GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用综述

袁中智

（重庆市国土资源和房地产信息中心，重庆，400015）

摘要：GPS技术已广泛应用于各行业的数据采集、定位、导航、勘测等工作，随“金土工程”的实施，为构建“天上看地上查网上管”的管理新体系，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用将出现新的高潮。为此，本文在探讨GPS技术在矿产资源勘查开发各环节中的应用基础上，分析了应用中存在的问题，展望GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用前景。

关键词：GPS；矿产资源；应用；综述

GPS广泛应用于土地变更调查、资源清查、滑坡变形监测、大型构筑物位移实时监测、地面沉陷监测、房地产测量，以及所有在室外进行的数据采集、定位、导航、勘测等工作。由于矿产资源勘查、矿区范围的划定、矿体规模的测定等都需要进行定点测量，所以可以使用GPS技术提高作业效率。中国地质调查局制定的《战略性矿产远景调查技术要求》中也明确要求，在进行矿产地质填图、勘查、矿产检查时，应使用GPS进行定点、定位和测量等。

2006年4月5日，国土资源部建部以来第一次科技大会在京召开，大会将发展资源调查、监测技术和实施“金土工程”等作为重要任务进行了部署，这将掀起一场GPS技术在国土资源管理中广泛应用的高潮。由此，本文将探讨GPS技术在矿产资源勘查开发各环节中的应用情况、存在问题以及应用前景。

1 GPS 技术在矿产资源勘查开发中的应用

1.1 钻孔定位

将GPS技术应用于钻机钻孔定位，远优于操作人员的肉眼控制。即通过安装GPS和相关软件用于钻孔导向，随时了解钻孔位置和钻进情况。GPS用于钻孔定位可以减少现场测量工作，为提出更好的爆破设计创造条件，使炮孔布置精度更高、时间更短；可直接向装药车提供钻孔数据；同时还可以避免超钻和欠钻。

1.2 车辆设备监控调度

对大型采矿场，需随时了解卡车、电铲等设备的位置、状态信息，以便进行监控调度，使用传统的人工调度方法，调度员难以动态了解场内所有车铲的位置和状态，很难做出最优调度，所以调度指挥较为粗放，导致大型采运设备的效率难以充分发挥，生产潜力难以挖掘。使用GPS可以随时精确测定铲车标高，以便工作人员立即发现铲车是否在正确的位置作业。

在矿区，汽车安装GPS后，管理人员可以随时了解车辆在全矿区的运行路线，查看车辆卸载位置是否正确，了解车速，进行汽车调度。建立基于GPS/GIS技术的智能运输系统，可以在开采量一定的条件下，使用最少的卡车和电铲，实现最优调度，大大提高开采作业效率。系统可通过安装在卡车、电铲等工具上的车载终端（GPS接收设备、通信控制设备等），广泛收集各种数据，然后通过无线通信，将数据实时传送至中央计算机，由中央计算机根据矿山数据（作业计划、道路网）进行快速运算，解算出调度方案，同时将调度指令发送给装运设备，从而实现最优调度。

1.3 地表矿料堆体的测算

矿料、燃料是大型冶金、矿山等企业的重要资产，对这类资产的评估需进行体积和重量的测算，由于矿料、燃料一般分布广散（几km² 到几十km²），不仅形状复杂，而且瞬时进出变化大，给资产评估带来很大难度。国内外测算体积主要用航空摄影测量、地面立体测量以及门式装置的激光扫描等，但由于这些方法，或者设备昂贵、测量条件要求高，或者精度不能满足要求，测量周期长等条件限制，使得这些方法的推广应用受到一定限制。虽然电子全站仪同计算机相结合的空间三维快速测算方法具有准确、快速、灵活等特点，但需要投入的人力、物力较多，所需时间较长。

GPS－RTK技术是用来确定待测点三维空间坐标的一种方法，进行GPS－RTK测量，至少需要一台基准站和一台流动站，流动站通过接收基准站发送过来的改正参数和直接的卫星信号，可以快速确定测点位置，实践证明，将GPS－RTK技术应用于地上矿产资源测算，具有准确、灵活、快速、省钱、省时、省力等优点。同时GPS－RTK技术同地质雷达技术结合，还可以有效测算浅层地下矿藏储量。

