基于条件模拟的等概率随机矿体品位建模方法研究

品位顶测是矿山规划以及经济可行性分析过程中的关键环节。为了克服地质风险可能带来的经济影响,对传统方法在处理品位不确定性方面的局限性进行了研究,提出了一种新的矿山品位等概率建模方法。该方法结合了地质统计学原理和条件概率模拟技术,核心是使用序贯高斯条件模拟来模拟矿床中金属品位的可能分布,通过生成一系列等概率的矿体模型来降低品位预测的不确定性。以MineLib数据库中的KD铜矿山为工程案例,对比了普通克里格模拟和新方法的估值结果,分析了不同方法之间的差异性。结果表明,新方法在保证可靠性的同时,也能更好地保留品位空间变异性,克服平滑效应,更好地反映矿体实际品位的不确定性,从而为矿山规划和运营提供更可靠的决策支持。

基于序贯高斯条件模拟的GEDI数据联合Landsat8反演森林地上生物量

[目的]单一遥感技术估测森林生物量存在较大局限性,本研究旨在利用多源遥感协同技术互补激光雷达和光学遥感的优势,提高生物量估测精度。[方法]以星载激光雷达GEDI和光学遥感Landsat8数据为主要信息源,采用序贯高斯条件模拟方法实现GEDI光斑数据由“点”到“面”的空间扩展,结合地面138块生物量调查样地,利用随机森林回归方法估测云南省香格里拉云冷杉林的地上生物量。[结果](1)采用序贯高斯条件模拟方法对GEDI光斑点进行空间插值,模拟的12个生物物理指标在空间分布上呈现出随机性、破碎化的特征,这与森林的空间分布聚集性非常相似,参与建模的9个指标OEC均大于0.90;(2)利用单一Landsat8光学遥感数据和地形因子构建的随机森林模型精度为:R2=0.82,RMSE=35.51 t·hm^(-2),P=0.77;Landsat8数据协同星载激光雷达GEDI数据构建的随机森林模型精度为:R2=0.86,RMSE=32.11 t·hm^(-2),P=0.80,模型精度明显提升;(3)利用多源遥感技术估测的香格里拉2019年云冷杉林地上的生物量总量为37 042 605.68 t,平均生物量为123.28 t·hm^(-2)。[结论]基于地统计学的序贯高斯条件模拟方法考虑到研究对象的空间异质性、能克服一定的平滑效应,用于实现激光点由“点”到“面”的空间扩展是可行的。星载激光雷达GEDI与光学遥感Landsat8协同的多源遥感数据可有效填补单一遥感数据源的缺陷,提高森林生物量的估测精度,能为激光雷达联合光学遥感估测大范围、全覆盖的森林生物量提供参考。

基于序贯高斯条件模拟的龙竹叶面积指数估测

叶面积指数(LAI)是评估森林生态系统健康状况的重要参数,为探究遥感数据在估测区域尺度森林LAI的能力,以搭载了先进地形激光测高仪系统(ATLAS)的冰、云和陆地高程卫星(ICESat-2)为主要信息源,协同陆地卫星(Landsat 9)及地形因子,结合51块实测样地数据,采用序贯高斯条件模拟(SGCS)方法与随机森林(RF)、梯度提升回归树(GBRT)、支持向量机(SVM)与K近邻(KNN)模型进行区域尺度的龙竹(Dendrocalamus giganteus)LAI遥感估测。结果表明:(1)在提取的46个ICESat-2/ATLAS光斑参数中,经Pearson相关性分析后,最佳拟合分段地形高度、插值地形表面高度、绝对平均冠层高度、太阳高度角4个特征参数与实测LAI具有显著相关性。(2)在RF、 GBRT、 SVM、 KNN模型中,多源遥感数据结合RF模型估测的LAI结果最佳,决定系数(R^(2))、均方根误差(E_(rms))、平均绝对误差(E_(ma))分别为0.901、0.352、 0.289。(3)使用SGCS方法及RF模型估测的研究区LAI为2.089~2.493,平均值为2.291。基于ICESat-2/ATLAS高密集光斑进行区域尺度LAI估测具有一定优势,光学影像数据及地形因子等辅助数据的加入,可有效提升模型估测精度,为高效率、低成本区域尺度LAI估测提供了案例,还为将ICESat-2/ATLAS数据与其他遥感影像相结合以估测其他森林结构参数提供了新的思路。

条件模拟方法近期研究进展

对在近年来条件模拟研究中发展起来的转向带及其改进方法、矩阵三角分解法、快速傅立叶变换法、回归模型法和非平稳条件模拟等新理论和新方法做了简要综述。

农田土壤表层饱和导水率的条件模拟

本文简单地介绍了地统计模拟中的序贯高斯方法 ,以农田土壤表层饱和导水率Ks为例 ,对其分别进行了条件模拟和克立格插值 ,并将条件模拟、克立格插值结果与实测数据进行了对比分析 .结果表明克立格插值具有明显的“平滑”效应 ,改变了Ks数据的空间结构 ;而条件模拟具有与实测数据相同的空间自相关结构 ,并且对未知点的模拟值具有不确定性 .因此 ,条件模拟对于研究那些具有空间不确定性且会对环境带来不良影响的风险性变量 ,更具有实际意义 .

