3S技术矿产资源勘查与管理中的应用

1、3S技术矿产资源勘查与管理中的应用摘要：近十几年来“3S技术(地理信息系统、遥感和全球定位系统)为矿产资源的勘探、开发与管理提供了巨大的技术支持，地理信息系统(GIS)主要为矿产资源海量数据提供便捷的管理；遥感(RS)可通过不同波段的组合与野外调查提供区域地质信息并用于地质找矿；全球定位系统(GPS)提供简便、精确、快速的地理定位服务。“3S'技术已成为矿产资源领域科学管理和决策支持的现代化途径。关键词：地球科学；矿产资源；地理信息系统；GPS;遥感TheApplicationof“3S”ontheMiningExplorationandManagementAbstract:Thisa

2、rticledescribesapplicationofgeographicinformationsystem(GIS),remotesensing(RS)andGlobalPositioningSystem(GPS)intheregionalgeologicalsurvey.“3S'technologyformineralresourcesexploration,developmentandmanagementprovidenewpotentialtechnicalsupport.Geographicinformationsystem(GIS)formassdataofmineral

3、resourcesprovidesconvenientmanagement.Remotesensing(RS)bythecombinationofdifferentbandsandfieldsurveycanprovideregionalgeologicalinformationandusedingeologicalprospecting.GlobalPositioningSystem(GPS)providessimple,accurate,rapidgeographiclocationservices.Keywords:EarthSciencesMineralResources;GIS;GP

4、S;RS我国经过几十年的发展已成为矿产品生产和消费大国，随着工业化、城市化进程加快，我国对矿产品需求量大幅度增加，我国资源的巨大需求改变了全球矿产品市场格局，全球矿产品价格疯狂上涨1。矿产品大幅度进口的同时我国也加大了对自有资源的勘探开发力度，国内供应能力不断增强，主要矿产查明资源量明显增长，对外逐步开拓海外市场，采取并购方式收购多处矿山，但仍然面临巨大的缺口2。矿产资源安全是国家经济安全的重要组成部分，不仅关系到我国社会经济可持续发展，而且对世界的经济和地缘政治格局也会产生深远的影响，保障矿产资源安全的目的就是为了确保国民经济健康、持续、稳定发展36，现阶段我国资源管理总体粗放，技术装备落后

5、，劳动生产率低，资源回收率低，重特大事故频发，矿区资源环境安全状态恶化，因此对现有矿产资源有效管理利用并寻找新的资源，提升矿山总体管理水平，实现矿产资源高效利用是当今矿产资源管理与利用的重中之重7。1“3技术相关概念20世纪中后期，信息技术得以快速发展，“3S”术是以地理信息系统(GIS，GeographicInformationSystem)、遥感(RS，RemoteSensing和全球定位系统(GPS,GlobalPositioningSystem)为核心的空间信息技术，广泛应用于多个领域，已成为一门较为成熟的技术在土地利用、城市规划、国土资源、水资源管理、灾害评估与自然环境监测中得到迅速

6、发展8地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)以地理空间数据为基础，在计算机软、硬件的支持下对空间数据进行采集、管理、操作、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统是空间数据的管理系统。其主要处理功能包括：专题图制作、空间数据维护、区域规划、国土监测，其强大的空间分析功能如最短路径分析、缓冲区分析、叠置分析等已成为人类解决现实中遇到的复杂空间实际问题重要技术手段。今后将朝着面向对象、集成化、网络化、智能化、标准化、组件化、三维化、四维化方向发展。遥感(RemoteSensing,

7、RS)是指非接触的，远距离的探测技术，运用传感器对物体的电磁波辐射、反射特性进行探测，并根据其特性对物体的状态、特征和性质进行分析的理论、方法和应用的科学技术。经过几十年的迅速发展，遥感技术已成为一门实用的、先进的空间探测技术，遥感技术可以获取大范围数据资料、成像速度快、周期短，广泛应用于测绘、地质、勘探、水文、海洋、环境污染、灾害监测、资源监测等领域，已融入人类生产、生活的各个角落。全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)由GPS星座、地面监控系统、GPS信号接收机三大部分组成，是美国陆海空三军于20世纪70年代联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，由覆盖全球的

8、24颗卫星提供不间断星历的定位、导航系统，在地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。3S技术为政府管理、科学研究、社会服务提供了新一代的观测手段和研究工具。3S的结合应用形成了一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供实时数据以及空间定位信息，GIS进行相应的空间分析并进行动态存取、综合分析处理、预测和智能决策，GIS、RS和GPS是三门相对独立但又彼此关系密切的学科，在解决一些复杂的自然现象和工程项目尤其是矿产资源勘查与管理的问题时，常常需要三者的集成利用9。2“3关键技术在矿产资源勘查与管理中的应用目前

