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第15卷第2期 2006年2月 中 国 矿 业 CHINA MININGMAGAZINE Vol. 15 , No. 2 February 2006 Ie“3S”技术在矿山应用研究进展与展望 3 汪云甲 郭达志 吴立新 张书毕 杜培军 中国矿业大学环境与测绘学院 徐州221008 摘 要本文综述了全球定位系统、遥感、地理信息系统在矿山应用及“数字矿山”理论与技术研 究进展、关键问题与创新成果,以矿区资源绿色开发优化研究为例,讨论了“3S”及其集成技术的应用 前景 关键词“3S”技术 数字矿山 绿色开采 中图分类号 V556. 1 文献标识码 A 文章编号 1004 - 4051 2006 02 - 0075 - 06 REVIEW AND PROSPECT OF THE APPLICATION OF GPS、RS AND GIS TECHNOLOGY IN MINE Wang Yunjia Guo Dazhi Wu Lixin Zhang Shubi Du Peijun College of Enviroment and Spatial Inatics of CUMTXuzhou 221008 Abstract The theory and technical research developing、key problem and innovative achievement of ap2 plication of GPS、RS and GIS“3S”in mine and“digital mine”are discussed , taking the green mining in mine for example ,“3S”and application prospect of its integrated technology are studied. Key words “3s”technology Digital mine Green mining 3基金项目 高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项 目编号 200348 收稿日期 2005 - 09 - 27 作者简介汪云甲1960 - 男 江苏建湖人 博士 教授 博 士生导师 全国优秀博士学位论文奖获得者 矿产资源作为我国经济发展的重要物质基础和 制约因素,在为经济发展和社会进步做出了巨大贡 献的同时,也带来或存在许多问题。我国矿山企业 总体管理粗放,技术装备落后,劳动生产率低,科 技水平和发达国家相比约落后20年,劳动生产率 相差近百倍,资源回收率比发达国家低10 ～ 20 。重大、特大事故频繁发生,矿区资源环境安 全状态恶化,“四矿”问题突出。解决矿业问题的 关键还是依靠科技进步。近年来,我国矿山科技工 作者,针对矿产勘查、开发特点,不失时机地引入 了以“ 3S 全球定位系统、遥感、地理信息系统, 即GPS、RS and GIS技术为核心的空间信息技 术提升传统的采矿工业,开展了大量研究,取得了 显著成效,取得了巨大的社会经济效益。本文综述 我国在这一领域的最新研究进展、关键问题与创新 成果,以矿区资源绿色开发优化研究为例,讨论 “3S”及其集成技术的应用前景。 1 全球定位系统 GPS除广泛应用于矿区控制及地面测量外, 在矿山的应用研究集中在变形监测、卡车调度等方 面。一些学者系统研究了GPS在矿区地表沉降监 测应用中所涉及的空间数据质量评价、GPS变形 监测网基准点位移和观测粗差的抗差估计模型、 GPS变形监测网的最优化设计等问题,建立了矿 区GPS变形监测系统,研制了分析软件,并得到 实际应用,产生了较好的效果,为变形分析与预测 提供了新的途径。