ГИС-подходы к решению технологических задач

Размещено на http://www.allbest.ru/

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). геоинформационный система графический модуль

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.

Размещено на Allbest.ru