1.4 矿山环境监测

矿产资源勘探开发过程中常产生环境问题，如废弃的物质和能量会造成水土污染、空气污染（粉尘和有毒有害气体污染）、噪音污染、光污染、辐射污染等环境危害；压占、破坏土地资源、水资源、森林草地等自然环境资源；造成水土流失、土壤侵蚀、土地沙化、地质景观破坏等地质环境破坏；诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面开裂、地面沉降、地面塌陷、河堤溃决、海水入侵等地质灾害。随采矿业的发展，采矿对环境污染日益严重，对大型矿区来说，不仅需要对环境进行连续监测，而且要求有效管理和迅速处理各种监测数据，以便及时采取应对措施。而GPS与GIS结合构成环境监测与分析系统，可实现对环境的时时监测与处理。将各种环境传感器（如瞬时光谱仪、红外辐射仪、温度计、酸碱度测定仪、噪声仪等）与GPS接收机构成一起，传感器采集的数据与GPS数据一起输入到数据库中，使用GIS对监测数据进行展示和分析。这不仅便于监测数据的组织管理，图形的直观、形象表达，而且便于对监测数据的分析，了解其影响范围、发展规律，为进一步预测灾害，防灾减灾提供决策依据。

1.5 物、化探勘查

地球化学勘查中需要进行土壤地球化学测量的测网布设、水系沉积物中的采样点定位，以及岩石测量的定位等。常规的测网布设方法是，先由测量人员做好控制和基线，然后用罗盘仪和测绳布设测网，而水系沉积物和岩石测量的定位常根据地形图和标志物进行定位。常规方法费时费力，而且工作难度较大，若使用GPS技术进行测量，可以绕开控制测量环节，在节省测量时间的同时，降低了施测条件的要求，减轻了工作强度。同样，对于区域物探调查中的重力测量，传统的重力点点位高程测量使用气压测高和航片刺点的方法，不仅操作复杂，而且内业工作量较大，精度较低。使用GPS技术不仅能提高测点点位精度，降低工作强度，而且可以解决在通视条件较差的条件下目测定点困难的问题。

1.6 形变监测

矿区开采，难免使开采区发生地表移动与变形，如建筑物、构筑物的位移、倾斜、沉降，以及矿区的整体下沉等，因此对矿区进行变形监测十分必要。常规的监测技术是应用水准测量的方法监测地基的沉降；应用三角测量的方法监测地基的位移和整体倾斜。由于被监测物体通常几何尺寸较大，监测环境复杂，监测技术要求高，因此应用常规技术监测，不仅时间长、劳动强度大，而且自动化程度低。GPS技术以其在连续性、实时性和自动化程度高等优点，在变形监测中发挥着传统测量无法比拟的重要作用。

矿区GPS变形监测主要有两种方法，一是定期在监测点安置GPS接收机进行变形监测，并分期进行数据处理，根据多期监测数据进行变形分析。二是应用GPS实时监测，即在变形监测点上安置GPS接收机，全天候进行GPS监测，也可根据实际情况，每天施测几个时段，并直接将观测数据传入GPS解算软件，解算出基线变化量与三维坐标变化量。实践表明，GPS实时测量，能够监测出地表的非线性变形，并准确建立地表移动的动态运动模型。

1.7 矿区范围划定

在矿产资源管理中，常需要矿区范围划定，为了防止矿界纠纷，需要准确测定矿区拐点坐标，由于矿区大多地处偏僻，地形条件复杂，使用传统的测量方法既费时又费力，而使用GPS技术进行测量能减少大量人力，提高工作效率。一般来说，GPS 单点定位在30m～100m，虽然工作简单易行，但其定位精度太低，不能满足定位需求；GPS静态测量虽然精度较高，但寻找已知控制点较难。相对而言，使用手持式GPS测量系统更便于野外作业，而且具有观测时间短、精度高、无需通视等特点。

手持式测量包括基准站系统和移动系统。基准站系统一般设置在办公地，天线置于屋顶，移动系统则随待测点移动，其基本原理是基准站系统与移动系统同步观测GPS卫星载波相位信号，利用差分定位原理消除电离层、对流层等带来的误差，提高测量精度，通过随机软件进行基线解算和坐标转换参数解算，求出待测点的坐标。实践证明，手持式GPS测量系统的定位精度在30km范围内可达0.5m，完全满足矿区定界的要求。

