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        基于信息熵的南方離子型稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)分析

        2015-12-01 02:09:33胡海祥王盛有
        有色金屬科學(xué)與工程 2015年3期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)勢(shì)

        胡海祥,  王盛有

        (1.江西理工大學(xué),a.應(yīng)用科學(xué)學(xué)院;b.礦業(yè)發(fā)展研究中心;c.贛粵閩湘邊界區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作軟科學(xué)研究基地,江西 贛州 341000;2.江西省樂(lè)平市教師進(jìn)修學(xué)校,江西 樂(lè)平 333300)

        基于信息熵的南方離子型稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)分析

        胡海祥1a,1b,1c,王盛有2

        (1.江西理工大學(xué),a.應(yīng)用科學(xué)學(xué)院;b.礦業(yè)發(fā)展研究中心;c.贛粵閩湘邊界區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作軟科學(xué)研究基地,江西 贛州 341000;2.江西省樂(lè)平市教師進(jìn)修學(xué)校,江西 樂(lè)平 333300)

        我國(guó)2006年開(kāi)始下達(dá)稀土開(kāi)采量控制指標(biāo),對(duì)指導(dǎo)稀土生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用.為了更好地理解指標(biāo)變化情況,運(yùn)用信息熵理論對(duì)南方6省離子型稀土生產(chǎn)量控制指標(biāo)分析,結(jié)果表明指標(biāo)數(shù)經(jīng)歷了“穩(wěn)定-增長(zhǎng)-穩(wěn)定”3階段.其中2006~2008年信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度變化平緩;2008~2011年信息熵、均衡度快速上升,優(yōu)勢(shì)度快速下降;2011~2014年信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度再次進(jìn)入平緩階段.對(duì)指標(biāo)影響因素研究,結(jié)果表明控制管理實(shí)施情況為指標(biāo)制定指引方向;稀土精礦市場(chǎng)價(jià)格在2006~2011年區(qū)間段與信息熵變化趨勢(shì)一致,2012年后市場(chǎng)價(jià)格快速下降,開(kāi)采量指標(biāo)步入穩(wěn)定;儲(chǔ)采比變化曲線在3個(gè)階段與信息熵曲線步調(diào)一致.從信息熵角度描述指標(biāo)數(shù)變化情況,探討開(kāi)采量指標(biāo)與影響因素的變化關(guān)系,對(duì)掌握指標(biāo)數(shù)的變化趨勢(shì)具有重要意義.

        離子型稀土;信息熵;開(kāi)采量指標(biāo);均衡度;優(yōu)勢(shì)度;儲(chǔ)采比曲線

        0 引 言

        為保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)離子型優(yōu)勢(shì)稀土礦產(chǎn)資源,我國(guó)2006年開(kāi)始對(duì)南方離子型稀土開(kāi)采量指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制,并要求實(shí)行開(kāi)采總量控制責(zé)任狀和合同書(shū)制度[1].在下達(dá)稀土開(kāi)采總量控制指標(biāo)時(shí),各級(jí)政府(國(guó)土資源管理部門(mén))間要簽定責(zé)任狀,并與礦山企業(yè)簽定合同書(shū)[2].做到專人負(fù)責(zé),及時(shí)上報(bào).主要目的是打擊非法勘查開(kāi)采活動(dòng),嚴(yán)控超量生產(chǎn).進(jìn)一步明確對(duì)未按計(jì)劃控制指標(biāo)開(kāi)采,超指標(biāo)生產(chǎn)的開(kāi)采企業(yè),要視情節(jié)輕重,依法給予行政處罰.在總量控制期間,各稀土礦山不得擴(kuò)能改造,加大開(kāi)采規(guī)模.擅自改變開(kāi)發(fā)利用方案,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的,要及時(shí)查處.之后每年國(guó)土資源部都會(huì)對(duì)江西、福建、廣東、廣西、湖南、云南等離子型稀土生產(chǎn)省份下達(dá)生產(chǎn)控制指標(biāo).信息熵理論常用于土地利用結(jié)構(gòu)變化分析[3-4]、產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究[5]等,文章運(yùn)用信息論中的信息熵理論,分析2006~2014年離子型稀土生產(chǎn)控制指標(biāo)的情況,嘗試探討歷年指標(biāo)的變化趨勢(shì),并對(duì)指標(biāo)變化的影響因素進(jìn)行研究.

