矿山勘查GIS的应用技术初探

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【摘 要】GIS技术在矿产行业可持续发展中的应用，已取得了一定成果，但还有很大差距，今后应加大研究力度，针对矿产行业的特点，对GIS理论、技术和实用方面进行深入研究。政府、企业应高度重视和联合投入，促进高校、科研院所和矿山企业之间优势互补，有计划、有步骤地实施矿山的信息化、数字化战略，力争实现矿业信息化的跨越式发展，最终实现矿山的高度信息化、自动化、智能化开采。文章主要针对GIS技术在矿产资源勘查的应用及发展趋势重点做了分析研究。

【关键词】矿产勘查 gis技术 发展趋势

中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-189-01

一、引言

矿产资源是人类社会赖以生存的物质基础，也是国民经济可持续发展的重要保证。矿产资源的大规模开发和利用，极大推动了经济和社会的发展，也给矿山带来了一系列环境地质灾害问题，如地面塌陷、环境污染、山体滑坡及泥石流等。如何协调资源开采与预防地质灾害、维护生态环境的关系，是一个亟待解决的问题。因此，要发挥矿产资源的优势，加强矿山地质环境保护工作，使矿产资源开发与环境保护协调发展，就必须充分利用现代科学技术：计算机技术、通信技术、地理信息系统等。有效管理矿山地质的海量数据信息，提高地质资料的利用效率，根据地质信息采用数字化和可视化技术，为矿业生产和环境保护提供依据，推动矿产行业的发展。

二、GIS在矿产勘查中的应用分析

近年来，GIS技术在矿产资源勘查开发中的应用有了较大发展，在矿山勘查、规划、设计、生产、管理、全过程监控等领域逐渐走向成熟。从目前的应用来看，主要的应用领域有以下几个方面：

（1）矿产资源勘查评价

GIS在矿产资源勘查评价的研究，起始于20世纪70年代，国外地质学者通过GIS技术的各种空间分析方法，来研究勘查矿产资源综合信息。经过20多年的努力，GIS技术在矿产资源勘查评价方法的研究与应用，基于GIS的矿产资源评价软件的开发，基于多源地学信息集成的矿产资源评价，以及如何合理地组织人力资源适应新技术的应用要求等方面，已取得了长足的进步。其中，首推美国、加拿大、澳大利亚等发达国家把GIS技术与成矿预测结合起来并成功应用。加拿大地质统计专家提出，用条件概率与贝叶斯规则相结合的证据加权模型，在资源评价中将GIS的空间分析与定量模拟结合起来，已作为矿产资源评价的主要方法得到了广泛应用。

（2）矿山动态监测与预警

预警系统已在森林、耕地及海洋等资源管理中得到应用，但在矿产资源的管理中应用较少。矿山的不合理开采，易造成资源毁损、地质灾害增多和环境污染，危及人类社会的发展。越来越多的矿山管理人员，也意识到这个问题，开发矿产资源管理信息系统的同时，也考虑到加入动态监测与预警模块。侯运炳等（2003年）建立的通用报警系统，是把报警功能独立于其他业务子系统，封装为单独的软件组件，通过对报警信息表的轮流查询和在应用系统中显示报警提示的方法，实现应用系统的报警功能，并对应用系统的报警信息统筹处理。

（3）数字矿山

自1999年提出了“数字矿山”（DigitalMine简称DM）概念以来，DM的思想已深入人心，DM科学研究与技术攻关已悄然兴起。DM是用多媒体和模拟仿真虚拟技术，进行多维数字化、网络化、可视化的技术系统，是对真实矿山的数字化再现。国内外专家和学者在数字矿山或者智能矿山方面，做了大量研究工作，并取得丰硕成果。加拿大国际镍公司从20世纪90年代初，在数字化矿山的基础上研究遥控采矿技术，开发了一个能在地下获取定位数据的名为“Horta”的装置。将该装置安装在地下观测车上，利用激光陀螺仪和激光扫描仪扫描矿山巷道的断面，产生巷道的三维结构图，实现从地面对地下镍矿的采、掘、运等活动进行远距离控制。近年来，我国矿山信息化、数字化建设，进行了采矿机器人、矿山地理信息系统、三维地学模拟、矿山虚拟现实、GPS定位等方面的开发与应用研究。

