基于MAPGIS的大洋多金属结核资源评价管理系统的开发及应用 工程管理系统是什么？
郭丽华 何高文
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
第一作者简介：郭丽华，工程师，主要从事地理信息系统应用与开发工作。
摘要 通过对MAPGIS 进行二次开发，针对大洋多金属结核矿产资源评价特点，研制开发了大洋多金属结核资源评价管理系统。该系统由工程管理、专题图件编辑、空间分析、查询分析、属性分析、数据模型等功能模块组成，实现了对大洋多金属结核空间数据进行管理、统计分析、成图显示、矿区圈定、资源量计算等功能，为大洋多金属结核资源评价提供了实用有效的手段。
关键词 多金属结核 资源评价 地理信息系统 MAPGIS
1 前言
多金属结核资源是海底的矿产资源，我国对多金属结核资源进行了多航次的调查，取得了丰富的基础资料及大量的样品（何高文等，2004；2005）。在我们进行大洋多金属结核资源评价的过程中，对这些资料和样品分析数据的分析、归类、统计以及各种对应图件的绘制，都和地理信息系统息息相关。所以利用现有通用地理信息系统作为平台，开发适合于大洋多金属结核资源评价的多金属结核资源评价管理系统，可以提高我们对多金属结核资料的管理、编辑、分析、查询、输入输出能力，为我们对多金属结核资源评价提供有个性的工具。
与传统工作方式相比，基于GIS的多金属结核资源评价具有不可比拟的优势，多金属结核资源评价涉及的所有信息几乎都直接或间接地与空间位置有关，都属于地理信息的范畴。离开空间位置谈海底地形、各种沉积物的分布、多金属结核分布、采样、样品分析、物化探异常，谈多金属结核资源评价就没有意义。多金属结核资源评价的过程就是信息的搜集、整理、处理、成矿信息的提取、综合分析、成矿区带或找矿靶区的确定以及成果表示的过程。作为空间信息管理系统的GIS其应用可贯穿于多金属结核评价的整个过程，表现出传统方法不可比拟的优越性。将搜集到的各种图形信息（图件）、文字描述信息、数字数据通过合理、有效的空间数据库进行管理可大大提高多金属结核资源评价的效率。目前，还未见有关利用GIS技术进行大洋多金属结核资源评价的报道。
2 基于 MAPGIS的多金属结核资源评价管理系统的开发
2.1 地理信息系统平台的选择
地理信息系统萌芽于20世纪60年代，经过40多年的发展，随着计算机科学、地理学、制图学、图形图像技术以及数据库技术的不断发展，地理信息系统已经成为了一种功能强大、性能完善的计算机系统，广泛应用于各行各业各个部门。开发出来的大大小小地理信息系统软件已有1000多种，国外的主要有 ARC/INFO、MAPINFO、AtlasGIS、INTERGRAPH\TITAN、GENAMAP、GRASS、ERDAS、ERMAPPER等，国产的主要有MAPGIS、CITYSTAR、GEOSTAR、SuperMap等。
通过对国内外常用地理信息系统软件的调查比较，选择我国具有自主版权的MAPGIS作为多金属结核资源评价管理系统开发的地理信息系统平台。MAPGIS是中地数码集团开发的工具型地理信息系统软件。该软件是国家科技部向全国推荐的国产地理信息系统软件平台，使用简单，价格相对较低，二次开发服务质量好，最重要的它是国土资源部内进行矿产资源评价用得最多的信息软件，大量的图件资料以及数据库都是以MAPGIS的格式进行管理保存。利用VC++，通过对MAPGIS进行二次开发，实现了对大洋多金属结核数据的管理、查询、多元统计、动态分析、图形的绘制和显示、矿区的圈定、资源量的计算等适合于大洋多金属结核资源评价的地理信息系统解决方案。
2.2 系统组成和功能
多金属结核资源评价管理系统主要由工程管理、专题图件编辑、空间分析、查询分析、属性分析、数据模型等功能模块组成。整个系统的功能结构如图1。
图1 系统功能结构图
Fig.1 Framework of assessment and management system
工程管理模块主要管理多金属结核资源评价过程中产生的各种点、线、面图形文件，对工程文件中的点、线、面文件进行打开、关闭、编辑并显示图形，同时可进行图形参数的各种转换等。
图件编辑主要提供了对图形文件中的点、线、面进行各种编辑，并分层操作，分层管理。
空间分析是系统的重要部分，通过空间分析，可以对大洋结核资源评价中的各种空间数据进行各种合并、相交、相减、判别等叠加分析以及BUFFER分析，并以图形、文字等形式输出。