        1 研究方法分析

        1948年,信息論之父C.E.Shannon運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,將“熵”概念推廣到信息理論,提出了“信息熵”概念,定義為“熵的減少”,即“系統(tǒng)或事物不確定性的減少”,用以度量系統(tǒng)的無(wú)序程度,解決了對(duì)信息的量化度量問(wèn)題[6].Shannon將“熵”用于度量一個(gè)隨機(jī)事件的不確定性或信息量,奠定了現(xiàn)代信息論的科學(xué)理論基礎(chǔ)[7].

        假設(shè)某一時(shí)間段的稀土開(kāi)采總量為Q,共有n個(gè)省份獲得開(kāi)采總量的一部分量,某個(gè)省份獲得的開(kāi)采量為Qi,則:

        設(shè)每個(gè)省份獲得的開(kāi)采量占總量的比例為Pi,則:

        Pi反應(yīng)了某省份獲得開(kāi)采量的比例,可看作信息熵中的取值概率,顯然:

        根據(jù)信息熵基本原理,結(jié)合Shannon指數(shù),稀土開(kāi)采量指標(biāo)信息熵的計(jì)算公式為:

        H是從平均意義上表征信息源總體信息測(cè)度的一個(gè)量,同時(shí)又是信息源輸出信息的不確定性和事件發(fā)生的隨機(jī)性的量度.H表示稀土開(kāi)采量指標(biāo)信息熵,是南方離子型稀土各省份獲得開(kāi)采量指標(biāo)分布的均勻程度.熵值越大,表明分布越均勻,當(dāng)各省份獲得開(kāi)采量指標(biāo)相等時(shí),熵值最大.信息熵值可用來(lái)反映系統(tǒng)的有序程度,信息熵值愈大,稀土開(kāi)采量指標(biāo)的有序程度越低,信息量越多,越不確定.反之亦然.稀土各省份獲得開(kāi)采量指標(biāo)信息熵可綜合反映在一定時(shí)期內(nèi)各省份開(kāi)采量指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化及其轉(zhuǎn)換程度.基于信息熵的研究本身也存在著一些不足,造成不同階段的數(shù)值可比性不強(qiáng)[3].為進(jìn)一步提高研究的精確性和結(jié)論的指導(dǎo)意義,在信息熵基礎(chǔ)上引入均衡度和優(yōu)勢(shì)度2個(gè)指標(biāo).

        均衡度的計(jì)算公式為:

        Hmax是最大信息熵值,J為均衡度,是實(shí)際信息熵與最大信息熵的比值.均衡度值越大表示開(kāi)采量指標(biāo)均衡度越高,反之亦然.當(dāng)J=1時(shí),均衡度最大;當(dāng)J=0時(shí),均衡度效果最差.公式中引入了ln n,省份數(shù)得到了考慮,從而使均衡度指標(biāo)前后具有可比性.

        優(yōu)勢(shì)度計(jì)算公式為:

        I為開(kāi)采量指標(biāo)優(yōu)勢(shì)度,表示的意義與J相反.它反映了某一個(gè)或幾個(gè)省份開(kāi)采量指標(biāo)支配整體指標(biāo)的程度,與多樣性成反比.優(yōu)勢(shì)度指標(biāo)越大,表明某一個(gè)或幾個(gè)省份開(kāi)采量指標(biāo)占支配的程度越大,反之亦然.當(dāng)I=1時(shí),優(yōu)勢(shì)度最大;當(dāng)J=0時(shí),優(yōu)勢(shì)度最小.