我国学者根据矿山变形监测的实 测资料结合理论分析研究,论证了卫星几何分布对 GPS基线精度的影响规律,提出了在矿区地面形 变测量中对GPS卫星几何颁的一些要求;根据矿 山地表岩石移动观测的实际特点,分析研究了 GPS星际历元二次差拓展模型在该领域的应用前 景;研究了GPS基线向量的解算方法,分析了 GPSA基线向量之间的相关性,推导出了合适的 GPS精度估算公式;根据矿区控制网坐标转换实 中 国 矿 业第15卷 际需要,研究了WGS一84坐标系与我国国家大 地坐标系以及矿区独立坐标系之间转换的相关问 题,提出了网格分区转换法和基于Delaunay三角 网的游动九参数坐标转换法。GPSINSAR作为 InSAR与GPS这二种探测技术的互补合成,能够 发挥其各自优势并将在矿区地面沉降形变领域 展现出高空间覆盖与亚毫米级高精度探测的巨大潜 力,已引起了有关高校与科研单位的高度重视,目 前正着力研究INSAR和GPS数据融合并应用于实 践的基本理论和算法,试图通过DINSAR与 GPS及其它常规大地测量技术的结合,提出矿区 的地面移动及变形特征分析新方法。 我国一些大型金属矿山和露天煤矿成功应用了 卡车计算机调度系统进行矿山生产的指挥调度,该 系统借助于无线通信和GPS卫星定位系统,将安 装在卡车、电铲、钻机、破碎机等设备上的车载计 算机收集到的各种数据设备状态、载荷、位置 等和边坡监测数据实时地传送到中央计算机,由 中央计算机进行处理和调度,用数字化通信系统和 信息系统把现场各种设备平台与各工种班组、岗位 连接起来,最终建立起一条数字化生产指挥控制 链,较好地解决了车铲设备的最佳配合和设备中途 出故障后的动态重组等问题,提高了设备的台时效 率,实现了采矿作业的最优化,钻机管理部分利用 高精度GPS定位系统,实现了爆破孔的自动定位。 江西德兴铜矿运用该技术,通过优化卡车运行,实 现电铲、卡车、钻机定位,维修跟踪、边坡监测, 辅助设备跟踪、轮胎管理、配矿等大量有效功能, 大幅度提高采矿劳动生产率,年经济效益在1000 万元以上;鞍钢集团齐矿露天采场采用了GPS卫 星智能调度系统采矿,利用GPS和电子地图进行 车辆跟踪并结合计算机优化调度和数据库管理功 能,使主要设备汽车的利用率提高了5 ,年可创 效500万元;内蒙古伊敏煤电公司一露天矿运用 GPS车辆调度系统则提高年产量8 。首钢矿业公 司正与有关单位联合开发采矿自动调度系统 GPS ,已纳入国家“十五”科技攻关高效采矿项 目之中。我国学者还运用计算机、软件工程、通信 网络、自动控制、GPS和水下定位等技术,研制 成功了用以控制和监视海底作业车的全部运行和采 矿作业过程的自行式海底作业车监控系统。在矿料 场的体积测量与重量计算工作中,有关单位针对工 程测区范围大、矿料种类多、分布广等特点,采用 GPS实时动态差分测量技术,多快好省地完成了这 项工作。 2 遥感 矿区生态环境受采矿影响的遥感调查分析是近 年来遥感在矿山的应用研究重点。近年来我国学者 运用“3S”技术、数字近景摄影测量技术和探地 雷达技术进行矿区地表形变及复垦土地、土壤的物 理、生化特性演变监测研究,促进了这一研究领域 的深入与拓展,有关学者创新性地研发了以GPS 技术做矿区基准三维定位、高、中空间分辨率卫星 遥感图像为主要信息源、GIS技术方法为矿山空间 数据存储及动态分析手段的煤矿区土地资源与生态 环境损害的宏观地貌景观和土地利用变化综合 监测和分析评价的综合技术;在矿区地面塌陷监测 中,基于航空、多光谱遥感信息进行塌陷地提取分 析的研究继续得到发展,在塌陷地遥感影像识别特 征等方面结合不同矿区实际取得了一些新的应用成 果,针对单一从遥感影像中提取和识别塌陷地存在 的不足,提出了将地理信息系统和领域知识应用于 不同地物特征和地表形态有或无积水和不同积水 深度、矸石山等的塌陷土地信息提取,取得了较 好的效果;在面向矿山应用的遥感信息处理方面, 人工神经网络、遗传算法、专家系统等得到了初步 的应用,为信息处理水平的提升奠定了良好的基 础。 