李天慧，葛秀秀，李云鵬，李金秘

（1.新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830000,；2.新疆地礦局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000；3.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830047）

近年來，生態(tài)文明建設被列入“五位一體”的綜合性發(fā)展總布局內(nèi)，黨中央多次明確指出要求加強礦業(yè)秩序的管理和整頓，礦產(chǎn)資源開發(fā)和管理工作越來越受到重視[1，2]。合理合法的礦產(chǎn)資源開發(fā)本能夠促進地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，但違法的開采行為始終存在，為礦業(yè)開發(fā)帶了了很多不利的影響。

新疆是礦產(chǎn)資源大省，已發(fā)現(xiàn)4000多處礦產(chǎn)產(chǎn)地，138種各類礦產(chǎn)，各類礦產(chǎn)資源在“三山夾兩盆”的特殊結構中廣泛分布，有帶狀分布、分段集中的特點。目前，有關礦產(chǎn)資源違法情況的文獻，多數(shù)是利用政策和法律的相關手段來打壓和治理違法開采的行為，在違法開采礦山空間分布方面，缺乏定量，深層次的分布情況分析，使得治理方向不夠明確，在提出礦業(yè)的管理對策上沒有很強的針對性。而在空間統(tǒng)計分析的研究中，大多數(shù)研究用于疾病或疫情的轉移與防范以及犯罪熱點的熱點研究及預測，在地質學領域少有涉及[3]。

本文以新疆北部為研究區(qū)，以中國地質調查局項目為支撐[4，5]，借助ArcGIS軟件,運用空間統(tǒng)計分析，進行2017年疑似違法開采點GIS空間可視化，得到2017年研究區(qū)疑似違法開采點時空分布特征及疑似違法開采熱點聚集區(qū)。為維護礦業(yè)的合法開采秩序，打擊整治礦區(qū)環(huán)境等方面提供了數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。從技術層面，對維護新疆礦產(chǎn)資源有序開采具有借鑒意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

中國地質調查局項目“全國礦山開發(fā)狀況遙感地質調查與監(jiān)測（編號：DD20190511）、“全國礦山環(huán)境恢復治理狀況遙感地質調查與監(jiān)測”（編號：DD20190705）項目數(shù)據(jù)的支持。

1.2 研究方法

本次研究依托ArcGIS 10.2平臺。

（1）利用空間分析的方法，分析研究區(qū)疑似違法開采點的分布情況現(xiàn)狀，并對研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)疑似違法開采點進行核密度分析，展現(xiàn)其時空分布特征。

（2）利用空間統(tǒng)計分析學原理，建立空間自相關模型，包括全局自相關和局部自相關，以研究區(qū)縣區(qū)級行政區(qū)為單位，研究2017年研究區(qū)礦產(chǎn)疑似違法開采點的熱點冷點聚集區(qū)域。

2 核密度分析

核密度分析可用于可視化違法點分布和熱點識別，聚集了指定搜索半徑里的點，并創(chuàng)建了連續(xù)的曲面，表示疑似違法點分布的密度與體積。

2.1 基本原理

核密度估算的表達式為：

依據(jù)相關法律法規(guī)，加強生態(tài)環(huán)境保護，結合全市水域灘涂實際情況，將境內(nèi)112座水庫規(guī)劃為限制養(yǎng)殖區(qū)，面積33.15平方公里，約占全市國土面積的1.51%。包括中型水庫、?、逍退畮臁⑿、嫘退畮?。分布在當陽市境內(nèi)各鎮(zhèn)（辦事處）。將所有集體灌溉用水堰塘劃定為限制養(yǎng)殖區(qū)。

式中K[]為核密度函數(shù)，h為搜索半徑，n為在搜素范圍中疑似違法開采點的數(shù)目；d為數(shù)據(jù)維度。

其中搜索半徑的大小很多學者都給出了不同的計算方法，在ArcGIS 10.2中搜索半徑是通過輸出范圍的寬度或高度的最小值除以30來進行計算[37]。

公式為：

式中，e1,e2分別為事件點分布范圍最小矩陣的兩條邊長。

將樣本數(shù)據(jù)代入上式進行計算，搜索半徑h=25.9km。

2.2 分析結果

采用核密度估算（KDE）的方法得到2017年疑似違法開采點密度分布如圖1所示，利用核密度估算的方法分析其特征。

圖1 2017年研究區(qū)礦產(chǎn)資源疑似違法點核密度分布圖

疑似違法開采點高密度值在烏魯木齊市烏魯木齊縣、伊犁哈薩克自治州伊寧縣、吐魯番地區(qū)吐魯番市、鄯善縣以及哈密地區(qū)哈密市聚集明顯，其余地區(qū)逐步擴散，塔城地區(qū)裕民縣未受到輻射，空間結構上形成單核聚集的網(wǎng)狀結構。

