microbik.ru
1
ГИС-ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Рассматриваются возможности системы нового поколения, которая позволяет решать весь комплекс геоинформационных задач: от подготовки данных для создания цифровых моделей до решения технологических и оптимизационных задач с получением документации. Гибкость системы позволяет быстро настраивать ее для решения задач различных отраслей.

Геоинформационные системы (ГИС) являются сравнительно молодой, но достаточно перспективной и стремительно развивающейся технологией. Современный уровень развития информационных технологий, аппаратного и программного обеспечения позволяет решать довольно обширный круг задач, которые еще 5-10 лет назад казались практически неосуществимыми. До подобного рода задач можно отнести формирование геологических моделей залежей полезных ископаемых и трехмерных поверхностей (карьеров, шахт, отвалов, инженерных сооружений), экологический мониторинг и т. д.

Предприятием «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» накоплен обширный опыт создания и внедрения собственной ГИС, которая позволяет решать полный комплекс задач – начиная от подготовки данных для создания цифровых моделей и заканчивая решением технологических и оптимизационных задач с получением отчетной документации [1].

Использование модулей в качестве составных элементов ГИС K-MINE позволяет настраивать ее практически на любые запросы конечных пользователей. Все программные модули работают под единой управляющей оболочкой и имеют типизированный пользовательский интерфейс, что делает систему достаточно простой в освоении.

ГИС K-MINE может быть применена в различных областях:

  • при ведении горных работ (открытым или подземным способом);

  • при построении генпланов предприятий (для управления геопромышленными территориями);

  • при топографической съемке поверхностей;

  • при проектировании транспортных магистралей;

  • при создании и ведении государственных кадастров (земельного, градостроительного и др.);

  • при наблюдениях за деформациями (земной поверхности, зданий, сооружений, коммуникаций).

Немаловажным фактором является адаптированность системы к существующему законодательству, отечественным ДСТУ и ТУ (ДСТУ ISO 9004-1-95, ДСТУ ISO 9004-2-96, ДСТУ ISO 14001-97 и другие). При разработке элементов системы используются положения, методики и документы утвержденные Комитетом Госгорпромнадзора Украины.




ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Базовый вариант ГИС содержит: графическое ядро, модули введения начальной информации и векторизации растра, редактор объектов, программную оболочку загрузки модулей, модуль графического моделирования и модуль печати.

Графическое ядро является основой ГИС K-MINE и работаете использованием графических библиотек OpenGL и DirectX. Основными функциями ядра являются низкоуровневые операции по поддержанию целостности использования данных, организации взаимодействия с памятью и графической подсистемой компьютера, визуализации данных, разграничению полномочий доступа к данным. Использование OpenCxL и DirectX обеспечивает возможность многоплатформенного использования системы.

Ввод начальной информации (и векторизация растровых изображений). Нa любом предприятии, где идет постоянная работа с географическими картами, чертежами, схемами и другими графическими источниками, при переходе на компьютерную технологию неизбежно возникает проблема ввода первичной информации. Простейшим и наиболее распространенным способом решения проблемы является сканирование первоисточников (например, карт) с использованием сканеров различных типов (чаще всего планшетных). В результате сканирования на выходе получается растровое изображение, представляющее собой множество точек (пикселов) разного цвета и яркости.

Однако для осуществления графического моделирования растровое изображение малопригодно, его необходимо перевести (преобразовать, конвертировать) в векторный формат, позволяющий реализовать практически любые преобразования изображения без потери качества. Такое преобразование осуществляется с помощью модуля введения начальной информации и векторизации растровых изображений. Он предназначен для работы с документами в форматах BMP и JPEG (полноцветных, градации серого, индексированный цвет). Преобразование растрового изображения в векторное происходит по необходимости (полная или частичная векторизация), обеспечивается работа с растрами размером до 2 Гб.

Одна из особенностей модуля векторизации – поддержка реальных координат модели в произвольной системе координат уже на этапе подготовки растра. Это позволяет сводить в единую растровую подложку изображения отсканированные с разным разрешением и в разных масштабах.

К дополнительным возможностям модуля векторизации можно отнести наличие большого количества процедур обработки растра, позволяющих уменьшить линейные и нелинейные искажения, а также по­грешности сканирования. Наличие специальных фильтров позволяет сгладить неравномерность окраски растрового изображения, повысить его яркость и контрастность.

Векторизация изображения может производиться в автоматическом и полуавтоматическом режимах с последующей трассировкой полилиний и сплайнов, массивов точек, полигонов, поверхностей и текста.

Редактор объектов. Функциональность геоинформационной системы в первую очередь зависит от возможности поддержки объектов. Структура ГИС K-MINE обеспечивает максимальную гибкость при создании или модификации объектов с уникальным набором свойств и методов. При создании объектной модели ГИС используется принцип объектно-ориентированного подхода всем объектам, составляющим модель, присущи механизмы наследования, инкапсуляции и полиморфизма. Используя базовую библиотеку классов, пользователь может практически без ограниче­ний создавать свои библиотеки объектов с уникальными свойствами. Для реализации этих возможностей в ГИС K-MINE предусмотрен многофункциональный редактор классов (объектов).

