李天慧，葛秀秀，李云鹏，李金秘

（1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000,；2.新疆地矿局信息中心，新疆 乌鲁木齐 830000；3.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830047）

近年来，生态文明建设被列入“五位一体”的综合性发展总布局内，党中央多次明确指出要求加强矿业秩序的管理和整顿，矿产资源开发和管理工作越来越受到重视[1，2]。合理合法的矿产资源开发本能够促进地区的经济发展，但违法的开采行为始终存在，为矿业开发带了了很多不利的影响。

新疆是矿产资源大省，已发现4000多处矿产产地，138种各类矿产，各类矿产资源在“三山夹两盆”的特殊结构中广泛分布，有带状分布、分段集中的特点。目前，有关矿产资源违法情况的文献，多数是利用政策和法律的相关手段来打压和治理违法开采的行为，在违法开采矿山空间分布方面，缺乏定量，深层次的分布情况分析，使得治理方向不够明确，在提出矿业的管理对策上没有很强的针对性。而在空间统计分析的研究中，大多数研究用于疾病或疫情的转移与防范以及犯罪热点的热点研究及预测，在地质学领域少有涉及[3]。

本文以新疆北部为研究区，以中国地质调查局项目为支撑[4，5]，借助ArcGIS软件,运用空间统计分析，进行2017年疑似违法开采点GIS空间可视化，得到2017年研究区疑似违法开采点时空分布特征及疑似违法开采热点聚集区。为维护矿业的合法开采秩序，打击整治矿区环境等方面提供了数据支持和决策依据。从技术层面，对维护新疆矿产资源有序开采具有借鉴意义。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

中国地质调查局项目“全国矿山开发状况遥感地质调查与监测（编号：DD20190511）、“全国矿山环境恢复治理状况遥感地质调查与监测”（编号：DD20190705）项目数据的支持。

1.2 研究方法

本次研究依托ArcGIS 10.2平台。

（1）利用空间分析的方法，分析研究区疑似违法开采点的分布情况现状，并对研究区内矿产疑似违法开采点进行核密度分析，展现其时空分布特征。

（2）利用空间统计分析学原理，建立空间自相关模型，包括全局自相关和局部自相关，以研究区县区级行政区为单位，研究2017年研究区矿产疑似违法开采点的热点冷点聚集区域。

2 核密度分析

核密度分析可用于可视化违法点分布和热点识别，聚集了指定搜索半径里的点，并创建了连续的曲面，表示疑似违法点分布的密度与体积。

2.1 基本原理

核密度估算的表达式为：

依据相关法律法规，加强生态环境保护，结合全市水域滩涂实际情况，将境内112座水库规划为限制养殖区，面积33.15平方公里，约占全市国土面积的1.51%。包括中型水库、小㈠型水库、小㈡型水库。分布在当阳市境内各镇（办事处）。将所有集体灌溉用水堰塘划定为限制养殖区。

式中K[]为核密度函数，h为搜索半径，n为在搜素范围中疑似违法开采点的数目；d为数据维度。

其中搜索半径的大小很多学者都给出了不同的计算方法，在ArcGIS 10.2中搜索半径是通过输出范围的宽度或高度的最小值除以30来进行计算[37]。

公式为：

式中，e1,e2分别为事件点分布范围最小矩阵的两条边长。

将样本数据代入上式进行计算，搜索半径h=25.9km。

2.2 分析结果

采用核密度估算（KDE）的方法得到2017年疑似违法开采点密度分布如图1所示，利用核密度估算的方法分析其特征。

图1 2017年研究区矿产资源疑似违法点核密度分布图

疑似违法开采点高密度值在乌鲁木齐市乌鲁木齐县、伊犁哈萨克自治州伊宁县、吐鲁番地区吐鲁番市、鄯善县以及哈密地区哈密市聚集明显，其余地区逐步扩散，塔城地区裕民县未受到辐射，空间结构上形成单核聚集的网状结构。

3 空间自相关分析

空间自相关分析可以反映有空间位置的两个元素间的相互依赖程度，具有空间位置的数据由于其可以受到空间位置的影响，呈现出不同程度不同组合的相关关系。

本文结合地理边界专题制图学的理论，运用项目中提供的研究区内所有开采点为分母，计算出单行政区域的违法率，参与空间自相关的计算，目标区域为研究区各县区级行政区域，强度变化值是疑似违法率。

本次研究空间分析尺度为研究区55个县（市、区），选取样本数据2017年研究区疑似违法点，分析变量为县级疑似违法开采率。用空间自相关分析的空间关联测度模型，研究区疑似违法点空间格局。

3.1 全局空间自相关

全局空间自相关主要描述研究区范围内空间对象之间的关联程度，以表明空间对象之间是否存在显著的空间分布模式。

本节主要采用Global Moran’s I和Getis-Ord General G进行度量。计算结果详见表1。分析结果表明：

样本数据的空间分布呈现明显聚类模式，且随机产生此聚类模式的可能性小于1%。Getis-Ord General G分析结果表明：样本数据空间分布均呈现高聚类模式，且随机产生此高聚类模式的可能性小于5%。详见表1。

表1 2011年到2017年间研究区疑似违法开采点全局自相关分析结果

3.2 局部空间自相关

局部空间自相关能够用来识别不同空间位置上可能存在的不同空间关联模式（或者空间聚集模式），从而允许我们观察不同空间位置上的局部不平稳性，发现数据之间的空间异质性，为分类或区划提供依据。弥补全局自相关不能在空间位置上显示聚集现象具体位置的不足。本节主要采用Getis-Ord Gi＊和Anselin Local Moran’s I进行度量。计算结果详见图2、图3。

图2 研究区疑似违法开采点Getis-Ord Gi＊自相关分析结果图

Getis-Ord Gi＊指数分析结果显示：两个热点区域（分别由昌吉回族自治州奇台县，阿勒泰地区富蕴县、青河县；乌鲁木齐市达坂城区、水磨沟区、天山区、沙依巴克区组成），其中天山区显著性水平P＜0.01，其他区县显著性水平P＜0.05。一个冷点区域（由塔城地区托里县，克拉玛依市乌尔禾区、白碱滩区组成），显著性水平P＜0.05。详见图2。

Anselin Local Moran’s I指数分析结果显示：结果为HH的县区有4个（阿勒泰地区富蕴县，昌吉回族自治州奇台县，乌鲁木齐市沙依巴克区、天山区），结果为LL的县区3个（由塔城地区托里县，克拉玛依市乌尔禾区、白碱滩区组成）。详见图3。

图3 研究区疑似违法开采点聚类和异常值分析(Anselin Local Moran I)

4 结论与讨论

（1）核密度分析法具有灵活性，网格的大小，搜索半径都可以按照自己的需求进行调整，具有视觉吸引力，可以使用梯度色彩等级进行划分，内核区域以及辐射范围一目了然。分析得到研究区疑似违法开采点的高密度集中区3处。

（2）空间自相关分析可以用来检测样本数据的聚集情况和显著性，识别各县级行政区和其周围地区的空间关联模式，评估全局空间自相关关联模式在整个数据中得均匀分布情况，筛查出影响全局空间自相关分析的重要位置。在全局自相关分析空间上呈明显聚类模式分布，在局部空间自相关分析中发现研究区疑似违法开采点的热点区2个，冷点区1个，HH的县区4个，LL的县区3个。

（3）通过对展布方式的探索与研究，系统地了解2017年矿山监测疑似违法点的空间展布情况，维护矿业的合法开采秩序，打击整治矿区环境等方面提供了数据支持和决策依据。