Геоинформационная система «K-MINE»: новые подходы к решению технологических задач

Геоинформационные системы (ГИС) на сегодняшний день являются сравнительно «молодой», но достаточно перспективной технологией. С ее помощью, используя современное аппаратное и программное обеспечение, можно решить обширный круг задач, которые еще 5-10 лет назад казались практически неразрешимыми. Например: формирование геологических моделей залежей полезных ископаемых, трехмерных поверхностей карьеров, шахт, отвалов, инженерных сооружений, экологического мониторинга и т. д.

Предприятием «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» накоплен многолетний опыт создания и внедрения собственной ГИС. Ее основное преимущество в том, что она содержит большой комплекс программных модулей, позволяющих решать полный комплекс задач: начиная от подготовки данных для создания цифровых моделей и заканчивая решением технологических и оптимизационных задач с получением отчетной документации. При этом все программные модули работают под единой управляющей оболочкой, имеют типизированный пользовательский интерфейс, что делает систему довольно простой в освоении большинством пользователей.

Как и большинство подобных систем, ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» имеет модульную структуру. Использование модулей в качестве составных элементов системы делает ее гибкой в использовании и позволяет настраивать ГИС буквально под любые запросы конечных пользователей.

Немаловажным фактором, делающим систему удобной для использования в «наших» условиях, является ее адаптированность к существующему законодательству, отечественным ДСТУ, ТУ и т. д. (например, ДСТУ ISO 9004-1-95, ДСТУ ISO 9004-2-96, ДСТУ ISO 14001-97). При разработке элементов системы разработчики руководствуются положениями, методиками и документами, утвержденными Комитетом Держнаглядохоронпраці Украины.

Области применения системы

  • при ведении горных работ открытым способом;
  • при ведении горных работ 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 и др.

В базовом варианте ГИС содержит в себе графическое ядро, модули введения начальной информации и векторизации растра, редактора объектов, программную оболочку загрузки модулей модуль графического моделирования имодуль печати. Основой ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИHВЕСТ» является графическое ядро, которое работает с использованием rpaфических библиотек OpenGL и DirectX. Основными функциями графического ядра являются низкоуровневые операции по поддержанию целостности использования данных, взаимодействие данных с памятью и графической подсистемой компьютера, визуализация данных, разграничение полномочий доступа к данным, что обеспечивает высокое быстродействие и надежность системы в целом. Использование графических библиотек OpenGL и DirectX обеспечивает возможность многоплатформенного использования системы, например, под управлением oпepaционных систем Windows и Linux.

Модуль введения начальной информации и векторизации растровых изображений

На любом предприятии, где идет постоянная работа с географическими картами чертежами, схемами и др. рода графическими источниками при переходе на компьютерную технологию неизбежно вoзникает проблема ввода первичной информации. Самым простейшим и распространенным способом решения данной проблемы является сканирование первоисточников (например, карт) с использованием сканеров различных типов (чаще всего обычных — планшетных). В результате сканирования на выходе получается растровое изображение, представляющее собой множество точек (пикселов) разного цвета и яркости. Однако для осуществления графического моделирования в целях технологии растровое изображение малопригодно.

Для этого растровое изображение необходимо перевести в векторный формат, позволяющий получать практическилюбые преобразования изображения без потери качества. Данное преобразование осуществляется с помощью модулявведения начальной информации и векторизации растровых изображений ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИHВЕСТ».

Модуль 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). Модуль позволяет работать с растрами размером до 2 Gb. Одной из основных особенностей работы модуля векторизации является поддержка реальных координат модели в произвольной системе координат уже на этапе подготовки растра, что 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 растра, а также погрешности сканирования. Наличие специальных фильтров позволяет сгладить неравномерность окраски растрового изображения и 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 поддержания объектов. Структура объектной модели ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» построена таким образом, чтобы обеспечить максимальную гибкость при создании или модификации объектов с уникальным набором свойств и методов. При создании объектной модели ГИС используется принцип объектно-ориентированного подхода. То есть всем объектам, составляющим модель, присущи такие механизмы как наследование, инкапсуляция и полиморфизм. Таким образом, пользователь, используя базовую библиотеку классов, может практически без ограничений создавать свои библиотеки объектов с уникальными свойствами. Для реализации приведенных функций в ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» разработан многофункциональный редактор классов (объектов).

Менеджер модулей

Для обеспечения взаимодействия графического ядра с модулями и модулей между собой в ГИС разработана программная оболочка загрузки модулей или так называемый менеджер модулей. Основные особенности менеджера, кроме вышеперечисленных функций, обеспечение отображения данных модели и графического представления объектов с помощью графического интерфейса, динамическое создание меню и панелей инструментов, обеспечение взаимодействия интерфейсных объектов с ядром и модулями. Кроме того, в оболочку встроены средства организации операций экспорта-импорта в другие распространенные форматы ГИС (AutoCAD, 3D Studio, Маplnfo и др.).

Модуль графического моделирования

Любая модель ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» имеет многослойную иерархическую структуру. Модуль графического моделирования предназначен для обеспечения логической целостности данных модели, а также 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, их точное редактирование, построение; 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); всевозможныепреобразования векторных объектов и многое другое.