1.8 矿区控制网建立

矿区控制网是矿区测绘、勘探、设计和生产建设的基础。运用GPS技术布设矿区控制网，不仅精度高，而且点位精度分布均匀；GPS控制网基本不受边长的限制，边长可以相差较大，较常规的三角网方便灵活，且点间无需通视。经研究表明，采用GPS技术建立平面控制网，所需作业人员仅为同级常规测量控制网的40%，所需作业时间为21%，所需作业经费为35%。

1.9 水文地质调查

在矿区水文地质调查中，需要确定每个调查点的位置，利用罗盘及地形地物定点效果较差，应用手持GPS进行测量定点，可以大大提高点位精度。实践表明，利用手持GPS接收机进行水文地质调查工作，其单点定位精度能控制在5m以内，完全满足工作需要，较好地解决了不同地形及艰险条件下地质填图中点位精度问题。

1.10 地质测绘

地质勘查中需要进行地质填图测量、物探测量、化探测量、地质工程测量等，传统的测量设备主要使用全站仪、罗盘、测绳等，测绘人员工作强度较大，工作效率较低。GPS的应用大大提高了测绘效率，特别是手持GPS与成图软件的配合，不仅可以方便地从接收机中下载野外采集的数据，而且可以将GIS数据导入到接收机中，便于野外工作。

此外，GPS技术还应用于矿井贯通、矿山风井位置确定等。

2 GPS 技术在矿产资源勘查开发应用中存在问题及应用前景

2.1 存在问题

（1）尽管GPS有广泛的应用领域，但由于经费、技术水平，以及思想认识等原因，在矿产资源勘查开发中未得到广泛深入应用，应用成熟度低。

（2）由于建立GPS台站网投入大，维护费用高，我国利用台站网的技术也不成熟，矿产资源勘查开发中仍主要使用RTK技术进行测量作业，这就需要在测区附近建立控制点，架设参考站，给实际工作带来不便，而且精度分布不均。

（3）由于矿产资源的勘查开发工作场所主要在野外，地形和树木的遮挡常影响GPS的收讯，也使GPS技术难以在矿产资源勘查开发得到广泛应用。

（4）目前虽然GPS技术在矿产资源勘查开发的应用逐渐扩大，然而各应用系统还处于各自为政、零打碎敲的散乱状态，没有统一的平台支持，缺乏统一的行业标准。

（5）由于基础地理信息建设滞后，也未形成良好的使用更新机制，加上部门间、地区间对电子地图的控制，严重影响GPS的广泛深入应用。

2.2 应用前景

（1）随金土工程的实施、行业标准的逐步建立、基础地理信息的建设，以及“3S”技术的集成应用，将为GPS技术的应用创造良好的应用环境。

（2） GPS台站网作为获取空间信息的基础设施，具有广泛的应用前景，国内一些主要城市已相继建立了GPS台站网，各地GPS台站网的建立将进一步促进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

（3）随GPS接收机的不断改进，体积越来越小，重量越来越轻，价格越来越便宜，以及数据后处理软件的开发利用，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用领域会不断拓宽和发展。

（4）利用GSM和CDMA数字移动通信网具有覆盖范围广，系统可靠性高、控制中心建站方便等优点，GPS与GSM和CDMA的结合将成为矿产资源勘查开发中应用的新亮点。

（5）多元定位系统的发展，GPS与GLONASS组合定位技术的研究与应用，将逐步解决GPS在复杂条件下（如山地、森林）接收信号较差的问题，提高定位精度和可靠性，推进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

（6）到2008年，伽利略系统的即将运行，其民用精度可达1m，在不通过差分处理的情况下即可满足大部分定位、导航需求，而且费用便宜，使用可靠，这将使定位技术在矿产资源勘查开发中得到更大范围的普及。

随“金土工程”的实施，GPS技术将在国土资源监管中发挥越来越重要的作用，尽管GPS技术在目前应用中存在这样或那样的问题，但以其本身的技术特点和优势，必将在矿产资源勘查开发中得到广泛应用。

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