        2 研究結(jié)果與分析

        根據(jù)國(guó)土資源部2006~2014年下達(dá)的稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)的通知,整理后列于表1.

        信息熵計(jì)算是基于年度開(kāi)采總量不變的情況下計(jì)算而得到的,為了數(shù)據(jù)具有可比性,將表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,得到表2.根據(jù)式(3)、式(4)、式(5)計(jì)算得到H、J、I,列于表3.

        由表3、圖1和圖2可知,信息熵總體呈上升趨勢(shì),表明稀土開(kāi)采控制指標(biāo)系統(tǒng)的有序性降低.信息熵最小值0.662 9,最大值1.418 3,平均1.121 6,年均增長(zhǎng)11.86%.2007年信息熵值最小,表明有序度較高;2011年、2013年、2014年最大,表明有序度最低,無(wú)序度升高.可以看出稀土開(kāi)采控制指標(biāo)經(jīng)歷的3階段,即:“穩(wěn)定-增長(zhǎng)-穩(wěn)定”階段.2006~2008年變化平緩,平均增長(zhǎng)率為1.60%,表明稀土開(kāi)采指標(biāo)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定;2008~2011年快速上升,平均增長(zhǎng)率為24.33%,表明稀土開(kāi)采指標(biāo)結(jié)構(gòu)有序度減少,變化明顯,其中江西、福建、廣西、湖南4省信息熵增長(zhǎng)率十分明顯 (圖2);2011~2014年再次進(jìn)入平緩階段,平均增長(zhǎng)率幾乎為0,表明稀土開(kāi)采指標(biāo)結(jié)構(gòu)再次進(jìn)入穩(wěn)定.

        表1 2006~2014年我國(guó)離子型稀土開(kāi)采量控制指標(biāo) /tTable1 Control indicators of ionic rare earth yield from 2006 to 2014/t

        表2 2006~2014年我國(guó)離子型稀土開(kāi)采量歸一化處理后的數(shù)據(jù)Table2 Norm alization p rocessing of ionic rare earth yield data from 2006 to 2014

        表3 2006~2014年稀土開(kāi)采量指標(biāo)的信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度Table3 In form ation entropy,equilibrium degree and dom inance of yield data from 2006 to 2014

        圖1 總信息熵變化曲線Fig.1 Curve of in form ation entropy

        圖2 各省(區(qū))指標(biāo)的信息熵變化曲線Fig.2 Curve of six provinces’inform ation entropy

        根據(jù)表3繪制J、I圖(見(jiàn)圖3),由圖3可知,在均衡度和優(yōu)勢(shì)度上同樣體現(xiàn)了 “穩(wěn)定-增長(zhǎng)-穩(wěn)定”3階段.2006~2008年均衡度和優(yōu)勢(shì)度變化平緩,表明稀土開(kāi)采指標(biāo)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定;2008~2011年均衡度快速上升,優(yōu)勢(shì)度快速下降,表明稀土開(kāi)采指標(biāo)結(jié)構(gòu)向更加均衡發(fā)展的狀態(tài)進(jìn)行;2011~2014年均衡度和優(yōu)勢(shì)度再次進(jìn)入平緩階段,表明稀土開(kāi)采指標(biāo)結(jié)構(gòu)再次進(jìn)入穩(wěn)定階段.

        圖3 均衡度與優(yōu)勢(shì)度變化情況Fig.3 Change histogram of equilibrium degree and dom inance

        3 開(kāi)采量指標(biāo)的影響因素分析

        確定稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)的依據(jù)主要取決于上年度稀土開(kāi)采總量控制管理實(shí)施情況和市場(chǎng)因素[8],資源可開(kāi)采年限和探礦數(shù)量也是影響開(kāi)采控制指標(biāo)的重要因素[9].

