本文關(guān)鍵詞：多維環(huán)境與地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析與可視化研究

  更多相關(guān)文章： 多維地球化學(xué)數(shù)據(jù) 降維 聚類分析 端元混合分析 非線性映射

【摘要】：在環(huán)境與地球化學(xué)領(lǐng)域,所獲得的數(shù)據(jù)越來越多。這些數(shù)據(jù)蘊藏著大量的特征信息、關(guān)系信息以及分類信息。同時,這些數(shù)據(jù)還具有內(nèi)在相關(guān)性,多維性,甚至非線性的特點,利用傳統(tǒng)的地球化學(xué)方法很難直接對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。為此,本文以多維環(huán)境與地球化學(xué)數(shù)據(jù)為研究對象,采用機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識別領(lǐng)域中的降維和聚類算法對以線性關(guān)系為主的環(huán)境地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,對以非線性關(guān)系為主的油氣地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性映射,利用端元混合分析結(jié)合降維方法對多維地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行混源解析,利用多維數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)在低維空間(二維或三維)中展示多維數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,揭示多維數(shù)據(jù)的地球化學(xué)意義。主要的研究成果如下:1.以廣州市李坑垃圾填埋場及周邊為研究區(qū)域,采用舒卡列夫分類法、Piper三線圖對地下水的化學(xué)類型進(jìn)行了描述性分類。為了更直觀、更細(xì)致地展示地下水中各組分之間的關(guān)系和親疏程度,利用層次聚類分析和K均值聚類算法對研究區(qū)內(nèi)地下水中的主離子、微量元素和有機(jī)污染物多環(huán)芳烴的來源進(jìn)行了聚類分析。分析得出研究區(qū)域內(nèi)的地下水的化學(xué)類型主要是HCO3-Ca型水、HCO3-Na+K型水和Cl-Na+K型水,并且在枯水期和豐水期這兩個不同時期,水的化學(xué)類型會發(fā)生變化,說明地下水中存在著離子交換和離子混合過程。兩種聚類算法很好地展示了樣本間的親疏關(guān)系和相似程度,與實際地質(zhì)背景和水文條件相吻合。說明層次聚類分析和K-均值聚類算法都能有效地對多維地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,得到的聚類結(jié)果直觀、清晰,易于理解和分析,其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于描述性的分類方法。2.油氣混源現(xiàn)象十分普遍,查明混源油中的端元組成和來源等問題對于油氣勘探具有重要的現(xiàn)實意義。采用自組織映射和Sammon映射算法對74個混源油樣品包含18個生物標(biāo)志化合物比值指標(biāo)和2個穩(wěn)定同位素特征指標(biāo)進(jìn)行了非線性映射分析,并將自組織映射后的分類結(jié)果進(jìn)行可視化。分析得出74個樣本共分為四類,分別是來自于三疊紀(jì)的Shublik頁巖,來自于白堊紀(jì)的GRZ頁巖,來自于三疊紀(jì)的Shublik頁巖與白堊紀(jì)的GRZ頁巖的混合油以及來自于基底(Hettangian-Aalenian)金加克頁巖烴源巖。并將兩種算法得到的分析結(jié)果與交替最小二乘法和多維標(biāo)度得到的結(jié)果進(jìn)行比較。通過對比可知,自組織映射和Sammon映射對油氣地球化學(xué)中的非線性數(shù)據(jù)有很好的分類效果。在應(yīng)用中還需要結(jié)合具體實際來選擇合適的算法,并得出合理的結(jié)論和解釋。這樣有利于揭示油氣地球化學(xué)數(shù)據(jù)的地球化學(xué)意義。3.利用主成分分析結(jié)合端元混合分析方法對地下水中的主量組分、微量元素和有機(jī)物多環(huán)芳烴的污染來源以及污染途徑進(jìn)行了混源解析研究。并將分析結(jié)果與定性分析結(jié)果進(jìn)行對比驗證,以查明地下水中各組分的污染來源。利用主成分分析分別對主量組分、微量元素和多環(huán)芳烴等數(shù)據(jù)集合進(jìn)行降維處理,將原特指標(biāo)重新組合成新的無相關(guān)的綜合指標(biāo),并保持原始指標(biāo)的主要特征。同時按照各主成分的方差貢獻(xiàn)率,來選擇主成分,再結(jié)合端元混分分析原理,確定出端元個數(shù),對樣本進(jìn)行混源解析。通過分析得出,地下水中各組分的污染存在著兩個污染源:一個是生活和農(nóng)業(yè)的面源污染,另一個來源是滲濾液的污染,并且滲濾液污染地下水的途徑主要是通過:沿斷層(F7、F9)向垃圾填埋場的地下遷移,造成斷層附近的地下水受到嚴(yán)重污染;直接在地面發(fā)生滲漏。此外,地下水中的多環(huán)芳烴還受到大氣降雨以及工業(yè)污染。此結(jié)果與研究區(qū)的地理位置、水文地質(zhì)、氣候等自然概況相吻合。4.利用獨立成分分析結(jié)合端元混合分析方法對地下水中的多環(huán)芳烴進(jìn)行預(yù)處理和端元解析。采用非高斯最大化的估計方法進(jìn)行獨立成分計算,并最終確定端元個數(shù)和位置。經(jīng)過分析可知,利用ICA-EMMA得出的多環(huán)芳烴來源與PCA-EMMA方法得出的結(jié)論一致,這也驗證了李坑垃圾填埋場周圍地下水中的多環(huán)芳烴主要來自垃圾滲濾液、大氣降水、城市生活污水和工業(yè)廢水排放。其中,滲濾液雖然沒有直接排放到地下水中,但垃圾填埋場周邊有受滲濾液不同程度污染的水質(zhì),而且呈現(xiàn)出不同的水文地球化學(xué)特征,并且與研究區(qū)的地理位置、水文地質(zhì)、氣候等自然概況相吻合。由此可以看出這兩種方法對于以線性關(guān)系為主的水文地球化學(xué)數(shù)據(jù)具有較好的混源解析效果。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X143;P618.13