中荷合作项目“中国北方煤田自燃环境监测” 应用遥感技术首次全面系统地掌握了中国北方煤田 自燃灾害分布、区划、等级及危害程度,提出了煤 田火区遥感技术探测方法和工作程序,建立了中国 北方煤田火区计算信息系统,并将图像处理技术和 地理信息系统技术有机地结合起来,为各级政府对 煤火的防治决策、为灭火工程设计施工、监测提供 了现代化方法和手段。 “宁夏汝箕沟煤田火区环境 监测与治理”项目则首次选用卫星遥感、航空遥 感、地面遥感和地球物理的高分辨率电导成像系统 和高精度磁力仪、GPS数据采集系统,结合火区 钻孔和火区剥离手段,进行地下、地面、航空、航 天四层空间遥感同步试验,完成了煤田火区燃烧中 心、燃烧系统和火区的系列研究,煤田火区遥感探 测与监测方法研究,煤田火区灭火工程及环境治理 研究,并开发出适用于煤田火区动态监测与治理的 “煤人系统”软件。中一德科技合作“中国北方煤 火探测、灭火与监测新技术研究”项目正式启动, 标志着我国煤火控测、灭火与监测技术体系的建设 进展到一个新的阶段,该项目以内蒙的乌达煤田、 古拉本煤田和宁夏的汝淇沟煤田为研究区,内容包 括科研管理与协调、自燃环境条件研究、火区的几 67 第2期汪云甲等 Ie“3S”技术在矿山应用研究进展与展望 何学与动力学研究、灭火新技术研究、区域环境影 响评价、预防监测与早期预警等六个方面。 “矿产 资源开发遥感动态监测”项目利用不同分辨率卫星 数据对试验区矿产资源开发及其引发的生态环境问 题进行了深入细致的研究,取得了成功,使我国延 续多年的矿产资源开发利用状况逐级统计上报制度 逐步被遥感动态监测所替代。有关高校基于“3S” 技术,完成了教育部“211工程”重点学科建设项 目“矿区生态环境监测与治理”,突破了只在矿区 地面和地下采集环境污染、破坏数据的传统方式, 创立了地空一体化的矿区环境动态综合与治理的理 论与工程技术体系,得到了有关方面的高度评价, 同时基于“3S”集成的矿区环境监测、评价与生 态重建的理论与技术已被列入“十五” “211工程” 建设项目。为了解决矿山地面塌陷等无法接近目标 三维坐标的测定问题,有关高校自行集成了高分辨 率全数字地面摄影测量数据采集系统,并基于 DL T算法开发了专用数据处理软件。实践表明, 这一系统特别适合于各种危险区域如塌陷区、滑坡 体等三维坐标的测定,并能取得较高的精度。该系 统还可用于数字城市三维景观影像的采集,弥补航 空摄影测量与遥感技术的缺陷。 我国学者在野外地震地质调查和典型岩石采样 的基础上,利用热红外成像仪进行了大量的热红外 红外遥感监测基础实验实验条件包括岩石单轴压 缩、岩石压剪、岩石双剪摩擦滑移、断块组合双轴 加载 , 并与声发射、干涉云纹、数值模拟和分析 等手段进行对比研究和分析,发现了一些重要的物 理力学现象,得到了一批定性定量结果,将实验结 果与地震卫星热红外遥感相结合,对台湾、张北、 伽师等地震进行了地震短临卫星热红外遥感异常的 时空过程分析,取得了满意的结果,其中岩石压剪 和组合交汇断层剪切过程的热红外成像实验属国内 外首创,为矿爆、岩爆、边坡滑移、构造地震、结 构失稳等应力灾害的遥感遥测和短临预报奠定了理 论与实验基础,丰富和发展了“遥感一岩石力学” 这一新型交叉学科,引起了较大反响。我国学者还 提出了遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分 析新方法,该方法综合利用3S技术、遥感图像数 字处理技术、虚拟现实和全数字摄影测量等高科 技,通过遥感图像的正射影像处理、多类型遥感图 像数据融合、高精度DEM生成和影像复合等工 序,按照一定比例尺和飞行路线生成测区的虚拟三 维影像动画系列图,以解决高原区数字区调工作者 面临的实际问题,弥补其不足。 