Автоматизация геолого-маркшейдерских работ на карьерах железорудной промышленности
Автоматизация
геолого-маркшейдерских работ на карьерах железорудной промышленности
Дунаев В.А., д.г.-м.н., Серый С.С., к.т.н., Герасимов
А.В., ФГУП ВИОГЕМ, Белгород, Россия
Охарактеризованы
структура, функциональные возможности и практические результаты внедрения на
карьерах Ковдорского и Лебединского ГОКов разработанной авторами
геоинформационной системы геолого-маркшейдерского обеспечения открытых горных
работ.
В
современных условиях рыночной экономики научно-технический прогресс в
горнодобывающей промышленности во многом связан с автоматизацией
геолого-маркшейдерского информационного обеспечения горных работ на всех
стадиях промышленного освоения месторождений полезных ископаемых. Активное
использование компьютерных технологий в практике геолого-маркшейдерских служб
отечественных горных предприятий началось в 90-х годах. Однако зачастую оно
сводилось либо к использованию отдельных программ для решения частных задач,
либо к попыткам применения импортных горно-геологических программных пакетов
(Datamine, TechBase и др.).
Опыт
работы с такими пакетами показал, что они, дорогие сами по себе, требуют
больших средств для их сопровождения и развития в процессе эксплуатации,
нерусифицированны, слишком сложные, не учитывают специфики отечественного
горнорудного производства и рассчитаны на высокий уровень компьютерной
подготовки технических специалистов. Эти обстоятельства существенно осложняют компьютеризацию
геолого-маркшейдерских работ на базе импортных программных продуктов.
В
1992-2002 годах ФГУП ВИОГЕМ и фирма "Зонд" разработали и внедрили на
базовых предприятиях железорудной отрасли (Ковдорском и Лебединском ГОКах)
многофункциональную геоинформационную систему (ГИС) в виде интегрированного
программного пакета и связанного в локальную вычислительную сеть
технологического комплекса АРМов, способную решать в автоматическом или
диалоговом режимах весь спектр задач по информационному геолого-маркшейдерскому
обеспечению горных работ в карьере. Функционально эта ГИС не уступает
зарубежным аналогам, а по стоимости на порядок дешевле их. С условием той или
иной адаптации она может с успехом применяться на любых предприятиях с открытой
добычей полезного ископаемого. В создании системы, кроме авторов данной статьи
участвовали О.В. Олейник, Ю.А. Волобуев, В.И. Мозговой и В.М. Никулин.
Разработанная
геоинформационная система представляет собой совокупность двух функциональных
модулей, каждый из которых включает одинаковое для всех программное ядро, и
дополнительный программный компонент, характерный для конкретного модуля (рис.
1). Программный компонент – набор специальных программ, создающих интерфейс
ядра с пользователем и реализующих алгоритмы решения определенных задач.
Программные компоненты выполняют запрос к программному ядру, обрабатывают
полученную информацию (решают задачи), осуществляют взаимодействие между
функциональными модулями на уровне обмена данными.
Рис. 1. Блок-схема ГИС геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ на
карьерах
Программное ядро системы обеспечивает единый формат данных их
пространственно-координатную привязку, стандарт интерфейсов пользователя,
сохранение и отображение картографической, цифровой и текстовой информации, в
том числе как результат решения задачи в программном компоненте функционального
модуля (рис. 2). Программное ядро может играть роль и самостоятельного
функционального модуля, предназначенного для хранения, стандартной обработки и
просмотра информации.
Рис.
3.2. Функциональная схема работы ГИС геолого-маркшейдерского
обеспечения
горных работ на карьерах
Программное
ядро системы включает в себя три модуля: СУБД NetBase, растровый редактор
Elastic и векторный картографический редактор MapProj.
СУБД
NetBase (NB Proj.exe) включает в свой состав редактор БД и электронные таблицы
NetCalc.
Редактор
БД предназначен для хранения и обработки алфавитно-цифровой информации.
Структуры хранения данных – сетевая, иерархическая и реляционная. Они
реализованы в виде таблиц данных с системой адресных ссылок. Редактор БД
обладает стандартным набором функций по вводу и редактированию данных. Помимо
хранения данных стандартных типов (число, строка, дата), существует целый набор
мемо-полей для хранения данных произвольного формата: тексты, картинки,
аудио-видео записи. Для обеспечения совместимости с другими системами
управления данными существует экспорт-импорт в известные форматы хранения
данных DBF и DB.
Интерактивный
генератор запросов к БД позволяет создавать сложные запросы по основным и
дополнительным БД (с учетом связей), задавать параметры выборки для запросов,
выполнять их и просматривать результаты выборки. Структуры запросов хранятся на
диске в виде программного кода на языке NetScript, обеспечивая возможность их
многократного использования. Результаты запроса могут сохраняться в БД и
востребоваться в дальнейшей работе.
Встроенный
язык программирования NetScript предназначен для алгоритмической обработки
данных. Он является внутренним псевдокомпилятором с генерацией исполняемого
кода. Имеет стандартный набор операторов, подобный набору операторов языка
программирования Pascal, набор функций для доступа к БД NetBase и расширяемый с
помощью библиотек динамической компоновки набор специализированных функций.
Программы на языке NetScript представляют собой последовательность операторов.
В выражениях могут использоваться константы и переменные числового,
логического, строкового типов, а также массивов и записей.
