三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中的研究與應(yīng)用

顏 穎

（湖南省水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)所，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)發(fā)展對(duì)于礦產(chǎn)資源需求量也顯著增加，需要積極革新礦產(chǎn)勘探與開發(fā)技術(shù)。三維GIS技術(shù)應(yīng)用到礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中以后，不僅能夠顯著提高礦產(chǎn)勘探與開發(fā)的綜合效益，還可以推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新拓展。

基于三維GIS技術(shù)的礦產(chǎn)勘探和開發(fā)活動(dòng)，在工作內(nèi)容與工作方式等方面都步入了新的格局，是未來礦產(chǎn)勘探行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。但是結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況來看，部分礦產(chǎn)勘探與開發(fā)團(tuán)隊(duì)并沒有充分發(fā)揮三維GIS技術(shù)的價(jià)值，導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用過程中還存在較多不足，有必要對(duì)其進(jìn)行深入全面的探討與分析。

1 三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 一體化優(yōu)勢(shì)

三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中具有較為顯著的一體化優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槿SGIS技術(shù)直接改變了傳統(tǒng)勘探信息的傳播方式，能夠提供更大范圍的信息服務(wù)區(qū)域。這也使得礦產(chǎn)勘察與開發(fā)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一體化運(yùn)作，通過三維建模模型展示礦產(chǎn)勘察信息，并借助于數(shù)字控制器形成穩(wěn)定的操控模式，保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果。

1.2 安全化優(yōu)勢(shì)

三維GIS技術(shù)可以顯著提高礦產(chǎn)勘探和開發(fā)的安全性。這是因?yàn)樵诘V產(chǎn)勘察與開發(fā)過程中，各類物質(zhì)材料的管理是非常關(guān)鍵的，直接關(guān)系著后續(xù)礦區(qū)建設(shè)的安全性與穩(wěn)定性。而三維GIS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各類物質(zhì)材料和技術(shù)設(shè)備的精細(xì)化管理，給后續(xù)礦產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)提供較好的支撐，推動(dòng)礦產(chǎn)勘探與開發(fā)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變。

1.3 數(shù)字化優(yōu)勢(shì)

三維GIS技術(shù)具有圖像與數(shù)字處理的多種功能，可以覆蓋全網(wǎng)空間內(nèi)部的各個(gè)細(xì)節(jié)模塊。在礦產(chǎn)勘察和開發(fā)中使用三維GIS技術(shù)，可以將勘察所得信息放置在互聯(lián)網(wǎng)空間中，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出最終的勘察結(jié)果?；谌SGIS技術(shù)的勘察活動(dòng)可以構(gòu)建完善全面的數(shù)據(jù)庫，并融入工程信息、物化探等多項(xiàng)內(nèi)容，顯著提高了礦產(chǎn)勘察與開發(fā)的數(shù)字化水平。三維GIS技術(shù)解決了傳統(tǒng)二維GIS技術(shù)無法將高恒變量獨(dú)立出來進(jìn)行處理的難點(diǎn)，具有突出的應(yīng)用價(jià)值。

2 三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中的應(yīng)用內(nèi)容

在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)過程中，三維GIS技術(shù)的應(yīng)用可以構(gòu)建多種功能模塊，顯著提高了礦產(chǎn)勘探和開發(fā)的現(xiàn)代化水平。這里也結(jié)合實(shí)際情況，全方位探討基于三維GIS技術(shù)的礦產(chǎn)勘探和開發(fā)體系，闡述三維GIS技術(shù)的具體應(yīng)用內(nèi)容。

2.1 礦區(qū)連接模塊

使用三維GIS技術(shù)可以在礦區(qū)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)連接，并按照不同分布點(diǎn)設(shè)計(jì)針對(duì)性較強(qiáng)的連接方案，最終形成群體控制和數(shù)字化操控模塊，形成礦產(chǎn)勘探結(jié)構(gòu)調(diào)度的最優(yōu)化模式。在構(gòu)建礦區(qū)連接模塊的時(shí)候，技術(shù)人員也要完成設(shè)備清點(diǎn)系統(tǒng)的建設(shè)，同時(shí)還要布設(shè)數(shù)控技術(shù)優(yōu)化可操控流程，使得整個(gè)模塊滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求。在建設(shè)過程中，技術(shù)人員需要按照三維GIS技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)各個(gè)細(xì)節(jié)內(nèi)容，通過節(jié)點(diǎn)層構(gòu)建數(shù)據(jù)運(yùn)行控制的標(biāo)準(zhǔn)，加快礦產(chǎn)勘探與控制系統(tǒng)的升級(jí)拓展，最終形成更加穩(wěn)定的礦產(chǎn)勘探作業(yè)工具控制平臺(tái)。