3 地理信息系统 地理信息系统在矿业界出现了应用与理论研究 并重的局面。主要体现在GIS国内外商业软件的 二次开发与自主开发软件的应用程度不断深化、应 用领域不断拓宽,涉及矿山地测信息系统、矿产资 源开发规划系统、地质数据库系统、矿山地质灾害 信息管理与查询系统、塌陷损害评价系统、安全生 产调度指挥系统等专业信息系统的开发研制,基于 GIS的矿区资源评价与规划、开采沉陷环境影响评 价、土地复垦规划、煤岩煤质资料分析、矿井地质 构造及煤矿底板突水预测、煤矿通风网络表达、放 体实体模型建立、地质信息提取、空间数据挖掘 SDM与其不确定性、以及在资源分析评价中的 应用等方面,基于“3S”的地质调查数字填图技 术,使传统的笔记簿被具有GPS导航、图形显示、 漫游、路线显示及定点图形编辑功能化的新一代电 子笔记簿所取代,可以用计算机语言对野外路线观 测的全过程进行精确的定量化描述,还可显示三维 数字高程模型、遥感、航空图像,直接在野外勾绘 地质界线,使地质图的绘制效率大大提高,最高可 达10倍;矿山三维数据结构、三维地学模拟及地 学信息的本体论ontology等方面的研究进一步 深入,包括三维GIS数据结构、VR与可视化、三 维地学模拟、三维地学空间构模、多维动态GIS 的空间数据建模、处理与分析及矿井三维立体图计 算机绘制等,我国学者将GISVR技术用于矿区 景观设计,实施了济宁三号煤矿边排、边复、边种 示范工程,有效地防止了水土流失,保持了边坡稳 定; GIS在矿山的应用理论研究水平逐步得到提 高,涉及矿图扫描图像要素的提取、图像数据的失 量化和后处理,矿图数字化质量、矿山GIS空间 数据质量评价、GIS中空间对象的不确定性、误差 熵不确定带模型等方面; GIS的应用逐步从数据管 理、查询、制备向空间模拟、预测与决策支持过 渡,如应用于矿产资源预测、成矿靶区圈定、瓦斯 动力灾害预测、地面塌陷模拟、矿区土地复垦及矿 山环境可持续发展决策支持等,研究涉及到了知识 获取、推理机制、决策模型等关键问题; GIS与矿 山管理业务化系统逐步结合,顺应电子政务、GIS 与办公自动化结合的趋势, GIS在矿山的应用也逐 步从主要局限于地质、测量等领域逐步与矿山业务 化系统结合,从而服务于矿山管理;实用化的矿山 地理信息系统逐渐在相关矿山得到推广,组件式开 发技术得到广泛应用。 近年来我国学者更多的关注了如何将空间信息 77 中 国 矿 业第15卷 技术与资源环境专业模型结合,构建空间决策支持 系统,以指导矿区资源合理开发利用,实现矿区可 持续发展。近一、两年,相继开发或研究了数种矿 产勘查、开发决策支持系统,如综合信息成矿预测 网络系统,该系统将GIS与构件技术、互操作技 术、分布式三大技术结合起来,使基于GIS的单 机综合信息成矿预测系统在Web上得以实现,形 成了基于WebGIS的综合信息成矿预测系统;基 于GIS与遥感一体化技术的矿产资源区域综合评 价系统,该系统集多源数据库数据的获取、管理、 查询、处理、分析、建模和制图于一体,具有解决 多源地学数据复杂的管理、查询、建模、快速综合 处理和分析问题的能力;基于模糊推理和神经网络 的采矿方法智能决策系统,该系统引入了人工智 能、专家系统、人工神经网络和计算机辅助设计等 技术,将矿体的赋存条件转化为模糊知识和模糊规 则,运用模糊推理专家系统初选可行方案,用人工 神经网络对可行方案的技术经济指标进行预测,通 过群体多目标决策,优选出实施方案;露天采矿工 程决策支持系统,该系统是在Windows环境下, 结合CAD、GIS、A1等技术,应用多种平台和语 言开发的集成式采矿软件包,该软件包使矿床地质 建模、工程数据的处理与数据库管理、统计分析、 矿床可视化显示与绘图、采矿方案设计、采矿量测 算及开采程序的优化等有机融为一体,为露天矿设 计与开发提供了实用、有效、综合的决策支持信 息;智能型矿产项目投资决策支持系统,该系统试 