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫敏,馬藹乃,毛善君;3DGIS中樹的表達(dá)與可視化研究[J];計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報;2001年10期

2 廖通逵,姚靜,王平,姚謙;基于GIS的水流信息可視化表達(dá)[J];遙感信息;2004年04期

3 周定照;柳進(jìn);羅強(qiáng);黃朝斌;劉忠軍;文濤;;可視化技術(shù)在石油行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J];石油科技論壇;2010年01期

4 殷暢;可視化及其在GIS中的應(yīng)用展望[J];地圖;2001年03期

5 張寶一;鄭坤;劉修國;吳信才;;自適應(yīng)可視化研究綜述[J];地理信息世界;2007年02期

6 劉愛利;張宏;邱新法;劉二年;;環(huán)境信息科學(xué)可視化表達(dá)與交互研究[J];地域研究與開發(fā);2007年05期

7 溫伯威;魏海平;王萬歷;;基于視覺心理感受論的GIS可視化表達(dá)研究[J];測繪與空間地理信息;2012年04期

8 余志文;城市交通網(wǎng)絡(luò)的可視化研究[J];測繪通報;2004年12期

9 殷殿龍;陳季;徐洪恩;黃秀英;黃勝利;張武;;環(huán)境信息可視化表達(dá)的內(nèi)容和方法[J];中國科技信息;2010年12期

10 解靜;梁書秀;孫昭晨;趙旭東;張亦飛;劉必勁;朱志海;;基于WEB GIS水動力數(shù)值模擬可視化技術(shù)應(yīng)用[J];水運工程;2012年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 彭維德;;西部內(nèi)河港物流可視化研究與實踐[A];第二屆中國港口物流與自動化技術(shù)研討會論文集[C];2004年

2 尹章才;;時態(tài)GIS可視化的技術(shù)探討[A];地圖學(xué)與GIS學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2002年

3 鄔群勇;王欽敏;;基于WebGIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化表達(dá)[A];全國地圖學(xué)與GIS學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

4 陳華根;王海亮;耿樹方;范本賢;;中國及鄰區(qū)巖石圈三維結(jié)構(gòu)動態(tài)模型可視化表達(dá)[A];第五屆全國地質(zhì)制圖與GIS學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2007年

5 彭璇;方艾芬;蔡崗;張森;;基于Flex的公路監(jiān)控可視化框架設(shè)計[A];第八屆中國智能交通年會論文集[C];2013年

6 張古斌;徐泮林;池長艷;;3D GIS中實體的表現(xiàn)方式探討[A];山東省“數(shù)字國土”學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2007年

7 李朝奎;鄭拴寧;王勇;王志強(qiáng);;基于3DCM的電磁波場強(qiáng)空間分布模擬及其可視化[A];中國測繪學(xué)會九屆三次理事會暨2007年“信息化測繪論壇”學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

8 趙飛;李雅彥;任福;阮依香;杜清運;;以任務(wù)流為中心的在線動態(tài)地圖集設(shè)計研究[A];中國測繪學(xué)會2010年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 記者 左常睿;中文可視化搜索引擎“圖說”上網(wǎng)公測[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳海東;不確定性可視化及分析方法研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 施烈航;可視化數(shù)字病人關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

3 史健婷;多維環(huán)境與地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析與可視化研究[D];中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所;2017年

4 陳永康;3DGIS中大數(shù)據(jù)量場景可視化研究[D];中國科學(xué)院研究生院（遙感應(yīng)用研究所）;2004年

5 黃杰;海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)時空建模與可視化研究[D];浙江大學(xué);2008年

6 賀歡;空間環(huán)境可視化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2009年

7 陳洪亮;過渡狀態(tài)可視化理論、方法及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2002年

8 劉東海;工程可視化輔助設(shè)計理論方法及其應(yīng)用[D];天津大學(xué);2003年

9 江雯倩;交互式協(xié)同空間天氣數(shù)值模擬框架及可視化研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

10 伍艷蓮;作物形態(tài)結(jié)構(gòu)的可視化技術(shù)研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉加銀;海底聲學(xué)探測數(shù)據(jù)綜合可視化[D];國家海洋局第一海洋研究所;2015年

2 陳翠;基于GIS的地下水位紅線管理可視化技術(shù)研究[D];南京師范大學(xué);2015年

3 高廣大;地磁場空間結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度分布的可視化[D];中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心);2015年

4 程璐;動態(tài)邏輯主題建模與可視化[D];浙江大學(xué);2015年

5 王玉林;基于GIS的可視化組件開發(fā)[D];浙江大學(xué);2015年

6 宋曉旭;智能調(diào)度大數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)研究[D];華北電力大學(xué);2015年

7 黃芯芯;數(shù)據(jù)新聞可視化（以籃球聯(lián)賽為例）及工具開發(fā)[D];浙江大學(xué);2015年

8 王淑慶;移動時空軌跡的Web可視化技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2015年

9 曹柱;基于GPU的海洋水體環(huán)境多維可視化技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2015年

10 杜雅文;大數(shù)據(jù)環(huán)境下信息界面信息流的可視化圖形機(jī)制研究[D];東南大學(xué);2015年

，

本文編號：1267215