        3.1稀土開(kāi)采指標(biāo)實(shí)施情況對(duì)開(kāi)采量指標(biāo)具有指導(dǎo)作用

        2006~2007年,離子型稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)變化較??;2008~2009年,由于私采盜采情況嚴(yán)重,且難以控制,開(kāi)采量控制指標(biāo)適當(dāng)增加,但實(shí)際生產(chǎn)量未超開(kāi)采控制指標(biāo);2010~2011年,隨著稀土價(jià)格的快速上漲,離子型稀土開(kāi)采省區(qū)對(duì)指標(biāo)數(shù)增加預(yù)期強(qiáng)烈[10],同時(shí)考慮嚴(yán)禁私采盜采等相關(guān)政策的持續(xù)性,此期間國(guó)土資源部也快速增加了開(kāi)采量指標(biāo),如2010年比2009年福建增加108.0%、廣東增加50.0%、廣西增加900.0%、湖南增加87.5%,指標(biāo)增量較大,江西省增加14.9%,實(shí)際開(kāi)采量也基本維持在控制指標(biāo)范圍內(nèi).國(guó)土資源部在制定2013年開(kāi)采量控制指標(biāo)時(shí)明確提出,調(diào)整稀土礦礦業(yè)權(quán)差別化管理政策,對(duì)稀土礦礦業(yè)權(quán)實(shí)行差別化管理,明確在產(chǎn)能控制、總量平衡前提下,新增資源枯竭礦山資源接續(xù)、扶貧開(kāi)發(fā)、大型企業(yè)試點(diǎn)、省級(jí)政府要求支持項(xiàng)目等4種情況下允許投放礦業(yè)權(quán)[11].對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目回收稀土資源的管理予以放權(quán),此期間2012~2014年總量指標(biāo)基本無(wú)變化.國(guó)家根據(jù)開(kāi)采指標(biāo)控制管理實(shí)施情況,實(shí)時(shí)調(diào)整指標(biāo),既延續(xù)了政策的可持續(xù)性,又符合了地方的預(yù)期和稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

        3.2市場(chǎng)情況對(duì)開(kāi)采量指標(biāo)具有重要影響

        無(wú)疑市場(chǎng)需求情況是影響稀土開(kāi)采量指標(biāo)的重要因素[12],近幾年稀土價(jià)格大起大落,對(duì)國(guó)內(nèi)稀土行業(yè)造成較大沖擊.2005年12月~2008年6月稀土價(jià)格慢速上漲,離子型稀土精礦維持在6.0~16.8元/kg之間;2008年6月~2011年12月,隨著大宗商品市場(chǎng)的繁榮,稀土價(jià)格有較大幅度上漲,尤其是在2011年,大量外來(lái)資金對(duì)稀土市場(chǎng)的熱捧,稀土價(jià)格一路飆升,在2011年6月達(dá)到最高點(diǎn),離子型稀土精礦最高售價(jià)為500元/kg,此期間價(jià)格漲了近10倍;2012年開(kāi)始,受國(guó)際經(jīng)濟(jì)疲軟影響,全球需求有限,供應(yīng)嚴(yán)重過(guò)剩,價(jià)格開(kāi)始快速持續(xù)斷崖式下跌[13],2012年6月價(jià)格跌至270元/kg,2013和2014年同期分別跌至153元/kg和24元/kg.從上述分析的價(jià)格區(qū)間段,結(jié)合表1、圖1、圖4可知,稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)、信息熵在2006~2011年的“穩(wěn)定-增長(zhǎng)”區(qū)間段基本與稀土價(jià)格變化符合一致,此階段福建、廣東、廣西、湖南的指標(biāo)增量變化較大,江西較少,云南不變.同期間我國(guó)的稀土采選、冶煉規(guī)模快速增加,居高不下,為了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性,2012年之后開(kāi)采量控制指標(biāo)變化幅度很小,基本穩(wěn)定在17 900 t/a.