图将数据仓库、联机分析处理、数据挖掘技术有机 地结合起来,既完成传统决策支持系统的辅助决策 功能,又通过数据挖掘来提高系统的智能性;基于 专家地理信息系统EGIS的露天采矿烟尘污染 环境效应评价系统,主要组成模块有实时监测模 块、空间分析模块、查询检索模块、环境影响评价 模块、规划治理模块,能够根据辅助决策结果提供 采矿烟尘污染控制措施与辅助决策支持;采矿权管 理空间决策支持系统,该系统通过计算机网络实现 了采矿权和资源管理的计算机决策,能最大限度地 减少人为因素的影响,包括数据信息一致性检查, 采矿影响范围的计算,采矿影响地面建筑物的自动 提取,采矿证是否该发等功能,等等。与此同时, 也引进了一些国外著名软件系统,如GOCAD、 Surpac Vision等,一些单位正对这些软件进行消 化、吸收、移植。 4 “数字矿山”理论与技术 构建数字矿山,以信息化、自动化和智能化带 动采矿业的改造与发展,已成为矿业界的共识,建 立数字矿山、实现矿区资源绿色开发利用被认为是 走矿产开发新型工业化道路的必然途径与两大关 键,也是未来若干年内矿业界关注的热点与奋斗目 标。由于矿山空间信息的多源、多尺度、多精度和 强动态变化等复杂特征,由于直接服务于矿山生 产,数字矿山的理论基础更为复杂,其中有一系列 的关键技术需要研究和解决。中国科协主办了“数 字矿山战略与未来发展”为主题的“青年科学家论 坛”,与会学者一致认为数字矿山建设是一个复杂 的系统工程,应结合我国矿山企业信息化现状和实 际需要,宏观把握、统筹规划,分阶段、分步骤地 稳步推进,数字矿山基本框架应由核心系统、数据 采集系统、决策支持系统、调度监控系统、管理信 息系统以及应用系统等多部分组成,应从基础理论 与模型、矿山空间信息的数字化及矿山数据仓库建 设、矿山网络传输平台、各种相关业务流程、专业 综合软件等几方面进行总体建设。数字矿山在不少 矿区正由理念变为行动,塔里木宽带IP技术的数 字油田示范系统研究被列入国家“十五”攻关项 目,胜利油田计划八年内建成“数字油田”,有关 学者在诸如数字矿山的基本特征与总体架构,矿山 数据仓库及数据挖掘技术、矿山多源元空间信 息融合集成技术、矿山数字化规划、设计与优化技 术、矿山3D拓扑建模与分析技术、矿山虚拟现实 模拟与可视化仿真技术、矿井综合监控与多媒体通 讯技术、地下快速定位与自动导航技术、智能采矿 与高效安全保障技术、矿山系统工程与多目标决策 理论与技术、矿山3S、OA、CDS五位一体技术等 关键技术,数字矿山战略实施对策与方案,数字矿 山示范工程建设等方面做了不少工作,取得了一些 阶段性成果。一些数字矿山技术已得到较好应用。 如有关高校与企业联合研制成功了集矿山安全、工 况监测及生产调度指挥信息的采集、实时传输处 理、图形显示、统计分析、图形和数据的存储管理 及输出为一体的信息集成系统,实现了工业电视图 像的监控、生产安全多媒体数据库图形和报表的浏 览、安全生产空间信息的网上远程交换、环境与灾 害网上分析及救灾方案确定、基于GIS的开发开 采空间信息分析与显示,等等,给煤矿生产调度指 挥带来了重大变革,系统在平煤集团公司各矿得到 应用并不断改进完善,迅速扭转了安全生产的被动 局面,自1995年安装该系统以来就再也没有发生 过重大安全事故。山西晋城市建成了由158个高瓦 斯煤矿、30多个乡镇、6个县市、区、一个直 87 第2期汪云甲等 Ie“3S”技术在矿山应用研究进展与展望 属上市公司和市局构成的煤矿安全广域网络 WebGIS动态实时多级监管系统,将全市煤矿 地质、测量、采掘、生产、运输、通风飞机电等环 节,建立数据库,直接在计算机屏幕上进行工程设 计、计算、检测、生产跟踪、调度管理和信息查 询,利用矿井监控系统和先进的光纤联络方式,实 现了全市煤矿远程瓦斯监测分析、越界开采监督、 瓦斯隐患查询、通风状态查询和安全调度管理,系 统自投入使用以来,事故起数、死亡人数和直接经 济损失分别下降10. 