3 空間自相關分析

空間自相關分析可以反映有空間位置的兩個元素間的相互依賴程度，具有空間位置的數(shù)據(jù)由于其可以受到空間位置的影響，呈現(xiàn)出不同程度不同組合的相關關系。

本文結合地理邊界專題制圖學的理論，運用項目中提供的研究區(qū)內(nèi)所有開采點為分母，計算出單行政區(qū)域的違法率，參與空間自相關的計算，目標區(qū)域為研究區(qū)各縣區(qū)級行政區(qū)域，強度變化值是疑似違法率。

本次研究空間分析尺度為研究區(qū)55個縣（市、區(qū)），選取樣本數(shù)據(jù)2017年研究區(qū)疑似違法點，分析變量為縣級疑似違法開采率。用空間自相關分析的空間關聯(lián)測度模型，研究區(qū)疑似違法點空間格局。

3.1 全局空間自相關

全局空間自相關主要描述研究區(qū)范圍內(nèi)空間對象之間的關聯(lián)程度，以表明空間對象之間是否存在顯著的空間分布模式。

本節(jié)主要采用Global Moran’s I和Getis-Ord General G進行度量。計算結果詳見表1。分析結果表明：

樣本數(shù)據(jù)的空間分布呈現(xiàn)明顯聚類模式，且隨機產(chǎn)生此聚類模式的可能性小于1%。Getis-Ord General G分析結果表明：樣本數(shù)據(jù)空間分布均呈現(xiàn)高聚類模式，且隨機產(chǎn)生此高聚類模式的可能性小于5%。詳見表1。

表1 2011年到2017年間研究區(qū)疑似違法開采點全局自相關分析結果

3.2 局部空間自相關

局部空間自相關能夠用來識別不同空間位置上可能存在的不同空間關聯(lián)模式（或者空間聚集模式），從而允許我們觀察不同空間位置上的局部不平穩(wěn)性，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的空間異質性，為分類或區(qū)劃提供依據(jù)。彌補全局自相關不能在空間位置上顯示聚集現(xiàn)象具體位置的不足。本節(jié)主要采用Getis-Ord Gi＊和Anselin Local Moran’s I進行度量。計算結果詳見圖2、圖3。

圖2 研究區(qū)疑似違法開采點Getis-Ord Gi＊自相關分析結果圖

Getis-Ord Gi＊指數(shù)分析結果顯示：兩個熱點區(qū)域（分別由昌吉回族自治州奇臺縣，阿勒泰地區(qū)富蘊縣、青河縣；烏魯木齊市達坂城區(qū)、水磨溝區(qū)、天山區(qū)、沙依巴克區(qū)組成），其中天山區(qū)顯著性水平P＜0.01，其他區(qū)縣顯著性水平P＜0.05。一個冷點區(qū)域（由塔城地區(qū)托里縣，克拉瑪依市烏爾禾區(qū)、白堿灘區(qū)組成），顯著性水平P＜0.05。詳見圖2。

Anselin Local Moran’s I指數(shù)分析結果顯示：結果為HH的縣區(qū)有4個（阿勒泰地區(qū)富蘊縣，昌吉回族自治州奇臺縣，烏魯木齊市沙依巴克區(qū)、天山區(qū)），結果為LL的縣區(qū)3個（由塔城地區(qū)托里縣，克拉瑪依市烏爾禾區(qū)、白堿灘區(qū)組成）。詳見圖3。

圖3 研究區(qū)疑似違法開采點聚類和異常值分析(Anselin Local Moran I)

4 結論與討論

（1）核密度分析法具有靈活性，網(wǎng)格的大小，搜索半徑都可以按照自己的需求進行調整，具有視覺吸引力，可以使用梯度色彩等級進行劃分，內(nèi)核區(qū)域以及輻射范圍一目了然。分析得到研究區(qū)疑似違法開采點的高密度集中區(qū)3處。

（2）空間自相關分析可以用來檢測樣本數(shù)據(jù)的聚集情況和顯著性，識別各縣級行政區(qū)和其周圍地區(qū)的空間關聯(lián)模式，評估全局空間自相關關聯(lián)模式在整個數(shù)據(jù)中得均勻分布情況，篩查出影響全局空間自相關分析的重要位置。在全局自相關分析空間上呈明顯聚類模式分布，在局部空間自相關分析中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)疑似違法開采點的熱點區(qū)2個，冷點區(qū)1個，HH的縣區(qū)4個，LL的縣區(qū)3個。

（3）通過對展布方式的探索與研究，系統(tǒng)地了解2017年礦山監(jiān)測疑似違法點的空間展布情況，維護礦業(yè)的合法開采秩序，打擊整治礦區(qū)環(huán)境等方面提供了數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。