三维GIS技术在矿产勘探和开发中的研究与应用

颜 颖

（湖南省水文地质环境地质调查监测所，湖南 长沙 410000）

随着我国社会经济的快速发展，工业发展对于矿产资源需求量也显著增加，需要积极革新矿产勘探与开发技术。三维GIS技术应用到矿产勘探和开发中以后，不仅能够显著提高矿产勘探与开发的综合效益，还可以推动整个行业的创新拓展。

基于三维GIS技术的矿产勘探和开发活动，在工作内容与工作方式等方面都步入了新的格局，是未来矿产勘探行业发展的重要方向之一。但是结合当前的实际情况来看，部分矿产勘探与开发团队并没有充分发挥三维GIS技术的价值，导致这项技术在实践应用过程中还存在较多不足，有必要对其进行深入全面的探讨与分析。

1 三维GIS技术在矿产勘探和开发中的应用优势

1.1 一体化优势

三维GIS技术在矿产勘探和开发中具有较为显著的一体化优势。这是因为三维GIS技术直接改变了传统勘探信息的传播方式，能够提供更大范围的信息服务区域。这也使得矿产勘察与开发系统可以实现一体化运作，通过三维建模模型展示矿产勘察信息，并借助于数字控制器形成稳定的操控模式，保证各项数据指标达到预期效果。

1.2 安全化优势

三维GIS技术可以显著提高矿产勘探和开发的安全性。这是因为在矿产勘察与开发过程中，各类物质材料的管理是非常关键的，直接关系着后续矿区建设的安全性与稳定性。而三维GIS技术可以实现各类物质材料和技术设备的精细化管理，给后续矿产开发活动提供较好的支撑，推动矿产勘探与开发的现代化转变。

1.3 数字化优势

三维GIS技术具有图像与数字处理的多种功能，可以覆盖全网空间内部的各个细节模块。在矿产勘察和开发中使用三维GIS技术，可以将勘察所得信息放置在互联网空间中，并通过计算机进行数据处理，得出最终的勘察结果。基于三维GIS技术的勘察活动可以构建完善全面的数据库，并融入工程信息、物化探等多项内容，显著提高了矿产勘察与开发的数字化水平。三维GIS技术解决了传统二维GIS技术无法将高恒变量独立出来进行处理的难点，具有突出的应用价值。

2 三维GIS技术在矿产勘探和开发中的应用内容

在矿产勘探和开发过程中，三维GIS技术的应用可以构建多种功能模块，显著提高了矿产勘探和开发的现代化水平。这里也结合实际情况，全方位探讨基于三维GIS技术的矿产勘探和开发体系，阐述三维GIS技术的具体应用内容。

2.1 矿区连接模块

使用三维GIS技术可以在矿区实现多项连接，并按照不同分布点设计针对性较强的连接方案，最终形成群体控制和数字化操控模块，形成矿产勘探结构调度的最优化模式。在构建矿区连接模块的时候，技术人员也要完成设备清点系统的建设，同时还要布设数控技术优化可操控流程，使得整个模块满足现代控制系统的结构要求。在建设过程中，技术人员需要按照三维GIS技术使用标准呈现各个细节内容，通过节点层构建数据运行控制的标准，加快矿产勘探与控制系统的升级拓展，最终形成更加稳定的矿产勘探作业工具控制平台。

2.2 勘探调度模块

在引入三维GIS技术以后，矿产勘探和开发体系也需要构建勘探调度模块，逐步落实矿产勘探一体化理念。矿产勘探一体化主要是指勘探设备与人员之间的高度协调，提高人机交互的整体水平。这也要求技术人员通过使用三维GIS技术，完成“微处理系统”的搭建工作，构建矿产勘探调度的智慧运作模块。技术人员在使用三维GIS技术的时候，可以融入一些人工智能、专家系统等元素，使得最终形成的“微处理系统”具有一定的自动化运作能力，可以处理一些基础的矿产勘探工作，同时也能够结合勘探工作内容给操作人员提供一定的建议与指引，使得矿产勘探工作可以取得更好的综合成效。

2.3 三维虚拟模块

矿产勘探和开发工作在使用三维GIS技术的时候，最关键的环节就是构建三维虚拟模块，提供完善的三维数据信息。这也要求技术人员可以结合矿产勘探与开发活动选择最合适的三维建模方法，提取矿区地质信息、矿产资源等各类数据，完成三维模型的搭建工作。

