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對采礦空間信息分類編碼的研究工學(xué)論文
摘要：面向采礦空間的信息分類編碼是在概念水平上解決采礦空間信息分層組織與屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的重要方法。本文從采礦空間、數(shù)據(jù)與信息概念出發(fā)，探討采礦空間信息分類編碼對象的本質(zhì)；設(shè)計(jì)了采礦空間信息分類對象的形式表達(dá)模型，提出了采礦空間信息分類的狀態(tài)空間法思想；并對采礦空間信息分類編碼尚待進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：采礦空間信息；分類；狀態(tài)空間法；編碼方法
一 采礦空間、空間數(shù)據(jù)、空間信息采礦空間實(shí)體
在采礦空間認(rèn)知模型中，空間實(shí)體是有相同屬性描述對象的集合。在G I s軟件工程中，空間實(shí)體是與空間位置有關(guān)、具有一定幾何形態(tài)的各種事物和現(xiàn)象。空間實(shí)體的最根本特征是任何一個(gè)實(shí)體都可按某種空間坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)對其定位、定性、定量以及拓?fù)潢P(guān)系的描述。采礦空間實(shí)體是抽象意義上的采礦生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的事物和現(xiàn)象。采礦空間信息分類就是對實(shí)體的本質(zhì)特征進(jìn)行分類。
采礦空間數(shù)據(jù)
空間實(shí)體的位置、屬性類型與級別的符號化表達(dá)是空間數(shù)據(jù)，是GIS操作與處理的對象。包含采礦空間定位數(shù)據(jù)與屬性描述數(shù)據(jù)�？臻g定位數(shù)據(jù)表現(xiàn)為空間地理坐標(biāo)系中點(diǎn)、線、面等實(shí)體類型離散化的空間坐標(biāo)或坐標(biāo)序列或用采區(qū)名、巷道編號等基于空間標(biāo)識符來間接實(shí)現(xiàn)空間實(shí)體的定位。
屬性數(shù)據(jù)是空間實(shí)體的定性或定量特征的抽象。根據(jù)定性描述可區(qū)分實(shí)體的類型，通過定量數(shù)據(jù)可辨別同一實(shí)體不同的級別。從地理數(shù)據(jù)層面看，屬性數(shù)據(jù)的定性、定量描述是采礦空間信息分類編碼的依據(jù)。
采礦空間信息
采礦空間信息的分類編碼碼問題可表達(dá)為一個(gè)三元組(Z，R，s)。其中，x表示空間實(shí)體的結(jié)構(gòu)或語義知識，表示可能分類解的子集；R表示分類的一些規(guī)則，描述空間實(shí)體結(jié)構(gòu)間的關(guān)系；w表示分類的控制策略，代表分類規(guī)則選取的原則與策略。采礦空間信息以數(shù)據(jù)為載體，是對采礦空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的語義解釋。采礦空間信息內(nèi)含四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的特征：位置特征、空間關(guān)系、屬性和時(shí)間特征。位置特征由空間定位數(shù)據(jù)來表達(dá)，并通過對空間坐標(biāo)的分析運(yùn)算得到大部分空間關(guān)系。根據(jù)GIS的理論和技術(shù)，只要表示了空間位置，也就間接表示了空間關(guān)系。屬性特征的一個(gè)重要方面是它規(guī)定了空間實(shí)體的本質(zhì)特征與語義關(guān)系(空間關(guān)系之外的關(guān)系)，包括實(shí)體的類型關(guān)系、成分關(guān)系等。這種采礦空間信息的語義內(nèi)涵是采礦空間信息的分類編碼的基本依據(jù)。
鑒于，目前GIS軟件還主要在二維平面上模擬、處理現(xiàn)實(shí)世界問題。采礦空間信息的分類編碼應(yīng)著重考慮采礦空間信息語義和屬性信息的分類分級與代碼化，而把空間關(guān)系的表達(dá)與運(yùn)算由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)完成。
二 屬性信息的表達(dá)
屬性數(shù)據(jù)的多專題屬性決定了一定采礦范圍內(nèi)的采礦空間信息必須用多專題數(shù)據(jù)層的組合來表示，用地形層、地層、開拓層、煤層等才能較完整地表達(dá)采礦空間。
礦山GIS系統(tǒng)之所以應(yīng)關(guān)注采礦空間信息的分類與編碼，是因?yàn)檫@些系統(tǒng)在技術(shù)上主要關(guān)注數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分層組織、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)集成、分析以及數(shù)據(jù)共享等技術(shù)問題。采礦空間信息分類為GIS數(shù)據(jù)分層提供指導(dǎo)，屬性分類直接關(guān)系到GIS中的數(shù)據(jù)組織。建立現(xiàn)勢性好，精度高和可供共享的采礦空間框架數(shù)據(jù)，是礦山空間信息應(yīng)用系統(tǒng)的共同需求。