        3.3資源儲(chǔ)量保證開(kāi)采年限是開(kāi)采量指標(biāo)的決定

        因素

        國(guó)家應(yīng)重點(diǎn)考慮現(xiàn)有資源儲(chǔ)量可以滿足一定時(shí)期內(nèi)的開(kāi)采需求,文獻(xiàn)[14-15]稱稀土按照目前的消耗速度和出口量,世界最大的稀土礦包頭白云鄂博礦將在30年內(nèi)消失,有“世界鎢都”之稱的江西贛州稀土資源也將在20年內(nèi)開(kāi)采殆盡.可開(kāi)采年限一般用儲(chǔ)采比來(lái)衡量.稀土儲(chǔ)采比是指上年末的稀土儲(chǔ)量與當(dāng)年稀土產(chǎn)量的比值[16],儲(chǔ)采比直接反映稀土產(chǎn)量的保證程度,是分析判斷稀土資源合理開(kāi)發(fā)建設(shè)規(guī)模生產(chǎn)形勢(shì)和穩(wěn)產(chǎn)形勢(shì)的重要指標(biāo),間接反映稀土可開(kāi)采的估計(jì)剩余年數(shù).儲(chǔ)采比計(jì)算公式為:

        我國(guó)離子型稀土的儲(chǔ)采比 (如圖5)在2000~2005年快速下降,2005~2009年變化不大,略有上升,隨著之前我國(guó)加大了離子型稀土的探礦力度,離子型稀土的可采年限有所增加,2009~2012年在開(kāi)采控制指標(biāo)增加的期間內(nèi),儲(chǔ)采比仍較大幅度上升,可知可采儲(chǔ)量有較大幅度增加.2012年之后儲(chǔ)采比略有下降.2006~2014年儲(chǔ)采比曲線與信息熵曲線(圖1)基本步調(diào)一致,因此可知源儲(chǔ)量保證開(kāi)采年限是制定開(kāi)采量控制指標(biāo)的決定因素和重要依據(jù).2013年我國(guó)加大了稀土探礦力度,目前稀土探礦權(quán)有172個(gè),預(yù)計(jì)找礦成果將在近些年釋放[17].

        圖4 離子型稀土精礦價(jià)格變化Fig.4 Price curve of ionic rare earth concentrate

        圖5 離子型稀土儲(chǔ)采比變化Fig.5 Curveof ionic rareearth reserve-p roduction ratio

        4 結(jié)束語(yǔ)

        截至2014年12月,我國(guó)稀土“1+5”工作方案已基本完成[18],涉及南方離子型中重稀土整合的大集團(tuán)有:贛州稀土集團(tuán)主要是對(duì)江西境內(nèi)的中重稀土整合,廈門(mén)鎢業(yè)主要負(fù)責(zé)福建省內(nèi)稀土整合,廣晟有色整合范圍集中在廣東省內(nèi).中鋁集團(tuán)除了已有的在江蘇、廣西、四川的整合項(xiàng)目外,還將納入山東省稀土資源的整合,中國(guó)五礦則集中在湖南省內(nèi)整合,涉及部分福建已完成整合的稀土企業(yè)[19].稀土大集團(tuán)整合后,預(yù)計(jì)南方離子型稀土的生產(chǎn)配額、指令性計(jì)劃、新增采礦證等,都會(huì)向稀土大集團(tuán)傾斜[18],即生產(chǎn)量控制指標(biāo)將不再向各省直接下達(dá),而向這6大稀土集團(tuán)統(tǒng)一分配下達(dá).文章運(yùn)用信息熵理論分析離子型稀土生產(chǎn)量控制指標(biāo)情況,并對(duì)影響指標(biāo)的主要因素進(jìn)行了研究.

