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.



Ядро системы



Маркшейдерский модуль Mark



Геологический модуль DrillProj



СУБД NetBase (редактор БД, электронные таблицы)



Векторный картографический редактор MapProj



Растровый редактор Elastic



Программный компонент для решения геологических задач



Программный компонент для решения маркшейдерских задач

Рис. 1. Блок-схема ГИС геолого-маркшейдерского обеспечения горных  работ на карьерах



Программные компоненты функциональных модулей



Выполнение запроса к БД



Результат

запроса



Результат

обработки данных



Выходная информация (картографическая, табличная, текстовая)



Исходная числовая

 и текстовая информация



Исходная графическая информация



Технология ввода, импорта аналитической информации



Технология ввода, импорта графической информации



Векторный картографический редактор



СУБД



Ядро



Растровый 
редактор

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 легенды для карт;

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.