查询分析包括了多金属结核资源空间数据以及其对应属性数据的查询两种方式。根据空间的位置或对空间数据属性的要求来进行查询分析。
属性分析主要提供了对测站点的各种分析数据进行统计分析，并以不同的图形形式和数据表格形式进行保存。
数据模型提供了对结核区的多波束数据、采样站位的结核丰度、元素分析数据等成图功能。
3 在大洋多金属结核评价中的应用
大洋多金属结核经过多年的海上勘查，已获得了大量的现场调查及室内分析数据与信息，再利用多金属结核资源评价管理系统对这些数据进行各种空间分析研究，为我国进一步评价大洋多金属结核，圈定多金属结核矿区提供先进的手段和工具。
3.1 多金属结核数据库的建立
利用多金属结核资源评价管理系统建立多金属结核数据库，数据库建立之后，就可以进行各种数据的空间分析、属性分析、查询和检索分析等。
3.1.1 资料的收集与整理
1）地理地形资料：主要收集了东开辟区、西开辟区多波束数据以及全球海岸线数据；
2）多金属结核数据：收集了我国东开辟区、西开辟区的结核丰度数据以及Co、Cu、Mn、Ni、Fe元素品位数据，并以采样点的位置及其对应的结核丰度、元素化探分析结果建立空间位置与其属性相对应的点文件；
3）地质数据：采用了大洋多金属结核东、西开辟区沉积物分布图及构造分布图，主要以区文件及线文件形式录入。
为了进一步进行多源数据的空间分析，对以上资料进行了一些专业性处理，统一了各种数据的格式，统一各种数据的投影类型及比例尺等。
3.1.2 多金属结核空间数据库的建立
利用多金属结核资源评价管理系统的数据模型对收集的多波束数据、结核丰度及元素品位数据等进行文件格式的变换，投影的统一，各种离散数据网格化及各种差值运算等处理，再产生各种点位图以及二维模型图件，并以点线区文件形式保存（图2）。主要有采样位置分布图、海底地形分布图、坡度分布图、结核丰度分布图、元素含量分布图等。这些图件都以点文件、线文件及各种等值线包围的区文件作为空间数据，以采样点位置的结核分析数据、线对应的值及其所包围的区域面积作为对应的属性值建立空间数据库（图3）。
图2 东开辟区结核丰度等值线分布图
Fig.2 Isoline map of abundance of nodules in eastern COMRA area
图3 东开辟区Mn元素含量等值线与其属性的对应关系
Fig.3 Correspondence between content and attribute of Mn in eastern COMRA area
3.2 多金属结核资源评价
在建立多金属结核数据库的基础上，根据我国多金属结核区的地质特点进行空间分析、属性分析、查询和检索分析等。
3.2.1 采样测站各种参数的统计分析
（1）采样测站单属性统计分析
根据已收集的东、西区采样测站点分析数据文件，利用多金属结核资源评价管理系统对测站点进行不同条件的检索分析，这里以西开辟区为例（图4），进行区内测站点的结核类型、结核颗粒、元素含量等属性以及它们之间的相互关系统计，比如统计区内不同结核丰度、不同元素含量区间的记录数（图5），统计结核丰度及元素含量的频率分布特征；统计多金属结核的结核类型的分布，分析结核丰度及元素含量的平均值，最大值、最小值、均方差，同时统计多金属结核在不同区域内的结核丰度及元素含量的平均值，最大值、最小值、均方差，从中研究多金属结核在空间上的分布规律。
图4 多金属结核西开辟区采样站位及其对应属性
Fig.4 Sampling sites of polymetallic nodules and corresponding attributes in western COMRA area
图5 西开辟区Mn元素含量在不同的含量区间的统计结果及直方图
Fig.5 Statistical data and histogram of Mn in western COMRA area
（2）采样测站多属性分析
利用系统中多属性分析可以统计采样测站点的不同元素的相互关系，例如对点文件“西开辟区采样站位位置.wt”进行属性分析，统计西开辟区Co元素含量与结核丰度之间的累计分布特征，并保存成数据表格或图形。同理可以统计采样测站点别的参数间的相关关系，并保存成数据表格或图形形式。
3.2.2 点与区的叠加分析
下面利用系统的空间点区分析功能进行西开辟区内结核丰度及元素含量在不同地形坡度之间的分布特征。