基于地统计条件模拟的土壤重金属污染范围预测方法研究

常用的空间插值模型在土壤污染范围预测时存在平滑效应,导致高值区被平滑和低值区被高估,在划定污染区范围时也往往忽视了插值结果存在的偏差。以某土壤重金属污染区域为例,利用地统计条件模拟方法预测土壤中Cu、Pb的空间分布,在多次模拟结果的基础上估算污染概率,基于概率阈值确定污染区范围。研究结果表明,地统计条件模拟方法获得的土壤Cu、Pb模拟结果统计特征与调查样点的统计特征基本一致,且空间分布格局也相似。基于污染概率的污染区范围确定方法可以定量评估污染区范围预测的不确定性,对提高土壤污染治理效果与科学制定环境管理决策具有重要意义。

条件模拟原理和技术进展及在水资源系统中的应用

在简要介绍条件模拟基本原理基础上 ,重点评述了国外 2 0世纪 90年代新的数学方法和计算技术进展及在国内外水资源系统应用的主要成果 。

应用序列指示条件模拟算法模拟森林类型空间分布

森林类型的空间分布是进行森林景观格局研究的基础和先决条件。当前林业实际生产过程中 ,森林分布图的获得要么具有很强的主观性 ,要么受环境因素的制约。空间统计学可以描述事物在空间上的分布特征 ,条件模拟算法是空间统计学中进行空间插值的一种有效手段。森林类型是一个区域化的分类变量 ,在研究区内可能存在森林类型破碎化严重情况 ,为此本文选用分类变量的序列指示条件模拟算法来模拟森林类型的空间分布。文中介绍了序列指示条件模拟算法的原理、计算步骤、优点及适用性 ,以东北汪清林业局局级样地为材料 ,应用序列指示条件模拟算法对汪清林业局森林类型空间分布进行模拟 ,模拟结果与森林经理调查得到的森林分布图相比较 ,模拟精度达到 73.80 %。精度分析结果表明 ,以样地为材料 ,应用序列指示条件模拟算法 。

黄土沟壑区小流域土壤pH值的空间分布及条件模拟

土壤pH值是影响土壤养分有效性和化学物质在土壤中行为的主要因素,研究土壤pH值的空间分布特征对于土壤养分管理和土壤污染预测具有重要意义。该文用地统计学方法研究了环境因素复杂的黄土高原小流域土壤pH值空间分布特征。结果表明,黄土沟壑区小流域土壤pH值具有球形—指数套合模型的空间结构特征,其空间异质性主要来源于流域内土地利用和土壤侵蚀等随机因素。与有机质协同的Kriging法能较好地对土壤pH值进行估值,其估值范围小于实测数据,估值误差来源于复杂的环境因素。序贯高斯条件模拟的土壤pH值范围与实测数据接近,模拟的平均值低于实测数据,模拟误差来源于模拟过程中独特的Kriging算法及高斯特性。

Kriging插值和序贯高斯条件模拟的原理比较及在土壤空间变异研究中的案例分析

20世纪60年代由Matheron创立的Kriging插值方法目前已发展出多种形式，广泛应用于地学研究。该方法能根据现有数据给出空间变量的最优无偏线性估计，但其缺点是产生平滑效应。

人工神经网络在冻土水盐空间变异与条件模拟中的应用比较

该文利用人工神经网络的BP模型建立了具有类似普通Kriging(OK)法和条件模拟(CS)运算目标的人工神经Kriging(NK)方法,在黄河河套平原进行了耕地和盐荒地初冻期、最大冻深期和融通期土壤水盐时空变异性的模拟和估值,通过NK法与OK法、CS法模拟、估值、检验结果及3种方法的理论变异函数、统计参数与实验变异函数的对比,结果表明NK法在消除滑动平均影响方面优于OK法,并以类似于CS法的空间变异性进行模拟,而且NK法有自身独特的优点,它不需要协方差函数的估计和变异函数的推求,对于含有一定特异值和一维到三维空间的扩展有更强的适应性,是对空间变异性应用研究方法的一种补充,同时拓宽了ANN的应用领域,具学科融合的优势。

岩土体的非均质性及力学参数的条件模拟赋值

根据工程岩土体通常为非均质体,其力学参数具有空间变异二重性,应看成是空间随机场这一事实,对工程岩土体经过分级分区后,各分区岩土力学参数随机场的空间变异性分析以及岩土工程有限元计算中单元体力学参数的条件模拟赋值作了探讨。应用条件模拟法对单元体力学参数进行赋值不仅能同时考虑到岩土力学参数随机场所具有的空间变异二重性特征,而且比克立格法能更真实地再现岩土力学参数随机场所具有的离散性和波动性。