2.2 勘探調(diào)度模塊

在引入三維GIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)勘探和開發(fā)體系也需要構(gòu)建勘探調(diào)度模塊，逐步落實(shí)礦產(chǎn)勘探一體化理念。礦產(chǎn)勘探一體化主要是指勘探設(shè)備與人員之間的高度協(xié)調(diào)，提高人機(jī)交互的整體水平。這也要求技術(shù)人員通過使用三維GIS技術(shù)，完成“微處理系統(tǒng)”的搭建工作，構(gòu)建礦產(chǎn)勘探調(diào)度的智慧運(yùn)作模塊。技術(shù)人員在使用三維GIS技術(shù)的時(shí)候，可以融入一些人工智能、專家系統(tǒng)等元素，使得最終形成的“微處理系統(tǒng)”具有一定的自動(dòng)化運(yùn)作能力，可以處理一些基礎(chǔ)的礦產(chǎn)勘探工作，同時(shí)也能夠結(jié)合勘探工作內(nèi)容給操作人員提供一定的建議與指引，使得礦產(chǎn)勘探工作可以取得更好的綜合成效。

2.3 三維虛擬模塊

礦產(chǎn)勘探和開發(fā)工作在使用三維GIS技術(shù)的時(shí)候，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是構(gòu)建三維虛擬模塊，提供完善的三維數(shù)據(jù)信息。這也要求技術(shù)人員可以結(jié)合礦產(chǎn)勘探與開發(fā)活動(dòng)選擇最合適的三維建模方法，提取礦區(qū)地質(zhì)信息、礦產(chǎn)資源等各類數(shù)據(jù)，完成三維模型的搭建工作。

在完成三維建模的時(shí)候，技術(shù)人員需要做好三維模型的評(píng)價(jià)分析，保證最終形成的三維模型可以在后續(xù)礦產(chǎn)勘探與開發(fā)活動(dòng)中取得較好的應(yīng)用效果。技術(shù)人員在使用三維GIS技術(shù)的時(shí)候，也要完善仿真分析模塊，可以針對(duì)后續(xù)礦產(chǎn)開發(fā)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真預(yù)演，保證礦產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)的合理性，避免出現(xiàn)不必要的損失。

2.4 遠(yuǎn)程控制模塊

在引入三維GIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)勘探與開發(fā)活動(dòng)也可以構(gòu)建遠(yuǎn)程控制模塊，改變傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘探與開發(fā)的整體格局，打造真正的智慧勘探工程。技術(shù)團(tuán)隊(duì)在使用三維GIS技術(shù)、遙感技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等技術(shù)模塊以后，就可以形成功能齊全、結(jié)構(gòu)合理的礦產(chǎn)勘探智慧控制體系。智慧控制體系不僅能夠處理礦產(chǎn)勘探與開發(fā)過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也開放了遠(yuǎn)程控制功能。即勘探人員使用手持設(shè)備就可以跟礦產(chǎn)勘探智慧控制平臺(tái)進(jìn)行交互。平臺(tái)根據(jù)勘探人員所處的環(huán)境，智能設(shè)計(jì)勘探活動(dòng)的工作情境，并給勘探人員提供針對(duì)性的參考與建議，切實(shí)提高礦產(chǎn)勘探工作的整體效率。

3 三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 在成礦模式預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

使用三維GIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位可以獲得海量的勘探信息，并完成空間采樣等多項(xiàng)工作。與此同時(shí)，借助于三維GIS技術(shù)，礦產(chǎn)勘探圖就可以立足于時(shí)空以及多元統(tǒng)計(jì)兩個(gè)層面，針對(duì)構(gòu)造演化、沉積相等、火成活動(dòng)等多種特征展開深入分析，完成成礦預(yù)測(cè)工作，并基于此進(jìn)行后續(xù)的礦產(chǎn)勘探設(shè)計(jì)與安排。不僅如此，在使用了三維GIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位也可以進(jìn)行區(qū)域內(nèi)地質(zhì)演化的預(yù)測(cè)與分析，給后續(xù)進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)提供更加完善的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 在成礦異常預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

三維GIS技術(shù)可以在成礦預(yù)測(cè)異常中取得較為顯著的應(yīng)用效果。這是因?yàn)槿SGIS技術(shù)具有地質(zhì)異常分析的功能，不僅能夠通過數(shù)據(jù)分析得出最有可能出現(xiàn)礦產(chǎn)的區(qū)域，同時(shí)也可以對(duì)斷層、地層、巖漿層、物化探異常等各類情況進(jìn)行深入分析。通過這些分析活動(dòng)，可以得出地質(zhì)異常與礦點(diǎn)之間的關(guān)系，明確地質(zhì)異常區(qū)域?qū)罄m(xù)礦產(chǎn)勘探與開發(fā)活動(dòng)所帶來的具體影響。除此之外，使用三維GIS技術(shù)的空間分析疊加功能，也可以對(duì)成礦區(qū)域進(jìn)行圈定，綜合分析地質(zhì)異常信息、找礦信息等多種數(shù)據(jù)，形成全新的數(shù)據(jù)層，提供更加精細(xì)完善的勘探數(shù)據(jù)，有利于礦產(chǎn)探勘和開發(fā)活動(dòng)的有效進(jìn)行。