9、我国正处于以信息技术、新能源技术、新材料技术等诸多领域的为代表的一场信息技术革命中，“3S”术以其自身的突出优势，从数据采集、存储、处理、分析、应用和决策各个环节改变先前矿产领域原有落后的工作方式和繁琐操作流程，最终为矿业企业现代化技术改革发挥积极的作用。2.1地理信息系统(GIS)的应用地理信息系统是20世纪60年代中期诞生于加拿大并开始逐渐发展起来的一门新兴的技术，借助图形学、测量技术，地理信息系统在空间数据分析、虚拟现实、可视化领域取得了长足的进展。通过对空间数据进行有效分析的基础上对矿区现实地表、矿体形态、地下环境进行三维可视化模拟，并对数据进行管理与处理，为生产过程提供科学规划，并指

10、导矿区深部成矿预测，最终为矿产资源的管理与评价提供技术支持，地理信息系统应用主要归纳于以下几个方面：2.1.1矿产资源管理信息系统基于GIS技术的矿产资源管理信息系统已成为矿业发展的主流，它将矿产管理、办公业务以及矿产规划三大职能进行整合10，使整个业务过程实现全自动化，能够进一步加强矿产资源的有效管理，数据处理的速度和质量有了大幅度提升，提高办公自动化水平，不仅可以用于地质矿产信息直观显示实现与更新，还可实现矿产与其他要素的潜在关联，以利于资源的信息化和自动化管理。2.1.2矿产资源综合评价基于GIS技术的现代矿产资源评价主要由3部分组成：基础空间数据库；资源信息的提取与整合；靶区的综合定量

11、圈定与评价11,12。以地理数据库、地质矿产数据库、地球物理数据库、地球化学数据库、遥感数据库、GPS数据等相关数据库构成基础空间数据库用于矿产资源评价；资源信息的提取与集成需要从空间数据库中提取与矿种、矿床有关的信息并对单独提取的矿产信息进行有效的集成；靶区的综合定量圈定与评价应用综合的矿产信息定量圈定矿产资源靶区并评价其资源潜力。2.1.3成矿预测成矿预测是通过多种数据及其相关性预测未知矿床的位置，并大体知道矿床的基本属性信息，随着多源数据的积累(电磁、重磁、地质、物探、化探、遥感、地震、激电等)，以及成矿预测学科的发展，GIS较之于其他管理系统具有较强的综合多学科地学数据的能力，有利于对

12、任何区域的地质矿产资源进行成矿预测13,14。利用GIS技术统计矿产资源各项属性信息，方便检索与查询，利用多种空间模型对多源数据进行空间分析，并可方便将预测成矿信息与可视化结合。2.2遥感(RS)遥感作为一种大范围获取地表影像数据的方式，可以在短时间内得到关于矿区的诸如土地覆盖、生态变化、塌陷地位置和面积等各类信息，通过图像解译人员和相关研究人员对于影像的处理分析，提取丰富的地表地物信息，为实时监测矿区地表变化，矿区生态环境预防监测提供了第一手数据，从而为打造一个矿区空-地全方位动态监测创造了有利条件15。遥感技术在矿产资源勘查中的应用分为以下几个方面：2.2.1岩石识别遥感影像上准确解译岩石

13、的类型必须首先了解不同岩石的光谱反射特性，以及由此所引起的影像差异，岩石是在内外应力的共同作用下形成的，组合成不同形状，这也是识别岩石类型的重要标志，不同岩性上往往形成不同的植被、水系，这也可作为间接的解译标志；此外，岩石光谱反射率也受矿物颗粒大小和表面粗糙度的影响，矿物颗粒较细，表面平滑的岩石，反射率也较高，反之亦然；除此表面湿度也对岩石反射率也有影响，岩石表面较湿时，颜色变深，反射率也较低；表面完整岩石的反射率高于表面破碎岩石的反射率16。2.2.2地质结构遥感信息的特长正在于反映地表浅层物质的电磁辐射特征，在地质应用中，可以利用这些浅层信息来推断深部地质情况17。在遥感图像上，识别、标绘

14、和分析各种构造成分的存在标志、形态特征、分布规律、组合和交切关系及其地质成因需结合所研究构造形迹的规模，收集多波段、多时相、多种类遥感资料进行的对比分析并与各种地学资料进行综合分析，遵循构造地质学原理和基本理论，从构造总体轮廓、区域构造格架入手，分析具有代表性的单个构造，分区、分构造层进行解译，最后，分析各构造形迹间的组合关系和分布规律，总结区域构造特征15。2.2.3矿化蚀变与地质找矿遥感找矿是指从遥感数据中提取的、可能与成矿围岩蚀变矿物有关的一种量化信息，通常蚀变矿物引起的吸收光谱段变量或它们的数学变换数据大小确定信息强度，在已知的矿床、矿点的分布区，分析控矿因素，通过解译提取有关信息，优