三、发展趋势

经过矿山地质科研工作者的大量工作，矿山信息化和可视化的研究取得了显著的成果，但仍然存在很多问题亟待解决。由于矿山地质数据量大，数据来源不同，格式差异大，缺乏较为统一的标准，因此，矿山地质数据库系统开发，往往具有强烈的针对性，移植性很差。矿山信息系统的设计，缺乏远景规划的指导，开发出的信息系统缺乏弹性。在以信息化带动矿产业现代化的进程中，GIS在矿产业的应用，将迅速占领管理和决策层面，并且势必作为基础技术支撑，进入数字领域，成为真正意义上的数字矿山。这在技术上已经发展并逐步成熟，而且在矿产行业开始应用的主要有以下几个趋势：

（1）多元集成

多元集成包括：矿山信息源的集成、矿山管理系统的集成、多种应用技术的集成。矿山的信息多源异构，GIS技术必须使得遥感、测量、钻井、物探、水文、地震等资料集成可视化，实现信息融合和共享。矿山管理系统的集成，是将同一地区的不同矿山的管理系统通过网络联接，实现信息与功能模块的共享。对网络化的管理系统进行研究，同时也有利于主管部门进行管理。GIS作为一门应用性很强的综合性学科，是由地理信息科学、地理学、遥感技术、全球定位技术、计算机技术等科学技术相互渗透而发展起来的学科。GIS必须与这些相关学科和技术紧密结合、共同发展，才能在矿产行业得以高效应用。

（2）矿山生产过程一体化

应用GIS、三维可视化、虚拟现实等技术，实现整个矿山设计开采生产过程一体化。以地质及矿床模型为基础，结合其它信息进行数字模拟开采，完成矿山长、中、短期开采计划编制、露天开采爆破设计、地下矿巷道标准断面设计、采矿方法设计、爆破设计、灾情应变预案、储量动态监测等工作。应用可视化技术，实现露天采场、矿井的生产调度与自动监测，边坡、排土场、尾矿坝的稳定性监测、评价和预报，地下矿井地压、矿震监测与预报，通风、粉尘、地下水监测等。

（3）矿山决策支持系统

GIS在矿产资源方面的应用，经过多年发展已逐渐成熟，但其应用还主要停留在数据库、空间叠加分析上，缺乏知识处理能力和推理能力。GIS和人工智能专家技术集成，实现矿山环境保护决策、矿山环境治理方案、矿山环境评价等方面的智能决策，将在解决矿山环境地质灾害问题时，起到非常重要的作用。矿山信息化还应该利用现有的各种信息，在综合、全面分析后，为矿山的规划管理和可持续发展提供决策支持。目前，决策支持系统正在向智能决策支持系统、分布决策支持系统、群决策支持系统、高层决策支持系统以及综合决策支持系统方向发展，为各种智能生产经营策略提供决策支持，提高决策的时效性和科学性。

（4）高维化发展

矿山巷道数据、地质观测点资料、矿山工程平面图等，都是典型的三维矢量数据。现有的GIS软件，虽然可以用数字高程模型来处理空间实体的高程坐标，但是由于他们无法建立空间实体的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以实现。运用空间可视化技术和虚拟现实技术，进行地形环境仿真，交互式观察和分析，提高对地形环境的认知效果，是今后GIS可视化发展的一个重点。矿山领域可用三维GIS平台表现矿体及围岩形态，表达巷道、采矿工作面形态，表达各种机械设备的配备与运转状况，表达矿井风流状况、地应力场等三维现象，再加上各种知识库、专家系统，还可支持三维环境下的工程管理与决策。四维GIS是指在三维GIS上加入时间变量而构成，如何设计四维GIS，并运用它来描述和处理地理对象的时态特征，将会是GIS在矿产行业应用的一个重要发展方向。

四、结束语

本文分析了目前矿产资源勘查开发中存在的问题，并总结了地理信息系统（GIS）在矿业中的应用、发展现状，如矿产资源勘查评价、矿产资源规划管理、矿产资源储量管理、矿山动态监测与预警、数字矿山等方面；阐述了目前矿产资源勘查开发中存在的不足与缺陷及地理信息系统在矿业中应用的发展趋势。