3.3 在礦產(chǎn)勘探中的應(yīng)用

礦產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位積極使用三維GIS技術(shù)可以有效解決勘探過程中的高成本問題，提高成本管理的綜合效益。這是因?yàn)樵谑褂昧巳SGIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位可以使用地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫對(duì)礦體儲(chǔ)量進(jìn)行綜合分析，確定礦石資源儲(chǔ)量的級(jí)別，基于此設(shè)計(jì)礦產(chǎn)勘探方案，有效解決礦石勘探的綜合成本。以前進(jìn)行礦石勘探活動(dòng)的時(shí)候，出現(xiàn)了鉆孔布設(shè)過于密集而顯著增加成本，同時(shí)也容易造成工期延誤的情況。

與此同時(shí)，部分項(xiàng)目也出現(xiàn)了鉆孔布設(shè)過于松散，無法有效勘察礦體儲(chǔ)存量，直接影響工程進(jìn)度，造成了成本增加。而在引入三維GIS技術(shù)的時(shí)候，這些情況就可以得到較好地改善。這是因?yàn)榛谌SGIS技術(shù)的勘探活動(dòng)可以引入三維模型，并使用類鉆孔布置進(jìn)行提前分析，最終確定后續(xù)進(jìn)行礦產(chǎn)勘探和開發(fā)的有效方法。

3.4 在礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

在使用了三維GIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位也可以對(duì)礦產(chǎn)資源的潛力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這是因?yàn)槿SGIS技術(shù)可以將地理信息技術(shù)與現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)理論結(jié)合在一起，并進(jìn)行有機(jī)分析與探索，最終形成完善的礦產(chǎn)資源信息體系，評(píng)價(jià)區(qū)域礦產(chǎn)資源的潛力。相關(guān)評(píng)價(jià)流程如圖1所示。結(jié)合圖中相關(guān)內(nèi)容可以知道，礦產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位應(yīng)該構(gòu)建礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)的相關(guān)模型，確定地質(zhì)變量與取值范圍，進(jìn)行礦產(chǎn)資源地位預(yù)測(cè)和潛力評(píng)估，形成一份相對(duì)完善的研究成果，給后續(xù)設(shè)計(jì)礦產(chǎn)開發(fā)計(jì)劃和實(shí)踐施工提供相應(yīng)的指引。在礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)過程中，也可以進(jìn)行礦石資源總量的分析，利用現(xiàn)代信息技術(shù)分析礦石資源價(jià)格的市場(chǎng)波動(dòng)情況，完成礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟(jì)潛力評(píng)價(jià)，使得評(píng)價(jià)體系變得更加完整。

圖1 基于三維GIS技術(shù)的礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)流程圖

3.5 在采礦階段中的應(yīng)用

三維GIS技術(shù)在采礦階段中可以發(fā)揮顯著成效，提高了采礦計(jì)劃的科學(xué)性與合理性，顯著增強(qiáng)采礦施工的效率。這是因?yàn)榈V產(chǎn)調(diào)查相關(guān)單位在使用了三維GIS技術(shù)以后，可以使用三維建模的方式直觀展示礦產(chǎn)信息，完成礦產(chǎn)資源分布的三維數(shù)字建模。

在制定采礦計(jì)劃的時(shí)候，使用三維GIS技術(shù)進(jìn)行區(qū)域開采活動(dòng)的整體布局，形成數(shù)字化的礦產(chǎn)設(shè)計(jì)方案。在后續(xù)具體進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)的時(shí)候，使用三維GIS技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)開采過程的可視化以及開采活動(dòng)的仿真分析，較好規(guī)避不合理的采礦施工活動(dòng)，同時(shí)也能夠在采礦施工出現(xiàn)問題的時(shí)候第一時(shí)間介入其中，避免出現(xiàn)不必要的損失。

3.6 在礦產(chǎn)管理中的應(yīng)用

在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中，礦石信息的真實(shí)度也是非常重要的參數(shù)，需要引起充分的重視。這也要求開采團(tuán)隊(duì)可以做好礦產(chǎn)資源的動(dòng)態(tài)管理工作，掌握礦石信息的實(shí)時(shí)變化。在引入了三維GIS技術(shù)以后，通過三維模型對(duì)礦區(qū)的礦石信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并結(jié)合礦石開采活動(dòng)構(gòu)建專項(xiàng)的挖掘模型，提高礦石管理的動(dòng)態(tài)化與精細(xì)化水平。不僅如此，在三維GIS技術(shù)支持下，礦石開采活動(dòng)也可以通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析最合適的礦石開采位置，使得礦石管理具有較強(qiáng)的前瞻性與針對(duì)性，提高礦石管理的綜合成效。