平原地区水文地质结构条件模拟及其应用:以华北平原为例

为了分析储水介质非均质性问题,采用了基于马尔柯夫地层序列分析的分布条件模拟方法,用转移概率矩阵的谱分析函数替代传统地质统计学中的变差函数,利用协同指示克里格方法和条件模拟建立结构模型。以华北平原为例,论述了模拟结构建立过程及其在水流模型中的应用。通过对模拟结果与实测数据的分析比较,认为模拟结果能够客观反映整个研究区的沉积规律,以岩性赋水文地质参数的方法更加客观准确地解决储水介质非均质性问题。分析了该方法的优、缺点,并提出了该方法深入研究的方向与思路。

地下水流动的条件模拟

为分析参数的观测值对地下水流动不确定性的影响,建立了基于Karhunen-Loeve(KL)展开和扰动展开的地下水流动条件模拟模型,模型中联合考虑了渗透系数、补给和边界条件的空间变异性,推导了多条件作用下的地下水运动数值模型。数值试验的结果表明:在特定协方差函数或低阶KL展开时,所提出的数值模型具有良好的计算效率和计算精度;条件模拟可减小总体水头方差;相关长度越大,条件点越多,方差减少越明显;条件点的影响范围与条件点所处位置相关,应该在条件点影响范围大的区域布置观测点以最大程度的减小预测结果的不确定性。在实际的地下水问题中,应根据水流运动特性来确定不同参数的观测方案,以保证预测到的水流具有较小的不确定性和较高的可靠度。

利用分形条件模拟和流线模型预测剩余油气饱和度分布

预测剩余油气饱和度分布是高含水期油田研究的重要内容,也是评价二次采油或三次采油方案的重要依据。认为预测剩余油气饱和度分布的有效方法是:首先充分利用井点测试资料,采用先进的随机建模技术进行精细油藏描述,建立精细的多种可能的地质模型;然后对多种可能的地质模型进行精细的油藏模拟,并将模拟结果与实际观测资料进行比较,挑选出理想的地质模型;最后利用优选的地质模型通过水驱油流线模型数值模拟来预测剩余油气饱和度分布。应用实例表明,该方法在满足精度的条件下,运算速度明显加快,具有广阔的应用前景。

水盐空间变异性监测的条件模拟

本文用地质统计学的条件模拟 (CS)理论对 2 4hm2 实验区的水盐监测系统 ,进行了两种田间尺度空间变异性的模拟 ,与普通Kriging (OK)法估计比较 :CS的模拟方差接近实验值并可较好地揭示水盐特性空间变异的波动过程 ,在掌握一定距离若干控制点的采样后 ,可以较少钻孔模拟孔间的空间变异规律及其离散性 ,有突出优点 ;但模拟值不如OK估计能平均的接近实验值 ,研究认为CS和OK法各有优缺点 ,在水盐监测时 ,模拟和估计因目标不同 。

协方差矩阵上-下三角分解法在区域土壤水盐条件模拟的应用

本文运用协方差矩阵的上-下三角分解法对黄河河套平原上土壤水盐的空间变异性进行了条件模拟,利用55个大网格的规则采样点模拟了小尺度待估点的土壤水盐含量,模拟结果的空间分布趋势、半变异函数以及其统计特征值与普通kriging的相应估计值进行了比较。结果表明,kriging估计结果大大缩小了实测值的变异系数具有明显的平滑效应,为条件模拟的变异系数则接近于实测值,能够很好的保持土壤水盐含量的空间结构;多个条件模拟能给出土壤特性的一个波动范围及极端值。这一效果对改造中低产田、提高灌溉效率和水土资源的监测和管理决策都十分重要。由于协方差矩阵的上-下分解法避免了常用的条件模拟实现法中转向带法和傅立叶转换法的一些缺陷,其理论简单,约束条件少,可将模拟和条件化同时进行。本文的研究说明该方法应用于水土科学是可行的。

基于降雨空间变异的潜水运动随机模拟方法Ⅱ——条件模拟

建立了降雨空间变异条件下基于KLPC解法的潜水运动条件模拟方法,假设平面上若干测点的降雨量已知,分析了当随机模型中加入雨量站观测值时水头、流速和水动力弥散系数标准差的变化情况。研究结果表明:在条件模拟中,由于降雨协方差具有非平稳结构,需要采用数值解法来求解Fredholm方程;条件模拟方法计算出的水头、流速和水动力弥散系数的标准差要小于非条件模拟的结果;在降雨空间变异条件下,降雨的相关长度越大,方差越大,条件模拟对水头标准差削减越明显;与水头相比,条件模拟下流速和水动力弥散系数的标准差的消减更为明显,因此在考虑降雨的空间变异性时,条件模拟可减小溶质运移输入参数的不确定性具有一定作用。

基于条件模拟技术的平原区水文地质结构三维建模研究

为了刻画储水介质非均质性问题,本文采用了基于马尔柯夫地层序列分析的分布条件模拟方法,以转移概率矩阵的谱分析函数替代了传统地质统计学中的变差函数,利用协同指示克里格和条件模拟建立模型。文中对方法进行了简单表述,并将其应用于华北平原地区进行实例分析,模拟结果客观反映整个研究区的沉积规律。最后还分析了方法的优缺点,并提出了方法本身再深入研究的方向与思路。