5 、64. 6 和51. 4 。黑 龙江省七台河矿业精煤集团建成了辐射全公司9大 矿的基于数据、音频、视频于一体的煤矿信息化网 络系统,初步实现了安全监控、生产、经营、综合 业务信息化管理功能,在远程的网络终端上可以随 时查询各矿瓦斯、通风实时数据及井巷道风流、风 速、风量实时数据,查询瓦斯综合报表、瓦斯变化 趋势分析曲线、井下传感器动态示意图、地质图、 煤田巷道分布三维立体图,举行电视电话会议系 统、多媒体会议。开滦集团已完成了集团公司 宽带网建设,开发了集团公司以及下属单位的综合 信息发布和查询系统、生产调度系统、电子邮局内 外通集成系统、医疗保险系统、企业资源计划 ERP系统、井下监测信息系统、办公自动化系 统、视频会议系统,建立了开滦集团商务网站,开 发和实施了地测绘图、沉陷预计、矿井三维地震勘 探与地质解译、设备管理、采区日清日结、工资管 理、人力资源、全员劳动合同管理、职工档案管理 等应用软件,各矿主要生产矿图、交换图已完成数 字化,部分矿井已完成了MGIS系统建设,形成 了数字矿山的雏形。 5 “3S”技术在矿山应用研究展望 矿业界普遍认为, 2l世纪的矿山,需要引进 一种全新的采矿观念,构建一种全新的数字化与智 能化矿山模式,或者说高度现代化的无人采矿模 式,实现绿色开采。而无人采矿,就是将智能化采 矿设备机器人与现代采矿调度系统进行集成, 遥控机器人及智能采矿,其核心技术之一就是空间 定位及信息处理分析技术。绿色开采是一个巨大的 系统工程,需要以系统、集成的思想为指导,从机 理、过程的角度进行研究,以历史、现状信息为决 策依据,在空间信息基础设施与决策工具的支持下 实现领域分析与决策支持,在矿山环境扰动量小于 环境容量前提下,实现开发开采的社会经济效益最 优。将“3S”及其集成技术应用到绿色开采之中, 将导致相关研究范围、内容和方法发生革命性变 化,这里以矿区资源绿色开发优化研究为例,讨论 “3S”及其集成技术在矿山的应用前景。 511 “3S”及其集成技术将为矿区资源绿色开发 优化研究提供空间信息支持 矿区资源绿色开发利用优化研究必然涉及大量 的地理空间、社会经济要素及地面井下资源、环 境、地测、采矿等方面信息,这些要素与信息内容 广泛、综合、复杂,具有多源、多尺度、多精度和 强动态变化等特征,传统方法难以实时、准确、全 面获取,这也是目前国内外缺少这方面系统研究成 果的重要原因。利用“3S”及计算机网络等数字 矿山技术体系,可以建立矿山资源环境背景数据库 系统、数据更新系统、网络服务系统、综合应用系 统及其集成系统,基于该系统及数字矿山技术,将 使上述研究变得可能或方便。 如许多学者认为,建设绿色矿业,首先必须解 决资源环境价值评价及环境成本内在化问题,但这 必须建立在掌握了矿产不同开发模式与方法对资源 环境影响机理,建立起表征模型基础之上。由于条 件与手段等方面的限制,目前尚缺乏这方面研究, 致使环境影响评价、资源环境价值或经济损失评估 等对资源环境因子扰动随矿产开发模式而异的规律 普遍考虑不够,相关参数取舍粗糙简单,资源环境 模型不能统一到经济层面,限制了成果的应用范 围,而经济分析中对资源环境损害估计偏差较大而 影响了评价评估结果及决策分析的可靠性与准 确性。 我国不少矿山已开采数十年,留下了大量历史 资料,一些矿区资源环境变迁均“记录在案” 。利 用“3S”及其集成技术及其数字矿山平台与技术 体系,我们完全可以通过这些矿区数十年开采及区 域资源环境、社会经济历史数据、卫星遥感与地面 取样监测数据的综合分析处理,结合室内试验,进 行模拟仿真、地学信息图谱分析、空间数据发掘、 知识发现与空间决策,推绎矿区资源环境土、 水、气、植被等变化与矿产开采的关系,再现矿 区资源环境受矿产开采影响的动态演化过程,揭示 矿产不同开发模式及方法对矿区主要资源环境因子 的作用机理,从资源及环境土、水、气、植被及 共伴生矿产资源数量质量实物量指标到物质 损害物理指标最终统一到经济指标资源环境 价值及经济损失 , 建立起矿产开发对矿区资源环 境影响的定量分析、评估、预测模型,据此进行规 划设计、评价分析、优化决策。 