Менеджер модулей – программная оболочка загрузки модулей, обеспечивающая взаимодействие графического ядра с модулями и модулей между собой. Кроме того, менеджер обеспечивает: отображение данных модели и графическое представление объектов с помощью графического интерфейса, динамическое создание меню и панелей инструментов, обеспечение взаимодействия интерфейсных объектов с ядром и модулями.

В оболочку также встроены средства организации операций экспорта-импорта в другие распространенные форматы ГИС (AutoCAD, 3D Studio, MapInfo и пр.).

Модуль графического моделирования предназначен для обеспечения логической целостности данных модели и для решения широкого спектра задач, связанных с графическим представлением объектов.

К основным функциональным особенностям модуля графического моделирования относятся создание объектов из стандартных и пользовательских библиотек классов и их редактирование; работа с группами объектов, объединенных в слои; просмотр модели в любом масштабе (в том числе динамическом и в трехмерном пространстве); возможность добавления (удаления) субобъектов в многоточечных объектах; использование режима точного позиционирования (склеивания); всевозможные преобразования векторных объектов и многое другое.

Модуль печати предназначен для подготовки отчетных графических материалов в любом масштабе для вывода на широкоформатные устройства (плоттеры, широкоформатные принтеры формата Al-АО). Модуль печати включает в себя дизайнер отчетов, который позволяет пользователю самостоятельно создавать внешний облик отчетных документов (помимо имеющихся стандартизированных форм).




ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Как уже указывалось, ГИС K-MINE можно превратить в инструментарий для решения широкого круга задач при помощи подключения технологических модулей:

  • геолого-маркшейдерского обеспечения работ;

  • проектирования карьеров, отвалов, шахтных полей, дорог, съездов, коммуникаций, сооружении и др.;

  • планирования горных работ (открытым и подземным способом);

  • построения генпланов предприятий для управления геопромышленными территориями;

  • автоматизации топографических съемок;

  • наблюдения за деформациями земной поверхности, зданий, сооружений, коммуникаций.

Геолого-маркшейдерское обеспечение. Как известно, работа маркшейдеров и геологов наиболее тесно связана с геометрическими построениями и работой с графическим материалом. Основой для функционирования соответствующего модуля является цифровая модель поверхности (карьер, шахтное поле, топоповерхность) и цифровая модель месторождения (залежи). Процесс создания и сопровождения цифровой модели достаточно трудоемок, поэтому реализован комплекс задач, позволяющий предельно упростить работу маркшейдеров и геологов.

Среди основных функциональных возможностей модуля:

  • автоматизация полевых измерений;

  • формирование цифровых моделей объектов по результатам обработки полевых измерений;

  • определение расстояний транспортирования согласно существующей транспортной сети;

  • построение геологической модели месторождений по скважинам детальной и эксплуатационной разведки, моделирование положения контуров простирания залежей;

  • расчет количественных и качественных показателей в определенных контурах различными методами, определение линейных, нелинейных и угловых измерений непосредственно в модели;

  • построение совмещенных геолого-маркшейдерских разрезов в произвольном направлении;

  • ведение отчетной статистической документации и многое другое.

Модуль проектирования. Основное назначение модуля – проектирование конечных контуров отработки карьеров, проектирование системы отвалообразования горнодобывающих предприятий, конечных границ шахтных полей, а также проектирование наземных и подземных коммуникации, дорог, съездов и др. Этот модуль может быть использован организациями, ведущими проектно-изыскательские работы.

Модуль планирования включает в себя блок задач, связанных с планированием горных работ для предприятий с разными способами добычи (открытым, подземным) и для различных интервалов (год, квартал, месяц, сутки, смена).

На основе существующей актуальной цифровой модели местности (ЦММ) при использовании модуля планирования может быть решен ряд задач оптимизационного характера:

  • многовариантное планирование (с оптимизацией мест заложения выемочных блоков);

  • планирование вывоза однородной и неоднородной горной массы на перегрузки и отвалы (с оптимизацией вариантов транспортирования);

  • оперативное планирование горных работ (с возможностью оперативной корректировки при изменении влияющих факторов);

  • оптимизация мест заложения автомобильных и ж/д съездов и др.

Модуль также включает полный комплекс задач планирования буровзрывных работ (начиная от создания проектов бурения и заканчивая расчетом экономических показателей бурения и взрывания по предприятию). Кроме того, модуль обеспечивает решение таких проблем, как выбор площадки под заложение бурового блока, построение рядов скважин (с учетом вмещающих пород, типов взрывчатки, использования различных схем взрывания и сеток), расчет замедлений, расчет схем коммутации, ведение карт буримости пород и т. д.

