GPS技术在矿产资源勘探开发中的应用综述

袁仲志

(重庆市国土资源与房产信息中心，重庆，400015)

GPS技术已经广泛应用于各行各业的数据采集、定位、导航和测量。随着“金地球工程”的实施，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用将达到一个新的高潮，以构建“望天望地在线管理”的新型管理体系。因此，本文在论述GPS技术在矿产资源勘查开发各方面应用的基础上，分析了应用中存在的问题，展望了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；总结

GPS广泛应用于土地变更调查、资源清查、滑坡变形监测、大型结构位移实时监测、地面沉降监测、房产测量，以及所有室外数据采集、定位、导航、测量等工作。由于矿产资源的勘探、矿区的划定、矿体规模的确定都需要定点测量，因此可以利用GPS技术提高工作效率。中国地质调查局制定的《战略矿产远景调查技术要求》也明确要求，矿产地质填图、勘查、检查时，应使用GPS进行定点、定位和测量。

2006年4月5日，国土资源部成立以来的首次科技大会在北京召开。会议把发展资源调查、监测技术和实施“金土工程”作为重要任务，将掀起GPS技术在国土资源管理中广泛应用的高潮。因此，本文将就GPS技术在矿产资源勘探开发各方面的应用、存在的问题及应用前景进行探讨。

1 GPS技术在矿产资源勘探开发中的应用

1.1钻孔位置

将GPS技术应用于钻机的钻孔定位，远远优于操作人员的肉眼控制。即通过安装GPS和相关软件进行钻孔指导，随时了解钻孔位置和钻孔情况。GPS在钻孔定位中的应用，可以减少现场测量工作，为提出更好的爆破设计创造条件，使布孔更准确、更短。钻井数据可直接提供给装载车；同时也可以避免过钻和欠钻。

1.2车辆设备监控和调度

对于一个大型的矿区，需要随时了解卡车、电铲等设备的位置和状态信息，以便监控和调度。采用传统的人工调度方式，调度人员很难动态了解现场所有电铲的位置和状态，难以进行最优调度。因此调度指挥粗放，难以充分发挥大型采运设备的效率，挖掘生产潜力。使用GPS可以随时准确地确定叉车的标高，使工作人员可以立即发现叉车是否在正确的位置工作。

在矿区，在汽车上安装GPS后，管理人员可以随时了解整个矿区汽车的运行路线，检查汽车的卸车位置是否正确，了解速度，调度汽车。建立基于GPS/GIS技术的智能运输系统，可以在一定的采矿量条件下，以最少的卡车和铁锹数量实现最优调度，大大提高采矿作业的效率。该系统可以通过车载终端(GPS接收设备、通信控制设备等)采集大范围的数据。)安装在卡车、铁锹等工具上，然后通过无线通信将数据实时传输到中央计算机。中央计算机可以根据矿井数据(作业计划、路网)快速计算，制定调度方案，同时向装运设备发送调度指令，实现最优调度。

1.3表层矿料堆计算

矿物材料和燃料是大型冶金矿山企业的重要资产，因此有必要对这类资产的体积和重量进行计量。由于矿物材料和燃料一般分布很广(从几km2到几十km2)，不仅形状复杂，而且瞬时通达变化很大，给资产评估带来很大困难。国内外测量体积主要采用航空摄影测量、地面立体测量和门户设备激光扫描。但由于这些方法的局限性，如设备昂贵、测量条件高、精度不理想、测量周期长等，限制了这些方法的推广应用。电子全站仪与计算机相结合的三维快速计算方法虽然准确、快速、灵活，但需要较多的人力物力，耗时较长。

GPS-RTK技术是一种确定被测点三维坐标的方法。为了进行GPS-RTK测量，至少需要一个参考站和一个移动站。移动站可以通过接收参考站发送的校正参数和直接卫星信号来快速确定测量点的位置。实践证明，应用GPS-RTK技术进行地上矿产资源计算，具有准确、灵活、快速、省钱、省时、省力等优点。同时，GPS-RTK技术与地质雷达技术的结合也能有效计算地下浅层矿产储量。

1.4矿山环境监测

矿产资源勘探开发中经常出现的环境问题，如水土污染、大气污染(粉尘和有毒有害气体污染)、噪声污染、光污染、辐射污染等环境危害；侵占和破坏土地资源、水资源、森林、草原等自然环境资源；造成水土流失、水土流失、土地沙化、地质景观破坏和其他地质环境破坏的；诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面开裂、地面塌陷、地面塌陷、河岸决口、海水入侵等地质灾害。随着采矿业的发展，采矿造成的环境污染越来越严重。对于大型矿区，不仅要对环境进行连续监测，还要对各种监测数据进行有效管理和快速处理，以便及时采取对策。GPS和GIS的结合构成了一个环境监测和分析系统，可以随时对环境进行监测和处理。各种环境传感器(如瞬时光谱仪、红外辐射计、温度计、pH计、噪声计等。)与GPS接收机相结合，传感器采集的数据与GPS数据一起输入数据库，监测数据由GIS显示和分析。这不仅便于监测数据的组织和管理，也便于监测数据的分析，了解其影响范围和发展规律，为进一步预报灾害和防灾减灾提供决策依据。

1.5物化探

在地球化学勘查中，需要布设土壤地球化学测量的测量网，确定河流沉积物中的采样点，确定岩石测量的位置。常规的测量网布设方法是测量人员先做控制和基线，然后用罗盘和测量绳布设测量网，而河流泥沙和岩石的定位往往是基于地形图和标志物。常规方法费时费力，工作难度大。如果采用GPS技术进行测量，可以绕过控制测量环节，节省测量时间，降低测量条件要求，减轻工作强度。同样，对于区域地球物理调查中的重力测量，传统的重力点高程测量采用气压测高和航片点刺的方法，不仅操作复杂，而且工作量大，精度低。GPS技术的使用不仅可以提高测点精度，降低工作强度，还可以解决能见度差条件下视觉定位困难的问题。