在完成三维建模的时候，技术人员需要做好三维模型的评价分析，保证最终形成的三维模型可以在后续矿产勘探与开发活动中取得较好的应用效果。技术人员在使用三维GIS技术的时候，也要完善仿真分析模块，可以针对后续矿产开发环节进行仿真预演，保证矿产开发活动的合理性，避免出现不必要的损失。

2.4 远程控制模块

在引入三维GIS技术以后，矿产勘探与开发活动也可以构建远程控制模块，改变传统矿产勘探与开发的整体格局，打造真正的智慧勘探工程。技术团队在使用三维GIS技术、遥感技术、远程控制技术等技术模块以后，就可以形成功能齐全、结构合理的矿产勘探智慧控制体系。智慧控制体系不仅能够处理矿产勘探与开发过程中产生的各类数据信息，同时也开放了远程控制功能。即勘探人员使用手持设备就可以跟矿产勘探智慧控制平台进行交互。平台根据勘探人员所处的环境，智能设计勘探活动的工作情境，并给勘探人员提供针对性的参考与建议，切实提高矿产勘探工作的整体效率。

3 三维GIS技术在矿产勘探和开发中的实践应用

3.1 在成矿模式预测中的应用

使用三维GIS技术以后，矿产调查相关单位可以获得海量的勘探信息，并完成空间采样等多项工作。与此同时，借助于三维GIS技术，矿产勘探图就可以立足于时空以及多元统计两个层面，针对构造演化、沉积相等、火成活动等多种特征展开深入分析，完成成矿预测工作，并基于此进行后续的矿产勘探设计与安排。不仅如此，在使用了三维GIS技术以后，矿产调查相关单位也可以进行区域内地质演化的预测与分析，给后续进行矿产开发活动提供更加完善的数据支撑。

3.2 在成矿异常预测中的应用

三维GIS技术可以在成矿预测异常中取得较为显著的应用效果。这是因为三维GIS技术具有地质异常分析的功能，不仅能够通过数据分析得出最有可能出现矿产的区域，同时也可以对断层、地层、岩浆层、物化探异常等各类情况进行深入分析。通过这些分析活动，可以得出地质异常与矿点之间的关系，明确地质异常区域对后续矿产勘探与开发活动所带来的具体影响。除此之外，使用三维GIS技术的空间分析叠加功能，也可以对成矿区域进行圈定，综合分析地质异常信息、找矿信息等多种数据，形成全新的数据层，提供更加精细完善的勘探数据，有利于矿产探勘和开发活动的有效进行。

3.3 在矿产勘探中的应用

矿产调查相关单位积极使用三维GIS技术可以有效解决勘探过程中的高成本问题，提高成本管理的综合效益。这是因为在使用了三维GIS技术以后，矿产调查相关单位可以使用地质钻孔数据库对矿体储量进行综合分析，确定矿石资源储量的级别，基于此设计矿产勘探方案，有效解决矿石勘探的综合成本。以前进行矿石勘探活动的时候，出现了钻孔布设过于密集而显著增加成本，同时也容易造成工期延误的情况。

与此同时，部分项目也出现了钻孔布设过于松散，无法有效勘察矿体储存量，直接影响工程进度，造成了成本增加。而在引入三维GIS技术的时候，这些情况就可以得到较好地改善。这是因为基于三维GIS技术的勘探活动可以引入三维模型，并使用类钻孔布置进行提前分析，最终确定后续进行矿产勘探和开发的有效方法。

3.4 在矿产资源潜力评价中的应用

在使用了三维GIS技术以后，矿产调查相关单位也可以对矿产资源的潜力进行综合评价。这是因为三维GIS技术可以将地理信息技术与现代地质学理论结合在一起，并进行有机分析与探索，最终形成完善的矿产资源信息体系，评价区域矿产资源的潜力。相关评价流程如图1所示。结合图中相关内容可以知道，矿产调查相关单位应该构建矿产资源评价的相关模型，确定地质变量与取值范围，进行矿产资源地位预测和潜力评估，形成一份相对完善的研究成果，给后续设计矿产开发计划和实践施工提供相应的指引。在矿产资源潜力评价过程中，也可以进行矿石资源总量的分析，利用现代信息技术分析矿石资源价格的市场波动情况，完成矿产资源的经济潜力评价，使得评价体系变得更加完整。