15、选异常信息作为建模标记，从而建立二维或三维的遥感地质找矿模型，为资源预测提供依据1820。众多学者较多应用的ASTER和LandsatETM+/TM等多源遥感数据为数据源，开展了多种蚀变信息提取方法研究，如比值法、主成分分析法、波谱夹角法等，并取得了成功21,22;因此将两种及多种不同数据源影像以及更高分辨率更多波段影像进行对比研究是现在遥感提取蚀变信息的趋势。2.2.4矿区环境监测遥感影像具有多时相、多光谱、高分辨率的优势，通过遥感影像提取出的植被覆盖范围信息并结合实地验证可全面反映出矿区现时地貌信息用以全面监测矿区地质灾害，也可对多时相遥感资料进行叠合分析反映矿区不同时期地貌破坏程度、塌陷

16、区形态、面积、矿业废弃物的类型及分布状况、特征等信息23,24。2.3全球定位系统（GPS）GPS作为现代空间定位技术，以精度高、速度快、费用低和操作简便等优点被广泛应用于地形、地籍测量和工程测量等方面，可同时进行三维定位，在野外测量模式、误差来源和数据处理方面是对传统测绘观念的革命性转变25。GPS在矿山测量中取代了传统的地面测绘作业，可对矿区环境进行周密的调查，在矿区碎步测量、地表测绘、高程测量、控制网建立或复测、改造等有广泛的应用，GPS测量技术的应用减少了控制测量环节，降低了成本，大大提高了工作效率和减轻了地质、测绘人员的劳动强度2630。GPS测量将原来静态测量发展到动态测量，在实际

17、运用中又可根据测量精度、外界条件等限制分为手持式GPS测量与实时动态测量技术（载波相位差分技术，RealTimeKinematic）。GPS信号尚不能到达井下，我国测量技术人员已开辟了一些边缘学科如三下”建筑物下、铁路下、水体下）研究领域，在实际布设高精度GPS控制系统（特别是井下控制系统）：需解决井口上下一致性问题，以满足实际工程需求并提高测量的精度31,32。3“3技术集成途径“3S”术在资源勘查与综合评价、环境监测、矿山管理中有效结合应用在矿山勘探、建设、生产经营的各阶段，能够全面提升矿山管理水平，提高效益，在矿山科技进步中发挥重要作用，现阶段“3S'技术在矿山领域有效结合主要通

18、过以下几种途径：3.1“3技术全面提升数字矿山数字矿山”是信息时代的产物，以信息化、智能化、自动化带动矿山发展，矿业活动具有三维和动态的特征，通过数学分析研究，建立这些数据的三维空间联系并做出定量化表达和逼真的描绘3335,数字矿山”具有三维实体的实时显示、虚拟井下和地面生产活动实景的功能，实现矿山实体的数字化、可视化，从而解决矿山生产动态管理、生产方案优化决策、矿山生产规划、矿床边深部找矿增储、资源的合理开发利用等技术问题，以便减少资源的浪费和环境污染，提高矿业开发的社会经济效益，自动化地预警矿山灾害和启动安全预案3638。目前，数字矿山的研究也在不断取得新进展，多源空间信息整合、虚拟现实技

19、术、3D拓扑建模、数据仓库与数据挖掘，矿山数字化科学规划与优化、井下多媒体通讯技术、定位与导航技术、智能采矿与高效安全保障技术等关键技术均在数字矿山工程中逐步实现。3.2以“3S”术稳步推进绿色矿山建设“3S”术最大的优势在空间信息集成与辅助决策系统的支持下实现科学分析与决策支持，“3S”术应用到矿山建设之中，全面推进绿色矿山建设，拓展绿色矿山的研究内容，科学规划矿山建设，将使现代矿山发生革命性变化39,40。绿色矿山建设是21世纪我国矿山建设的一项复杂的系统工程，传统矿产资源是以牺牲矿区生态、水文、环境为代价的非循环经营、高耗能、高污染的粗放型开发利用模式。为改变以往的开发利用模式，现代化矿

20、山建设要着重建设矿山与生态互为依托的全面、协调、可持续的发展关系41,42。绿色矿山建设进行科学的指导与规划，贯穿于矿产资源开发利用的全过程，在矿区生态、水文、环境影响尽可能小的前提下，以系统论为指导，高效合理开发利用矿产资源，降低采矿成本，实现矿山开发利用社会经济效益最优。4结语随着空间技术、计算机科技、信息通讯技术的进步,“3S”术也在不断提高自身的应用广度与深度，“3S”术全面应用于矿产资源领域，将推动传统矿山资源领域改革进步，拓展新形势下矿产资源管理工作和矿业发展道路的全新思维，随着“3S”术带来的变革，我国矿业发展将进入一个更加科学、更加具有全局性、长远性和创造性的崭新阶段。参考文献

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