Электронная
таблица NetCalc служит для создания и ведения всех форм отчетности на
предприятии. Содержит стандартный набор функций для выполнения операций по
суммированию, определению максимального, минимального и среднего значения
выделенных ячеек. Также может использовать набор функций и операторов
NetScript. Результаты вычисления всех этих функций могут быть записаны в любую
ячейку электронной таблицы. Связь таблицы с БД позволяет производить различный
статистический анализ по любой информации с визуализацией результатов в виде
различных типов графиков и диаграмм, а также применять все вышеизложенные
операции к полям БД. Для обеспечения совместимости поддерживается
экспорт-импорт известного формата данных Excel (xls).
Растровый
редактор Elastic предназначен для обработки растровых изображений, полученных
сканированием. Восстанавливает пропорции картинки, удаляя искажения, выполняет
фильтрацию и склеивание отдельных фрагментов неограниченного размера.
Разработанный уникальный формат хранения растровых изображений позволяет эффективно
использовать дисковое пространство и оперативную память, обеспечивая высокую
скорость прорисовки и масштабирования. Обработанные при помощи растрового
редактора изображения в дальнейшем используются для оцифровывания в векторном
редакторе. Содержит средства печати растровых изображений на любой
принтер/плоттер.
Векторный
картографический редактор MapProj предназначен для составления, анализа и
печати геологической и горно-эксплуатационной графики. Функции редактора:
интерактивный
и полуавтоматический ввод картографической информации по растровому
изображению;
создание
и интерактивное редактирование электронных таблиц в карте;
создание
и редактирование параметрических БД для картографических объектов;
выполнение
пространственных запросов и обработка их результатов;
оформление
любой отчетной табличной документации с фрагментами картографической
информации;
просмотр
и редактирование картографической информации в режиме 3D;
вывод
картографической информации на любой принтер/плоттер с автоматизированной
разбивкой на страницы;
экспорт-
импорт данных.
Картографическая
информация вводится в персональный компьютер в виде изображений, полученных при
помощи сканера, либо импортируется из других форматов данных. MapProj обладает
всеми функциями векторного графического редактора – передвигать, копировать,
добавлять, удалять или менять очертание точечных и линейных объектов, надписей
на карте, что дает возможность пользователю самому создавать картографические
документы. Карты могут создаваться в виде поверхностей топографического типа,
горизонтальных и вертикальных сечений геологических объектов. Режим 3D
позволяет представлять картографический материал в трехмерном виде, создавать
объемные тела, редактировать высотную отметку Z. Карты в MapProj имеют
линейно-узловую топологию, что значительно упрощает их ввод и повышает точность
оконтуривания площадных объектов.
Вся
введенная информация сохраняется в базе данных картографической информации
(БДКИ). Структура БДКИ позволяет хранить одновременно несколько карт с
неограниченным количеством картографических слоев и базами данных
параметрической информации.
Использование
внутреннего языка программирования дает возможность пользователю создавать свои
собственные приложения, без изменения исходного кода программы. В тексте
программы можно выполнять любые выборки по БД и сохранять результаты в БД,
оформлять их в виде таблицы. При оформлении отчетов существует возможность
фрагментарной вставки любого участка картографической информации в электронную
таблицу.
MapProj
содержит средства для локального масштабирования в графическом окне и
составления легенды карт. Карту, созданную на экране, можно сохранить в
качестве графического файла или распечатать на принтере (плоттере). Редактор
поддерживает импорт-экспорт данных форматов Mid/MiF, DXF, SHP, WMF, EMF и KDR.
Для
визуализации и печати используются соответствующие драйверы MS Windows, что
обеспечивает надежность и совместимость с широким набором периферийных
устройств.
Геологический
модуль DrillProj предназначен для формирования и ведения баз данных
геологоразведочной, геолого-эксплутационной информации (скважин, данных
опробования, геологических и подсчетных планов и разрезов, слоевых качественных
планов, карт и т.п.), моделирования месторождения, подсчета запасов методом
вертикальных сечений и пересчета запасов по горизонтальным слоям, оценки
пространственной изменчивости оруденения, построения геологических планов и
разрезов, планов в изолиниях содержания компонентов, регламентирующих качество
руд, подсчета запасов в эксплуатационных блоках, годового и оперативного
планирования добычи руд в карьере.
Маркшейдерский
модуль Mark предназначен для автоматизации процесса обработки маркшейдерских
журналов и данных стереофотограмметрической съемки карьера. С его помощью
осуществляется формирование и редактирование базы данных пунктов опорного и
съемочного обоснования, ввод данных маркшейдерской съемки из полевых журналов,
решение прямой и обратной засечки, обратной геодезической задачи, обработка
журналов тахеометрической съемки, расчет высотной отметки, расчет и уравнивание
тахеометрического и нивелирного ходов. Кроме того, маркшейдерский модуль
обеспечивает ведение погоризонтных маркшейдерских планов, сводного плана горных
работ, моделирование поверхности карьера по состоянию на любую дату
(триангуляцией по методу Делоне).
В
дальнейшем планируется развитие разработанной ГИС в следующих направлениях –
создание модуля горно-экономической модели месторождений и компьютерных
технологий ценового структурирования балансовых запасов с учетом
эксплуатационных кондиций, а также модуля проектирования и долгосрочного
планирования горных работ на карьерах.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://geomix.ru/