4 三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中應(yīng)用的保障措施

4.1 構(gòu)建礦產(chǎn)勘探和開發(fā)的管理體系

在引入三維GIS技術(shù)的時(shí)候，礦產(chǎn)勘探與開發(fā)工作也應(yīng)該構(gòu)建完善的管理體系，保證三維GIS技術(shù)可以取得較好的運(yùn)作效果。

第一，在礦產(chǎn)勘探活動(dòng)開始之前，技術(shù)團(tuán)隊(duì)需要對(duì)三維GIS技術(shù)進(jìn)行深入分析，并結(jié)合礦產(chǎn)勘探工程設(shè)計(jì)科學(xué)合理的勘探方案，充分發(fā)揮三維GIS技術(shù)的價(jià)值。在這個(gè)過程中，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還要結(jié)合三維GIS技術(shù)做好技術(shù)交底工作，保證各個(gè)勘探人員都對(duì)三維GIS技術(shù)有較高的了解與認(rèn)知水平，保證后續(xù)勘探施工的流暢性。第二，在礦產(chǎn)勘探工作進(jìn)行過程中，需要結(jié)合三維GIS技術(shù)做好標(biāo)準(zhǔn)化工作，并進(jìn)行各個(gè)勘探環(huán)節(jié)的精細(xì)化控制。特別是基于三維GIS技術(shù)的智能系統(tǒng)投入運(yùn)作以后，一定要關(guān)注礦產(chǎn)勘探與開發(fā)工作在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用情況，并開展針對(duì)性的管理工作，保證系統(tǒng)平臺(tái)可以發(fā)揮較好效果。第三，在礦產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)中，相關(guān)人員也要靈活使用三維GIS技術(shù)，保證三維勘探成果可以提供較好的指引。

4.2 做好三維GIS智能勘探系統(tǒng)的維護(hù)

在使用了三維GIS技術(shù)以后，礦產(chǎn)勘探和開發(fā)活動(dòng)就可以完成智能系統(tǒng)的建設(shè)。但是想要充分發(fā)揮智能系統(tǒng)的作用與價(jià)值，就需要在平時(shí)做好系統(tǒng)的維護(hù)工作。第一，做好功能改造與系統(tǒng)升級(jí)。當(dāng)前我國(guó)礦產(chǎn)勘探與開發(fā)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展是非常迅速的，因此基于三維GIS技術(shù)的智能勘探系統(tǒng)在應(yīng)用一段時(shí)間以后就可能無法取得較好效果，需要技術(shù)團(tuán)隊(duì)積極進(jìn)行功能改造與系統(tǒng)升級(jí)。這也要求技術(shù)團(tuán)隊(duì)在平時(shí)的時(shí)候可以積極關(guān)注三維GIS智能勘探系統(tǒng)的運(yùn)作效果，明確系統(tǒng)應(yīng)用過程中的欠缺與不足，制定完善的功能改造與系統(tǒng)升級(jí)計(jì)劃，使得系統(tǒng)平臺(tái)可以在較長(zhǎng)時(shí)間里取得較好穩(wěn)定運(yùn)作效果。第二，做好安全管理工作。在引入三維GIS技術(shù)以后，大部分礦產(chǎn)勘探與開發(fā)工作都融入到了智能系統(tǒng)中。為了保證礦產(chǎn)勘探信息的真實(shí)性與安全性，以及各個(gè)勘探設(shè)備運(yùn)作的穩(wěn)定性，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)一定要做好安全維護(hù)工作。

5 結(jié)語

綜合來看，三維GIS技術(shù)在礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中可以取得較好的應(yīng)用成效，可以在后續(xù)時(shí)間里進(jìn)行全面推廣。在具體應(yīng)用三維GIS技術(shù)的時(shí)候，需要做好信息化硬件與軟件的建設(shè)，提高礦產(chǎn)勘探和開發(fā)過程的智慧化水平，打造智能化工程體系。

對(duì)于礦產(chǎn)勘探與開發(fā)團(tuán)隊(duì)來說，也應(yīng)該加強(qiáng)自身對(duì)于三維GIS技術(shù)的了解水平，重點(diǎn)完成三維建模工作，直觀展示礦產(chǎn)勘探的各類信息，顯著提高礦產(chǎn)勘探技術(shù)水平，給后續(xù)的礦產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)提供較好的支持，推動(dòng)礦產(chǎn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。