1.6变形监测

矿区的开采必然会引起矿区的地表移动和变形，如建筑物和构筑物的位移、倾斜和沉降，矿区的整体沉陷等，因此有必要对矿区的变形进行监测。常规的监测技术是通过水准测量来监测地基的沉降；基础的位移和整体倾斜通过三角测量进行监测。由于被监测对象通常几何尺寸大，监测环境复杂，技术要求高，用常规技术进行监测不仅费时、费力，而且自动化程度低。GPS技术具有连续、实时、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。一种是在监测点定期布设GPS接收机进行变形监测，并分阶段处理数据，根据多期监测数据进行变形分析。二是GPS实时监测的应用，即在变形监测点放置GPS接收机进行全天GPS监测，也可根据实际情况每天测量若干时段，将观测数据直接传入GPS计算软件，计算出基线变化量和三维坐标变化量。实践表明，GPS实时测量可以监测地表的非线性变形，准确建立地表移动的动态运动模型。

1.7划定矿区

在矿产资源管理中，经常需要划定矿区范围。为了防止矿区发生纠纷，需要准确测量矿区拐点的坐标。由于大部分矿区位置偏远，地形条件复杂，使用传统的测量方法费时费力，而使用GPS技术进行测量可以减少大量人力，提高工作效率。一般来说，GPS单点定位在30m ~ 100 m范围内，虽然简单易操作，但定位精度太低，达不到定位要求。GPS静态测量虽然精度高，但是很难找到已知的控制点。相对而言，使用手持式GPS测量系统更便于野外作业，具有观测时间短、精度高、无需通视等特点。

手持测量包括参考站系统和移动系统。一般参考站系统设在办公室，天线放在屋顶，移动系统随被测点移动。其基本原理是参考站系统和移动系统同步观测GPS卫星的载波相位信号，利用差分定位原理消除电离层和对流层带来的误差，从而提高测量精度。用随机软件求解基线和坐标转换参数，即可得到待测点的坐标。实践证明，手持式GPS测量系统在30km范围内定位精度可达0.5m，完全满足矿区划界的要求。

1.8矿区控制网的建立

矿区控制网是矿区测绘、勘探、设计和生产建设的基础。利用GPS技术布设矿井控制网不仅精度高，而且布点精度均匀；GPS控制网基本不受边长限制，边长可以变化很大，比常规三角网更方便灵活，而且不需要点与点之间通视。研究表明，利用GPS技术建立平面控制网，只需要同级正常测量控制网的40%，265，438+0%的作业时间和35%的作业经费。

1.9水文地质调查

在矿区水文地质调查中，需要确定每个测点的位置。利用罗盘和地形特征定点效果不好，利用手持GPS测量定点可以大大提高点的精度。实践表明，在水文地质调查中使用手持式GPS接收机，单点定位精度可控制在5m以内，完全满足工作需要，解决了不同地形、困难条件下地质填图的点位精度问题。

1.10地质测绘

地质测绘调查、地球物理调查、化学调查、地质工程调查等。在地质勘探中是需要的。传统的测量设备主要使用全站仪、指南针、测量绳等。测量人员的工作强度大，工作效率低。GPS的应用大大提高了测绘效率，尤其是手持GPS与测绘软件的配合，不仅可以方便地从接收机下载外业采集的数据，还可以将GIS数据导入接收机，方便外业工作。

此外，GPS技术还应用于矿井贯通和矿井风井定位。

GPS技术在矿产资源勘探开发中的问题及应用前景

2.1有问题。

(1)GPS虽然应用广泛，但由于资金、技术水平、思想认识等原因，在矿产资源勘查开发中尚未得到广泛深入的应用，应用成熟度较低。

(2)由于建立GPS站网投资大，维护费用高，我国利用GPS站网的技术还不成熟，矿产资源勘探开发仍主要采用RTK技术，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，精度分布不均匀。

(3)由于矿产资源的勘探开发主要是在野外进行，地形和树木的遮挡往往会影响GPS的接收，这也使得GPS技术很难在矿产资源的勘探开发中得到广泛应用。

(4)目前，虽然GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用逐渐扩大，但应用系统仍处于碎片化状态，没有统一的平台支撑，也没有统一的行业标准。

(5)由于基础地理信息建设滞后，未能形成良好的使用和更新机制，以及部门和地区之间对电子地图的控制，严重影响了GPS的广泛深入应用。

2.2应用前景

(1)随着金土工程的实施、行业标准的逐步建立、基础地理信息的建设和“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站网作为获取空间信息的基础设施，具有广阔的应用前景。我国一些主要城市相继建立了GPS站网，各地GPS站网的建立将进一步推动GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

(3)随着GPS接收机的不断完善，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将不断扩大和发展。

(4)使用GSM和CDMA数字移动通信网络具有覆盖范围广、系统可靠性高、控制中心建设方便等优点。GPS、GSM和CDMA的结合将成为矿产资源勘探开发应用的新亮点。

(5)发展多种定位系统，研究和应用GPS和GLONASS组合定位技术，逐步解决复杂条件下(如山地、森林)GPS信号接收差的问题，提高定位精度和可靠性，促进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

(6)到2008年，伽利略系统即将运行，其民用精度可达1m，无需差分处理即可满足大部分定位导航需求，且使用廉价可靠，将使定位技术在矿产资源勘探开发中得到更广泛的应用。

随着“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。虽然目前GPS技术的应用还存在一些问题，但它将以自身的技术特点和优势，在矿产资源勘探开发中得到广泛应用。

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