在GIS中空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫組織，屬性數(shù)據(jù)一般用關(guān)系型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理。一般而言，一個(gè)二維表與一個(gè)數(shù)據(jù)層相對應(yīng)；每個(gè)記錄與一個(gè)空間實(shí)體對應(yīng)，每個(gè)字段與一個(gè)屬性對應(yīng)，在每一行中相同的字段表示相同的屬性。
三 采礦空間信息分類
分類對象的形式表達(dá)
人們認(rèn)識和研究客觀世界一般有三種方法：邏輯推理法，實(shí)驗(yàn)法和模型法。模型法是我們了解和探索客觀世界最方便、最有效的方法。建立模型決不能企圖將客觀世界的所有因素和屬性都包括進(jìn)去，只能根據(jù)系統(tǒng)的目的和要求，抓住本質(zhì)屬性和因素，準(zhǔn)確地描述。
采礦空間信息的基礎(chǔ)是礦山測量信息，因此，礦山測量信息的分類問題解決了，“采礦空間信息分類與編碼”的主要問題就解決了。空間實(shí)體復(fù)雜空間關(guān)系的模型均依數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)。在文獻(xiàn)中，為了對礦山測量信息進(jìn)行抽象，以井工測量為例，對采礦測量對象進(jìn)行了形式化定義，并證明采礦空間測量信息的空間關(guān)系和邏輯關(guān)系是一種半序關(guān)系，并給出了下列命題。
命題：設(shè)x的論域?yàn)榫聹y量對象，t為控制或傳遞關(guān)系<，則(x，t)為半序空間。
我們將采礦空間信息的基礎(chǔ)空間信息分類問題抽象為分析或求解問題(x，t，s)，則可將上述命題作為采礦空間信息分類問題(x，t，s)的理論基礎(chǔ)，包括分類對象的結(jié)構(gòu)、規(guī)則和策略等。
分類方法
傳統(tǒng)的信息分類的基本方法有兩種：線分類法(也稱為層級分類法)和面分類法。
線分類法。將分類對象按所選定的若干個(gè)屬性或特征，作為分類的劃分基礎(chǔ)，逐次地分成相應(yīng)的若干個(gè)層級的類目，并排成一個(gè)有層次的，逐級展開的分類體系。同位類類目之間是并列關(guān)系；下位類與上位類存在著隸屬關(guān)系；同位類不重復(fù)，不交叉。這利，分類方法層次性好，對應(yīng)數(shù)據(jù)模型中的層次模型，能較好地反映類目之問的邏輯關(guān)系；使用方便，既符合手工處理信息的傳統(tǒng)習(xí)慣，又便于電子計(jì)算機(jī)處理信息。其問題是結(jié)構(gòu)彈性較差，分類結(jié)構(gòu)經(jīng)確定，不易改動(dòng)；效率較低，當(dāng)分類層次較多時(shí)，代碼位數(shù)較長。
面分類法。按分類對象的若干個(gè)屬性或特征視為若干個(gè)“面”，每個(gè)“面”中又可分成許多彼此獨(dú)立的若干個(gè)類目。使用時(shí)，可根據(jù)需要將這些“面”中類目組合在一起，形成一個(gè)復(fù)合類目。這種分類方法有較大彈性，對應(yīng)數(shù)據(jù)模型中的網(wǎng)絡(luò)模型。一個(gè)“面”內(nèi)類目改變，不影響其他“面”；適應(yīng)性強(qiáng)，可視需要組成任何類目；易于添加和修改類目。其問題是不能充分利用容量，可組配的類目很多，但有時(shí)實(shí)際應(yīng)用的類目不多，并且難干手工處理信息。
狀態(tài)空間法。鑒于采礦空間信息的復(fù)雜性、應(yīng)用的復(fù)雜性，在上述兩種方法的基礎(chǔ)上，用“狀態(tài)空間法”作為補(bǔ)充完善，以解決傳統(tǒng)方法無法解決而現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中碰到的問題。
狀態(tài)空間法是問題求解(problemsolving)問題，許多問題求解方法采用試探搜索方法。也就是說，這些方法是通過在某個(gè)可能的解空間內(nèi)尋找一個(gè)解來求解問題。這種基于解答空間的問題表示和求解方法就是狀態(tài)空間法，它通過以狀態(tài)和算符(operator)為基礎(chǔ)來表示和求解問題。
狀態(tài)(srate)：描述某類不同事物間的差別而引入的一組最少變量的有序集合，，Q中的每個(gè)變量Qx稱為狀態(tài)變量。
算符(operator)：把問題從一種狀態(tài)變換為另一種狀態(tài)的手段；
狀態(tài)空間(state space)：表示該問題的全部可能狀態(tài)及其關(guān)系圖。 問題與討論 采礦空間信息分類編碼的目的是用于對采礦數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、建庫，以便于數(shù)據(jù)的集成分析與數(shù)據(jù)共享利用。在礦山信息化界，長期以來未能形成統(tǒng)一的采礦空間信息分類編碼體系，有客觀與主觀上的原因。ISO／TC211在制定元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提供了個(gè)專題信息的分類方案，但沒有采礦空間信息分類方案，這個(gè)專題方案是否可作為我國制定采礦空間信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)的思路，還有待研究。
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