        1)2006~2014年離子型稀土生產(chǎn)量控制指標(biāo)的信息熵總體呈上升趨勢(shì),經(jīng)歷了“穩(wěn)定-增長(zhǎng)-穩(wěn)定”3階段.第1階段是2006~2008年信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度變化平緩,指標(biāo)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定;第2階段是2008~2011年信息熵、均衡度快速上升,優(yōu)勢(shì)度快速下降,指標(biāo)結(jié)構(gòu)有序度減少,向均衡發(fā)展的狀態(tài)進(jìn)行;2011~2014年信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度再次進(jìn)入平緩階段,指標(biāo)結(jié)構(gòu)再次進(jìn)入穩(wěn)定.

        2)離子型稀土開(kāi)采量控制指標(biāo)的確定依據(jù)主要取決于上年度指標(biāo)控制管理實(shí)施情況、市場(chǎng)因素和剩余稀土資源可開(kāi)采年限.其中市場(chǎng)因素和剩余稀土資源可開(kāi)采年限是最主要的影響因素.信息熵曲線在 2006~2011年的“穩(wěn)定-增長(zhǎng)”區(qū)間段基本與稀土價(jià)格變化符合一致,2012年后稀土價(jià)格快速下降,但我國(guó)的稀土采選、冶煉規(guī)模經(jīng)過(guò)前期建設(shè)已經(jīng)居高不下,為了穩(wěn)定和保持地方生產(chǎn)的連續(xù)性,2012年后開(kāi)采量控制指標(biāo)基本穩(wěn)定.2006~2014年離子型稀土儲(chǔ)采比曲線與信息熵曲線基本步調(diào)一致,顯示國(guó)家在穩(wěn)定開(kāi)采指標(biāo)的同時(shí),加大了稀土的探礦力度,以確保稀土在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)可開(kāi)采.

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        Yield control index of southern China’s ionic-adsorption rare earth based on information entropy

        HU Haixiang1a,1b,1c,WANG Shengyou2
        (1a.School of Applied Sciences;1b.Development Research Center for Mining Industrey;1c.The Economic Base of Border Regional Cooperation among Jiangxi,Guangdong,F(xiàn)ujian and Hunan;JiangxiUniversity of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;2.Jiangxi Leping Teacher Training School,Leping 333300,China)

        Yield quotas of ionic rare earth rationed by Chinese government from 2006 has played an important role in guiding rare earth productivity in China.The ionic rare earth yield quotas are analyzed in six provinces in Southern China to demonstrate the yield changes by adopting information entropy theory.The results show that the quotas have experienced stages of“stability-growth-stability”.The information entropy,equilibrium degree and dominance degree changed gradually from 2006 to 2008.However,from 2008 to 2011,the information entropy and equilibrium degree rose rapidly,while the dominance degree fell fast.And then from 2011 to 2014,the information entropy,equilibrium degree and dominance degree

        to the steady stage.Researching results on factors affecting on quotas show that the controlmanagement implementation provided orientation for quota determination.Rare earth concentrate price fluctuation tendency has been consistentwith information entropy variation between 2006 and 2011.After 2012,rare earth price fell dramatically with steady mining quota.The reserve-production ratios are in conformity with information entropy curve in three stages.The relationship between production quotas and influencing factors are discussed by describing the changes of the quotas from the point of information entropy,which has great significance to grasp the change trend of production quotas.

        The ionic rare earth;information entropy;production quota;equilibrium degree;dominance degree;reserve-production ratio curve

        TD865

        A

        10.13264/j.cnki.ysjskx.2015.03.023

        2014-12-15

        江西省社會(huì)科學(xué)“十二五”(2012)規(guī)劃項(xiàng)目(12YJ57);江西省軟科學(xué)(2015)研究計(jì)劃項(xiàng)目(20151BBA10050);江西省高校人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目(JC1410)

        胡海祥(1979-),男,博士后,副教授,主要從事礦業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的研究,E-mail:hhxok@qq.com.

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