图1 基于三维GIS技术的矿产资源潜力评价流程图

3.5 在采矿阶段中的应用

三维GIS技术在采矿阶段中可以发挥显著成效，提高了采矿计划的科学性与合理性，显著增强采矿施工的效率。这是因为矿产调查相关单位在使用了三维GIS技术以后，可以使用三维建模的方式直观展示矿产信息，完成矿产资源分布的三维数字建模。

在制定采矿计划的时候，使用三维GIS技术进行区域开采活动的整体布局，形成数字化的矿产设计方案。在后续具体进行矿产开发的时候，使用三维GIS技术也可以实现开采过程的可视化以及开采活动的仿真分析，较好规避不合理的采矿施工活动，同时也能够在采矿施工出现问题的时候第一时间介入其中，避免出现不必要的损失。

3.6 在矿产管理中的应用

在矿产资源开发过程中，矿石信息的真实度也是非常重要的参数，需要引起充分的重视。这也要求开采团队可以做好矿产资源的动态管理工作，掌握矿石信息的实时变化。在引入了三维GIS技术以后，通过三维模型对矿区的矿石信息进行实时分析，并结合矿石开采活动构建专项的挖掘模型，提高矿石管理的动态化与精细化水平。不仅如此，在三维GIS技术支持下，矿石开采活动也可以通过实时数据分析最合适的矿石开采位置，使得矿石管理具有较强的前瞻性与针对性，提高矿石管理的综合成效。

4 三维GIS技术在矿产勘探和开发中应用的保障措施

4.1 构建矿产勘探和开发的管理体系

在引入三维GIS技术的时候，矿产勘探与开发工作也应该构建完善的管理体系，保证三维GIS技术可以取得较好的运作效果。

第一，在矿产勘探活动开始之前，技术团队需要对三维GIS技术进行深入分析，并结合矿产勘探工程设计科学合理的勘探方案，充分发挥三维GIS技术的价值。在这个过程中，技术团队还要结合三维GIS技术做好技术交底工作，保证各个勘探人员都对三维GIS技术有较高的了解与认知水平，保证后续勘探施工的流畅性。第二，在矿产勘探工作进行过程中，需要结合三维GIS技术做好标准化工作，并进行各个勘探环节的精细化控制。特别是基于三维GIS技术的智能系统投入运作以后，一定要关注矿产勘探与开发工作在网络环境中的应用情况，并开展针对性的管理工作，保证系统平台可以发挥较好效果。第三，在矿产开发活动中，相关人员也要灵活使用三维GIS技术，保证三维勘探成果可以提供较好的指引。

4.2 做好三维GIS智能勘探系统的维护

在使用了三维GIS技术以后，矿产勘探和开发活动就可以完成智能系统的建设。但是想要充分发挥智能系统的作用与价值，就需要在平时做好系统的维护工作。第一，做好功能改造与系统升级。当前我国矿产勘探与开发行业领域的发展是非常迅速的，因此基于三维GIS技术的智能勘探系统在应用一段时间以后就可能无法取得较好效果，需要技术团队积极进行功能改造与系统升级。这也要求技术团队在平时的时候可以积极关注三维GIS智能勘探系统的运作效果，明确系统应用过程中的欠缺与不足，制定完善的功能改造与系统升级计划，使得系统平台可以在较长时间里取得较好稳定运作效果。第二，做好安全管理工作。在引入三维GIS技术以后，大部分矿产勘探与开发工作都融入到了智能系统中。为了保证矿产勘探信息的真实性与安全性，以及各个勘探设备运作的稳定性，相关技术团队一定要做好安全维护工作。

5 结语

综合来看，三维GIS技术在矿产勘探和开发中可以取得较好的应用成效，可以在后续时间里进行全面推广。在具体应用三维GIS技术的时候，需要做好信息化硬件与软件的建设，提高矿产勘探和开发过程的智慧化水平，打造智能化工程体系。

对于矿产勘探与开发团队来说，也应该加强自身对于三维GIS技术的了解水平，重点完成三维建模工作，直观展示矿产勘探的各类信息，显著提高矿产勘探技术水平，给后续的矿产开发活动提供较好的支持，推动矿产行业的高质量发展。