建立工程文件坡度_丰度含量.prj，工程中添加地形坡度区文件 weast pd.wp、及“西开辟区采样点位.wt”。通过做“条件检索”，可得出0°～1°、1°～2°、2°～3°、3°～4°、4°～5°、5°～6°、6°～7°、7°～8°、8°～9°、9°～10°、＞10°各坡度区间的区文件，分别以01.wp、12.wp、23.wp、34.wp、45.wp、56.wp、67.wp、78.wp、89.wp、910.wp、10.wp，生成的区文件都添加到当前的工程文件坡度_丰度含量.prj中。利用“空间分析”中“点对区相交分析”可得到对应坡度的点文件01.wt、12.wt、23.wt、34.wt、45.wt、56.wt、67.wt、78.wt、89.wt、910.wt、10.wt，此时分别对以上点文件做属性分析，可得到不同坡度区间的结核丰度及元素含量的采样站点记录数、平均值、最大值、最小值。同理可分析结核区内不同沉积物分布区内的结核丰度及元素含量的分布特征，从而可以进一步论述地形及沉积物对结核资源评价的作用及意义。西开辟区地形坡度与结核丰度、金属含量的叠加分析统计结果如表1所示。
表1 西开辟区不同坡度区间对应的结核丰度与元素含量平均值表（wB） Table1 Nodule abundance and average elemental content at different slope interval in western COMRA area
3.2.3 区与区的叠加分析
利用系统的区与区分析，可以确定结核分布的矿区面积，以西开辟区为例来分析矿区内的面积，首先确定边界丰度为5.00kg/m2和边界品位（Cu+Co+Ni）为1.80%，建立工程文件矿区面积计算.prj，工程中添加结核丰度.wp，再添加Cu+Co+Ni.wp文件，利用条件检索结核丰度.wp中“起止值”＞5.00kg/m2的区域，以区文件丰度_5.wp保存并添加到当前工程中，然后检索Cu+Co+Ni.wp中“起止值”＞1.8%的区域，以区文件Cu+Co+Ni_5.wp保存并添加到当前工程中。对丰度_5.wp和Cu+Co+Ni_5.wp进行空间相交分析得到区文件“矿区面积.wp”，计算“矿区面积.wp”的真实面积并添加到其属性表格中。
同理，对不同的边界丰度和边界品位利用上述方法进行矿区面积的计算。
3.2.4 克立格法计算资源量
图6 西开辟区克立格估值法计算资源量的图与表
Fig.6 Result of resources amount calculated by Krigging method in western COMRA area
1）单元块面积的计算：以西开辟区为例，选择3.75′×3.75′单元块作为待估块段进行估值，得到各块段的克立格估值，以克立格估值点作为点文件“克立格估值.wt”，对应属性包含了每个克立格估值点的经度、纬度、结核丰度、Mn、Cu、Co、Ni元素含量，以克立格估值点作为中心点，以3.75′×3.75′长度作正方形造线文件“克立格估值.wl”，再拓扑造区文件“克立格估值.wp”。建立工程文件“克立格估值.prj”（图6），对克立格估值.wp执行求区域实际面积，求得单元块的实际面积，以“m2”作为属性编码加入区文件属性中。
2）金属量的计算：根据克立格估值点与单元块一一对应关系，作点与区的相交分析，克立格估值.wt属性中增加了单元块字段“m2”，再增加Mn金属量、Cu金属量、Co金属量、Ni金属量属性字段，运行“双属性四则运算”计算公式“金属量=面积×abundance×70%×金属含量，求得每个单元块Mn金属量、Cu金属量、Co金属量、Ni金属量。利用“属性生成文本”命令把属性表格输出，再利用EXCEL统计出西开辟区Mn、Cu、Co、Ni金属量（表2）。
表2 西开辟区金属量表 Table2 Metallic resources in western COMRA area
（3）Mn、Cu、Co、Ni金属量分布图的绘制：根据已有的“克立格估值.wt”、“克立格估值.wl”、“克立格估值.wp”文件，利用“根据属性修改参数”命令，根据Mn、Cu、Co、Ni金属量大小分段来标注单元块的颜色，分别另存为对应的Mn、Cu、Co、Ni的点、线、面文件，再加以修饰（图7）。
图7 西合同区克立格法Mn金属量分布图
Fig.7 Distribution of Mn metallic amount calculated by Krigging method in western COMRA contractor area
3.2.5 多金属结核矿区圈定
利用多金属结核资源评价管理系统的区与区叠加分析及属性条件查询功能，根据确定矿区的主要技术指标来圈定东、西合同区内的矿区。
