GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用综述

袁中智

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（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。

参考文献

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GPS控制网布设形式有哪些？

主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航.例如：

1.船舶远洋导航和进港引水

2.飞机航路引导和进场降落

3.汽车自主导航

4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理

5.紧急救生

6.个人旅游及野外探险

7.个人通讯终端（与手机,PDA,电子地图等集成一体）

1.电力,邮电,通讯等网络的时间同步

2.准确时间的授入

3.准确频率的授入

1.各种等级的大地测量,控制测量

2.道路和各种线路放样

3.水下地形测量

4.地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测

5.GIS应用

6.工程机械（轮胎吊,推土机等）控制

7.精细农业

GPS在道路工程中的应用

GPS在道路工程中的应用,目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等.随着高等级公路的迅速发展,对勘测技术提出了更高的要求,由于线路长,以知点少,因此,用常规测量手段不仅布网困难,而且难以满足高精度的要求.目前,国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网,然后用常规方法布设导线加密.实践证明,在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右,达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大提前了工期.GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中.由于无需通视,可构成较强的网形,提高点位精度,同时对检测常规测量的支点也非常有效.GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景,GPS测量无需通视,减少了常规方法的中间环节,因此,速度快、精度高,具有明显的经济和社会效益.

GPS在汽车导航和交通管理中的应用

三维导航是GPS的首要功能,飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航.汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术.汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成.GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能.

（1）车辆跟踪

利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置,并可任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动,使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪.利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输.

（2）提供出行路线规划和导航

提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要的辅助功能,它包括自动线路规划和人工线路设计.自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地,由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线,包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线的计算.人工线路设计是由驾驶员根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等,自动建立路线库.线路规划完毕后,显示器能够在电子地图上显示设计路线,并同时显示汽车运行路径和运行方法.

（3）信息查询

为用户提供主要物标、如旅游景点、宾馆、医院等数据库,用户能够在电子地图上显示其位置.同时,监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询,车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来.

（4）话务指挥

指挥中心可以监测区域内车辆运行状况,对被监控车辆进行合理调度.指挥中心也可随时与被跟踪目标通话,实行管理.

（5）紧急援助

通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助.监控台的电子地图显示求助信息和报警目标,规划最优援助方案,并以报警声光提醒值班人员进行应急处理.

GPS的其它应用

GPS除了用于导航、定位、测量外,由于GPS系统的空间卫星上载有的精确时钟可以发布时间和频率信息,因此,以空间卫星上的精确时钟为基础,在地面监测站的监控下,传送精确时间和频率是GPS的另一重要应用,应用该功能可进行精确时间或频率的控制,可为许多工程实验服务.此外,还可利用GPS获得气象数据,为某些实验和工程应用.

平面控制网和高程控制网在gis中的作用

平面控制网 提供坐标基准，

高程控制网 提供高程基准。gis数据都是空间数据，x y z

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