1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
矿产资源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,也是国家的重要战略资源。岩心钻探是深部探测的重要环节,岩心是研究地下地质和矿产情况的重要实物地质资料,它在确定岩性、推断沉积环境以及生储盖组合中,具有不可替代的作用[1]。借助岩心光谱扫描仪,在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内,获取岩心光谱,同时为每个像元提供数百个至几千个窄波段光谱信息,产生一条完整而连续的光谱曲线[2]。借助岩心光谱扫描仪可以将岩心资源数字化,通过获取岩心图像和光谱,实现了岩心图谱合一,大大方便了岩心资源的保存和利用。纵观国内外各种岩心资源管理系统,它们的主要功能是管理岩心图像和光谱等信息资源,其并未对岩心光谱进行定量或半定量分析。由于功能限制,这些系统未能有效挖掘岩心光谱隐含的更有价值的矿物学信息,从而未能充分利用珍贵的岩心光谱资源。岩心光谱中隐含了岩心所包含的矿物组分类型及其相对含量的信息[3],因岩心所含的矿物种类多且杂,岩心光谱大多是多种矿物的混合光谱,因而导致光谱的数据挖掘和矿物识别难度提升。若岩心所属类别与某种标准矿物对应,则该岩心光谱与此标准矿物的光谱最为相似,从而可以认定该岩心主要成分为此种矿物,因此该问题归结为多分类问题。国内外有研究人员致力于混合光谱分离,试图运用概率及统计理论得到混合光谱中各种矿物光谱及其含量[4-6]。由于岩心的成分和结构千变万化,加上受测量仪器和测量条件影响,岩心光谱有一定的不确定性,而文献[4-6]这些方法过于理想化,得到的分析结果并不理想。采用分类方法半定量分析岩心光谱,得到的结果具有实际应用价值,但目前尚没有该方面的研究。
随着数据时代的到来,分类问题尤其是多分类问题广泛的应用于生物、医药、地质勘探等各大领域。常见的分类算法主要有支持向量机(support vector machine,svm) 、logistic回归、神经网络等。logistic回归模型作为一种处理分类因变量的统计模型,应用广泛,且近年来在数据分类方面的研究有了较大进展。logistic回归是一种处理分类因变量的常用统计模型,可用于分类问题的研究。相较于其他分类方法,logistic回归的一个优点就是它可以估算出属于某一类别的概率,而且模型清晰,其概率可以反映出某一因素对结果的影响。logistic回归用途是极为广泛的,如预测与判别分析等,logistic回归分析方法几乎已经成了医学和流行病学中最常用的分析方法,实际上有很多其他分类方法,但logistic回归是最成功也是应用最广的[7]。
近年来logistic回归模型已经广泛应用于多个领域。2001年我国学者黄和安用spss软件进行了多分类logistic回归分析[8]。该方法将中小学生近视程度为例,分为轻度、中度和重度三类,以其中一个类作为参考类别,其他类别都同它相比较可生成个非冗余的logit变换模型,预测并分析了待测样本的所属类别。2005年xu等人提出了基于logistic回归模型的多示例学习算法[9],该模型的应用范围又从分类扩展到了多示例学习。南开大学的梁琪教授在2005年提出将主成分分析应用于logistic回归,并得出结合主成分分析方法的模型具有较高的预测准确率[10]。2012年徐等人运用logistic回归模型分析遥感图像数据,探讨了土地变化驱动因素[11]。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标:在深入研究蚀变矿物光谱特征的基础上,用logistic回归对岩心光谱进行分类处理,对不同类别岩心光谱进行识别,从而获取岩心光谱半定量分析结果。
研究内容:
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岩心光谱降维,用logistic回归分析方法对岩心光谱进行分类;
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研究方法:
1.选择常见蚀变矿物特征吸收区间,综合考虑岩心光谱不同波段的信息量,进行变量选择(或降维);用logistic回归分析方法对降维后的岩心光谱数据进行分类,用带惩罚的logistic回归模型对原始光谱数据进行高维变量选择并分类;
2.对模型参数进行求解,得到分类结果,并与svm方法处理结果进行对比分析
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将logistic回归分类方法应用于岩心光谱信息解译,克服了岩心光谱的部分不确定性影响,分析结果更可信。
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分类目标函数中包含了蚀变矿物特征光谱吸收,可用于大量岩心光谱数据智能分析。
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2020.1-2020.2文献查阅,知识学习
2020.3岩心光谱降维,logistic回归分析方法分类等
2020.4与其他软件对比
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