1）以满足结核边界丰度大于等于5.0kg/m2，及平均品位（Cu+Co+Ni）大于等于1.8%作为条件对东合同区、西合同区结核资源量分布图的AB.WP进行区属性检索。得到满足条件的克立格单元格区块，分别为“西区.wp”、“东区.wp”
2）利用条件检索功能检索坡度大于5°的东合同区、西合同区海山区域。
3）利用区对区空间相减分析，“西区.wp”和西合同区的海山区域进行区空间相减分析，“东区.wp”和东合同区的海山区域进行区空间相减分析，得到西合同区及东合同区的矿区分布区域。
4）计算东西合同区各连续单元格面积，对面积大于 500km2的矿区进行编号（图8）。
5）生成各矿块参数统计和资源量计算结果表。
图8 西合同区矿区分布图
Fig.8 Distribution of mine area in western COMRA contractor area
4 结论
与传统工作方式相比，基于GIS的多金属结核资源评价具有不可比拟的优势，通过对MAPGIS进行二次开发，针对大洋多金属结核矿产资源评价特点，研制开发的大洋多金属结核资源评价管理系统由工程管理、专题图件编辑、空间分析、查询分析、属性分析、数据模型等功能模块组成，实现了对大洋多金属结核空间数据进行管理、统计分析、成图显示、综合矿区圈定、资源量计算等功能，为大洋多金属结核资源评价提供了实用有效的手段。
参考文献及资料
何高文主编.2004.DY105-13航次报告，内部
何高文，杨胜雄，朱克超主编.2005.DY105-15航次报告，内部
中地数码集团《MAPGIS地理信息系统开发手册（VC版）》
中地数码集团《MAPGIS地理信息系统使用手册空间分析篇》
Development and application of resources assessment and management system based on MAPGIS for deep ocean polymetallic nodules
Guo Lihua He Gaowen
（Guangzhou marine geological survey，Guangzhou，510760）
Abstract：According to the characteristics of ocean polymetallic nodules，a resource assessment and management system for deep ocean polymetallic nodules has been developed based on MAPGIS.This system includes several functional modules，such as project management，special graphic document edition，space analysis，inquiry analysis，and attribute analysis，which can be used in data management，statistical analysis，graph display，mining site delineation and resources calculating based on the space data of polymetallic nodules，and also provides a practical and effective method on resource assessment for deep ocean polymetallic nodules.
Key Words：Polymetallic nodules Resource assessment Geographic information systemMAPGIS
什么是数据库管理系统？它的主要功能是什么~
工程管理系统主要用于建筑工程管理，通过运用信息技术、云计算、大数据管理工程，涉及投标、合同、资料、采购、对账、远程办公、现场管理等方面，帮助企业管理信息化升级。工书系统在数据管理、远程办公、现场管理方面十分贴合目前工程管理现状，能够解决实际存在的各种问题，是典型的、能落地的工程管理系统，而且轻巧简便，想要深入了解工程管理可以试试工书系统。
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