(yǔ)義尺度的礦山多模型構(gòu)建過程56-60
• 3.4.1 層狀礦體實(shí)體多模型構(gòu)建方法與步驟56-58
• 3.4.2 非層狀礦體品位多模型構(gòu)建方法與步驟58-60
• 3.5 小結(jié)60-61
• 第四章 礦山三維模型的不確定性傳遞61-72
• 4.1 礦山三維模型不確定性來(lái)源61-63
• 4.1.1 礦山三維模型與不確定性61-62
• 4.1.2 不確定性來(lái)源62-63
• 4.2 礦山三維建模的不確定性傳遞63-68
• 4.2.1 礦山三維建模的不確定性分布與傳遞63-65
• 4.2.2 礦山三維建模不確定性傳遞模型65-68
• 4.3 礦山三維不確定性傳遞模型算法實(shí)現(xiàn)68-71
• 4.3.1 可信度賦值規(guī)則68-69
• 4.3.2 不確定性合成傳遞算法69-70
• 4.3.3 不確定性合成算法70
• 4.3.4 不確定性疊加傳遞算法70-71
• 4.4 小結(jié)71-72
• 第五章 礦山三維模型不確定性定量分析方法研究72-84
• 5.1 不確定性與信息熵72-75
• 5.1.1 信息論與信息熵72-74
• 5.1.2 信息熵相關(guān)性質(zhì)74-75
• 5.2 基于信息熵的空間模型不確定性分析75-78
• 5.2.1 空間模型不確定性分析準(zhǔn)則與信息熵75-76
• 5.2.2 信息熵在地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型不確定性分析中的應(yīng)用76-78
• 5.3 礦山三維模型的不確定性分析研究78-83
• 5.3.1 礦山三維模型不確定性與信息熵78-80
• 5.3.2 基于信息熵的品位模型不確定性定量分析80-81
• 5.3.3 品位模型的誤差檢測(cè)與修正81-83
• 5.4 小結(jié)83-84
• 第六章 應(yīng)用實(shí)例與結(jié)果分析84-101
• 6.1 礦區(qū)概況與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備84-87
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)礦區(qū)地質(zhì)概況84-85
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)軟件工具介紹85
• 6.1.3 數(shù)據(jù)組織與實(shí)體模型構(gòu)建85-87
• 6.2 礦山多模型構(gòu)建實(shí)例87-95
• 6.2.1 數(shù)據(jù)處理與變差函數(shù)計(jì)算87-92
• 6.2.2 多模型構(gòu)建實(shí)例與結(jié)果分析92-95
• 6.3 礦山模型不確定性分析實(shí)例95-98
• 6.3.1 品位模型不確定性定量分析實(shí)例95-96
• 6.3.2 品位模型修正實(shí)例96-98
• 6.4 成果應(yīng)用示例98-99
• 6.5 小結(jié)99-101
• 第七章 總結(jié)與展望101-104
• 7.1 論文總結(jié)101-102
• 7.2 研究展望102-104
• 致謝104-105
• 參考文獻(xiàn)105-114

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：712818