Использование модулей геолого-маркшейдерского обеспечения и планирования в составе ГИС K-MINE позволило в условиях карьера Ингулецкого ГОКа:

  • снизить среднюю дальность транспортирования пород на 2-3%;

  • уменьшить затраты, связанные с транспортированием пород на 3-4%;

  • повысить точность и оперативность подсчета вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов полезного ископаемого;

  • повысить оперативность обмена информацией между отделами рудника (рудников) и внешними структурными единицами (цехами).

Построение генпланов предприятий. Перспективным направлением использования ГИС K-MINE является построение генпланов предприятий для управления геопромышленными территориями. Эти задачи необходимо решать при создании генеральных планов развития географических территорий (городского кадастра, кадастра землепользования, генпланов предприятий, промплощадок, инженерных сооружений и др.) и для обеспечения упрощенного графического построения планов использования территорий и земельных участков.

Для этих целей в ГИС включены многоуровневая библиотека (классификатор) объектов инфраструктуры, функции автоматического формирования по топографическому плану легенд и экспликаций, функции размещения на топографическом плане промышленных территорий различных типов.

Модуль может использоваться для получения точных, достоверных и актуальных сведений (в цифровой, графической и иных формах) о рельефе местности, существующих зданиях и сооружениях (наземных, подземных и надземных) и других элементах планировки. Эти данные необходимы для обеспечения рационального хозяйственного использования территории предприятия и ее эффективной эксплуатации. обоснования предпроектной документации, проектирования и строительства новых объектов (а также расширения, реконструкции и технического перевооружения уже действующих), формирования систем учета технической инвентаризации объектов недвижимости.

В модуле реализованы следующие функции:

  • сбор, анализ и компьютерная обработка (оцифровка) существующих планово-картографических материалов;

  • обследование территории (рекогносцировка);

  • создание планово-высотного опорного и съемочного геодезического обоснования в виде сети закрепленных геодезических знаков (реперов);

  • инженерно-топографическая съемка местности произвольного масштаба и высотой сечения рельефа;

  • геодезическая съемка коммуникаций:

  • автоматизированная обработка полученных результатов;

  • формирование ЦММ, представляющей собой цифровую геологическую модель для автоматизированного ведения генплана предприятия;

  • составление топографических планов, сводных план-схем инженерных сетей и сооружений, тематических карт и атласов;

  • составление технического отчета и др.

Автоматизация топографической съемки. Крупномасштабная топографическая съемка территорий площадных и линейных объектов производится инструментально. с использованием современных электронных тахеометров, спутникового GPS-оборудования, лазерных рулеток и полевых компьютеров.

Исходный планово-картографический материал, данные аэрофотосъемки, результаты инженерных изысканий оцифровываются и используются для камерального трассирования линейных объектов в автоматизированном режиме.

Для планово-высотной геодезической привязки и создания опорного обоснования по трассе используется GPS-оборудование. Это позволяет отказаться от применения традиционных геодезических построений (теодолитных и нивелирных ходов) и производить разбивку и полевое трассирование с высокой точностью в реальном времени, что на порядок повышает производительность и качество работ.

Наблюдения за деформациями земной поверхности. В процессе строительства и эксплуатации объектов повышенной ответственности возникает необходимость в проведении наблюдений за их деформациями (осадками, сдвигами, кренами) для своевременного выявления и предупреждения развития негативных природно-техногенных процессов.

Геодезические измерения осадок оснований зданий, сооружений и коммуникаций (например, промышленных трубо- и газопроводов, канализации и т. п.), отвалов, открытых складов полезных ископаемых могут выполняться с использованием обычных цифровых нивелиров и других стандартных приборов и затем автоматизировано обрабатываться в системе. На основе полученных результатов в дальнейшем могут строиться модели развития деформаций и вырабатываться рекомендации по проведению мероприятий, предупреждающих негативные последствия критических деформаций.

ГИС K-MINE имеет средства экспорта форматов данных различных цифровых тахеометров (Leika, Trimble, Sokkia).




ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Хотелось бы еще раз отметить, что ГИС K-MINE графическая система нового поколения. Ключевые технологии и решения, которые в ней уже существуют позволяют решать задачи:

  • подсчета запасов полезных ископаемых, водных, земельных, лесных и других ресурсов;

  • рационального использования недр;

  • экологического, медико-экологического и социально-гигиенического мониторинга (отслеживание загрязненных территорий, построение про­гнозов, расчет ущерба);

  • разработки муниципальных ГИС (транспортные развязки, схемы коммуникаций, реестры муниципальной собственности с возможностью стоимостной оценки);

  • мониторинга подземных вод;

  • оптимального ведения горных, строительных, сельскохозяйственных и других видов работ.

Важной особенностью ГИС K-MINE является ее самодостаточность: нет необходимости приобретения дополнительных дорогостоящих графических продуктов типа AutoCAD, CADdy, MapInfo и т.д. Система является гибкой и может быть быстро перенастроена для решения задач различных отраслей.
Литература:

  1. Автоматизация горных работ c ГИС K-MINE. – Режим доступа : URL : http://kai.com.ua. – Название с экрана.