Модуль предназначен для подготовки отчетных графических материалов в любом масштабе для вывода на широкоформатные печатающие устройства (плоттеры, широкоформатные принтеры формата А1-А0). При формировании документов, перед отправкой на печать модуль печати включает в себя подсистему предпечатной подготовки документов -дизайнер отчетов, который помимо стандартизированных форм, позволяет пользователю самостоятельно создавать внешний облик отчетных документов. Как уже указывалось выше, одной из наиболее существенных концептуальных особенностей ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» является возможность подключения технологических модулей, позволяющих превратить систему в мощный инструментарий для решения широкого круга задач. К таким модулям можно отнести:

  • модуль геолого-маркшейдерского обеспечения работ;
  • модуль проектирования картеров, отвалов, шахтных полей, дорог, съездов, коммуникаций, сооружений и др.;
  • модуль планирования горных работ (открытым и подземным способом);
  • модуль построения генпланов предприятий для управления геопромышленными территориями;
  • модуль автоматизации топографических съемок;
  • наблюдения за деформациями земной поверхности, зданий, сооружений, коммуникаций.

Модуль геолого-маркшейдерского обеспечения

Как известно, работа маркшейдеров и геологов наиболее тесно связана с геометрическими построениями и работой сграфическим материалом. Основой для функционирования модуля является цифровая модель поверхности (карьер, шахтное поле, топоповерхность) и цифровая модель месторождения (залежи). Процесс создания и сопровождения цифровой модели достаточно трудоемкая задача. Поэтому модуль содержит комплекс задач, позволяющих предельно упростить работу маркшейдеров и геологов. Основными функциональными особенностями модуля являются: 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, проектирование наземных и под-земных коммуникаций, дорог, съездов и др. Модуль может использоваться организациями, ведущими проектно-изыскательские работы.

Модуль планирования

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

На основе существующей актуальной ЦММ при использовании модуля планирования может решаться ряд задач оптимизационного характера: многовариантное планирование с оптимизацией мест заложения выемочных блоков; планирование вывоза однородной и неоднородной горной массы на перегрузки и отвалы, оптимизация вариантов транспортирования пород; 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 набурения и заканчивая расчетом экономических показателей бурения и взрывания по предприятию). В состав модуля входят такие задачи: выбор площадки под заложение бурового блока, построение рядов скважин с учетом вмещающих пород, типов взрывчатки, с использованием различных схем взрывания и сеток, расчет замедлений, расчет схем коммутации, ведение карт бури мости пород и т. д. использование модулей геологомаркшейдерского обеспечения и планирования в составе ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» в условиях карьера Ингулецкого ГОКа позволило:- 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 информации между отделами рудника (рудников) и внешних структурных единиц (цехов).

Модуль построения генпланов предприятия

Другим, не менее перспективным направлением использования ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» является построение генпланов предприятий для управления геопромышленными территориями.

Это необходимо для создания генеральных планов развития географических территорий (например, городского кадастра, кадастра землепользования, генпланов предприятий, промплощадок, инженерных сооружений и др.) и обеспечивает упрощенное графическое построение планов использования территорий и земельных участков. Для этого ГИС включает в себя многоуровневую библиотеку (классификатор) объектов инфраструктуры, функции автоматического формирования по топографическому плану легенд и экспликаций, имеет удобные функции размещения на топографическом плане промышленных территорий различных типов.

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

В состав модуля входят такие 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 цифровой модели местности (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.;

Модуль автоматизации топографической съемки местности

Крупномасштабная топографическая съемка территорий площадных и линейных объектов производится инструментально с использованием современных электронных тахеометров, спутникового ОРЭ-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.

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

Наблюдение за деформациями земной поверхности зданий, сооружений и коммуникаций

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

Геодезические измерения осадок оснований зданий, сооружений и коммуникаций (например, промышленных трубо- игазопроводов, канализаций 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 специалистами в дальнейшем могут строиться модели развития деформаций и вырабатываются рекомендации по проведению соответствующих мероприятий, предупреждающих негативныепоследствия критических деформаций.

ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» имеет средства экспорта форматов данных цифровых тахеометров Leika, Trimle, Sokkia и др.

Дальнейшие перспективы развития ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ»

В заключение хотелось бы отметить, что мы далеко не случайно в начале статьи сказали о том, что ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» является графической системой нового поколения. Это обусловлено, в первую очередь,тем, что ключевые технологии и решения, которые уже сегодня существуют в системе, в самой ближайшей перспективе позволят дополнительно решать следующий круг задач: 1. Подсчет запасов полезных ископаемых, водных, земельных, лесных и др. рода ресурсов. 2. Решение задач рационального использования недр. 3. Экологический, медико-экологический и социально-гигиенический мониторинг: отслеживание загрязненных территорий, построение прогнозов, расчет ущерба и т. д. 4. Разработка муниципальных ГИС для городских властей (транспортные развязки, схемы коммуникаций, реестры муниципальной собственности с возможностью стоимостной оценки и др.). 5. Мониторинг подземных вод. 6. Оптимальное ведение горных, строительных, сельскохозяйственных и др. видов работ.

Важными преимуществами ГИС «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» являются конкурентоспособная цена и самодостаточность. Последнее заключается в отсутствии необходимости дополнительного приобретения дорогостоящих графических продуктов типа: AutoCAD, CADdy, Maplnfo и т. п. Система является гибкой и может быть быстро перенастроена для решения задач различных отраслей.

В. М. Назаренко, д. т. н., профессор,

академик Международной Академии компьютерных наук и систем

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>