512 “3S”及其集成技术将为矿产资源绿色开采 97 中 国 矿 业第15卷 基础理论与应用研究提供新的平台 一方面,“3S”及其集成技术或数字矿山平台 上的矿体、岩层等井上下资源环境各种性质、特征 数据及方法库、模型库、图形库,可为进行绿色开 采基础理论与应用研究提供各种资料,可在其之上 直接进行计算机模拟、仿真、数值计算及其过程分 析,另一方面,将数字矿山中的矿区资源环境综合 监测分析技术、矿山多源元空间信息融合集成 技术、矿山数据挖掘与智能空间决策支持技术、数 字化规划、设计与优化技术、矿山数据仓库技术、 真3DGM与可视化技术、矿山3D拓扑建模与分析 技术、组件式矿山软件与模型等有机融人绿色开采 基础理论与应用中,有望实现研究方法的创新,有 利发现新的知识与规律,建立资源评价一开采一沉 陷一环保治理相协调的优化理论体系。 513 “3S”及其集成技术将为矿区资源绿色开发 规划设计提供新的手段 如利用的数字化规划设计技术,基于Web , 在规划设计资源库的支持下,利用工具软件,有关 人员可以进行矿区资源开发并行协同规划设计,这 种数字化环境能及时准确地向规划设计人员提供不 同方案的社会经济效益、资源环境效应各方面信息 与帮助,支持多学科领域专家群体协同工作,能够 利用RS、GPS、InSAR等空间信息技术自动、实 时、动态、准确地获取矿区资源环境信息,并进行 环境承载力及资源环境安全状态评价,能够把开发 的社会经济效益、资源环境安全状态分析与规划、 设计、开发过程有机地集成起来,做到在正确的时 刻,把正确的信息,以正确的形式,送给正确的 人,做出正确的决策,适时对方案做出修改,同时 利用VRGIS三维可视化与显示技术,可模拟资 源开发不同方案导致的资源环境变化与景观效果, 以保证方案最优。 矿产开采是一个复杂的巨型动态系统,开采对 象为类型多样、条件各异、采前未能确知的不可再 生资源,具有生灭性、流逝性、多变性、不可预测 性、开发对周边的资源环境破坏性、基础数据采集 手段的多样性以及生产急需的实时有效信息的隐蔽 性等特点,这就决定了“3S”及其集成技术在矿 山应用研究需解决的难题与困难很多,也为我们提 供了难得的机遇。 “3S”及其集成技术在矿山应用 的标志性成果或目标就是构建数字矿山,它是一庞 大的技术体系,该技术体系由常规意义下的数字地 球类技术体系、数字企业类技术体系及矿山特有的 数字化技术体系三部分组成,数字矿山建设是一项 复杂的系统工程,需要多学科专业人员协同攻关。 上接第74页 315 建立矿产开发科技准入制度和淘汰制度,从 法规上保证矿产资源发展科技战略实施 对于新建矿山企业,设置科技准入条件,满足 最低科技要求的才能批准办矿。对于现有矿山企 业,建立科技淘汰制度,对于长期采用落后的采、 选技术和设备,严重浪费国家资源者限期整改,或 清退出矿产开发市场。 4 结论 矿产资源开发是一个复杂的系统工程,涉及到 国家、地方和矿山企业不同的利益关系,资源、经 济和环境不同的效益关系,科技、管理和服务不同 职能的关系,这些关系只有协调、平衡,尤其达到 统一后才能使矿产资源的合理开发利用落到实处。 如何处理好这些关系,是我们长期面对的一个重要 课题。 矿产资源发展科技战略研究,是宏观研究。要 更好地解决矿产资源发展的科技问题,达到矿产开 发的科技目标,还需进一步研究矿产资源的特征, 矿产资源开发中存在的具体的科技问题,更全面地 了解国内外矿产开发科技发展现状和趋势,制定出 更具体的可操作性科技发展规划。此外,要时时追 踪国内外矿产开发新科技,不断充实、完善、调整 科技战略和方案。 08