SUPERVISOR
Hasan Tabatabaei,Nader Fathianpour
سيد حسن طباطبائي (استاد راهنما) نادر فتحيان پور (استاد مشاور)
STUDENT
Arman Mohammadi Gonbadi
آرمان محمدي گنبدي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
TITLE
Multiple-Point Ore Grade Estimation by Implicit Volterra Series and Kernel Methods
Ore grade estimation plays an important role in recoverable resource calculations and mining projects. Classic geostatistical estimation methods are based on two-point statistics and cannot make use of multiple-point and higher-order statistics of the data. Recent multiple-point geostatistical methods (MPS) use multiple-point and higher-order features of the spatial data to model more complex phenomena. MPS algorithms extract the higher-order features from a training image (TI), but in many applications obtaining a representative training image is difficult. Very few studies have been conducted on determination of the possible effects of these features on the results of ore grade estimation. In view of this, the present study introduced two new multiple-point interpolation methods based on the implicit Volterra series. The proposed methods directly extract multiple-point interactions of the available hard data and do not require training images. Therefore, they are suitable for applications like ore reserve estimation and spatial mappings, in which there is no proper training image, but more information and data is available than under-informed applications. To improve the generalization of implicit Volterra series, a regularized least-square and an epsilon-insensitive cost function were used to implicitly estimate the Volterra series coefficients in the reproducing kernel Hilbert space (RKHS). This study shows that in such cases, the implicit Volterra series is equivalent to least square support vector machines (LS-SVM) and support vector regression (SVR), respectively. Using these implicit Volterra series, two new multiple-point spatial interpolation methods were presented. Also, in this study multiple-point spatial templates were used to extract multiplicative features of the input data. Therefore, an algorithm was presented to search the 3D space by these templates. The applicability of the regularized implicit Volterra series in capturing the higher-order features of the spatial data is successfully evaluated in a synthetic example. An example iects the capability of the introduced implicit Volterra series in modeling the higher-order statistics of spatial data. In this example, using implicit Volterra series, higher-order components of a reference image, known as the crack image are computed. According to the results, it can be concluded that the introduced Volterra series can extract higher-order components of the spatial data, which is comparable to the orthogonal implicit Volterra series. Moreover, it can be concluded that the regularized Volterra series leads to a regular decay of the prediction error by increasing the order of the series. Also, using the regularized cost function, the overall accuracy of the predictions significantly improves. Also in another example, the generalization ability of the introduced methods is successfully examined in two real 2D and 3D mining examples at the Kuh-panj and Sarcheshmeh porphyry copper deposits. The results revealed that the introduced multiple-point methods could present better results than the ordinary and indicator kriging methods. Also according to the results, using an epsilon-insensitive cost function instead of a least square cost function improves the generalization ability of the implicit Volterra series
چکيده : تخمين عيار ذخاير معدني نقش مهمي درمحاسبات مربوط به پروژههاي معدني ايفا مينمايد. روشهاي کلاسيک زمين آماري براساس آمارههاي دونقطهاي بوده و قادر به استفاده از آماره هاي چندنقطهاي و مرتبه بالاي دادهها نيستند. در روشهاي نسبتا جديد زمينآمار چندنقطهاي (MPS) از آمارههاي مرتبه بالابراي مدلسازي پديدههاي پيچيده زمينشناسي استفادهميشود. روشهاي MPS ويژگيهاي چندنقطهاي دادههاي فضايي را از تصاوير آموزشي (که مدلي مفهومي از پديده مورد بررسي هستند)، استخراج ميکنند. در بسياري از کاربردهاي علوم زمين، يافتن تصاويرآموزشي که معرف پديده مورد بررسي باشند، بسيار مشکل بوده و در مواردي غيرممکن است. از اين رو مطالعات بسيار کمي جهت استفاده از اين روشها در کاربردهاي معدني صورت گرفته است. با توجه به مشکلات مطرح شده، در اين رساله دو روش چندنقطهاي براي درونيابي دادههاي فضائي ارائه مي گردد. روشهاي ارائه شده برخلاف روشهاي MPS نيازي به تصاويرآموزشي ندارند و برهمکنشهاي چند نقطهاي دادهها را مستقيما از دادههاي عيار استخراج کرده و براي پيشبيني مقادير دادههاي فضايي بهکار ميگيرند. از اينرو براي کاربردهاي معدني، که در آنها تصاوير آموزشي مناسب وجود ندارد، اما به نسبت کاربردهاي ديگر دادههايبيشتري فرآهم است، مناسب ميباشند. . اساس روش هاي ارائه شده برپايه سري ولترا است که مي تواند برهمکنش هاي ضربي داده هاي فضايي را مدل کند. در اين راستا، روشهاي جديدي جهت تخمين ضمني ضرايب اين سريها در محيط فضاي بازتوليد کرنلي هيلبرت (RKHS) ارائه شده است. روشهاي مذکور با کمينه کردن يک تابع هزينه تعديل شده باعث افزايش قدرت تعميم دهي سريهاي ولترا ميگردند. در اين روشها جهت تخمين ضمني ضرايب سري ولترا، از يک تابع هزينه کمترين مربعات تعديل شده و يک تابع هزينه غيرحساس به اپسيلون استفاده گرديد. در اين مطالعه نشان داديم که در اين حالتها، سري ولتراي ضمني به ترتيب معادل ماشينهاي بردار پشتيبان حداقل مربعات (LS-SVR) و ماشينهاي بردار پشتيبان (SVR) ميباشد. با استفاده از روشهاي تخمين ضرايب ارائه شده، دو روش چندنقطهاي درونيابي عيار ارائه گرديد. در اين مطالعه قالبهاي فضايي چندنقطهاي براي استخراج ويژگيهاي ضربي و چندنقطهاي دادههاي ورودي استفاده گرديد. بدينمنظورالگوريتمي براي جستجوي فضاي 3 بعدي با استفاده از قالبهاي فضايي چندنقطهاي ارائه شد. توانايي سري ولتراي ضمني تعديل شده براي مدلسازي آمارههاي مرتبهبالاي دادههاي فضايي مورد بررسي قرار گرفت. در يک مثال، با استفاده از سري ولتراي ضمني مولفه هاي مرتبه بالاي يک تصوير آموزشي استخراج شد. با توجه به نتايج، سريهاي ولتراي ضمني تعديل شده که در اين مطالعه ارائه گرديدند، عملکرد بهتري نسبت به سريهاي ولتراي ضمني تعديل نشده که در مطالعات قبلي معرفي شده بودند، داشت. با توجه به نتايج، براي روشتعديل شده خطاي پيش بيني با افزايش درجه سري، به صورت منظم کاهش پيدا ميکند. در حالي که چنين موردي براي روش تعديل نشده مشاهده نميگردد و اين روش در تفکيک مولفههاي درجه بالا عملکرد مناسبي ندارد. علاوه براين، تخمين ضرايب سري به روش تعديل شده، قدرت تعميم پذيري و پيشبيني سري را افزايش ميدهد. در مثالي ديگر، قدرت تعميم پذيري روشهاي تخمين عيار معرفي شده، براي دادههاي دو بعدي و سه بعدي در محدوده مس کوهپنج و کانسار مس سرچشمه مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاکي از عملکرد بهتر روشهاي معرفي شده نسبت به روش کريجينگ معمولي و روش کريجينگ شاخص ميباشد.همچنين با توجه به نتايج، استفاده از يک تابع هزينه غير حساس به اپسيلون به جاي تابع هزينه حداقل مربعات، تعميم پذيري سري ولتراي ضمني را افزايش ميدهد.