Использование инструментария информационных систем при изучении опасных геологических процессов

УДК 004: [910+528]

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАРИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

л

В.А. Политаева1

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проведена оценка инструментария информационных систем при изучении опасных геологических процессов, в которой заключается совокупность геоинформационных систем (ГИС) и технологий. Приведены доводы в пользу их использования в решении разнообразных задач в сфере инженерных изысканий: от проведения анализа, построения карт, моделей до решения типовых прикладных задач, разработки специализированных ГИС -приложений. Рассмотрены активация и мониторинг опасных геологических процессов. Ил. 3. Библиогр. 11 назв.

Ключевые слова: геоинформационные системы; ОГП; геологические карты; инструментарий; цифровая картография.

USING INFORMATION SYSTEM TOOLS TO STUDY DANGEROUS GEOLOGICAL PROCESSES V.A. Politaeva

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The author performs an assessment of information system tools for the study of dangerous geological processes, which involves the constellation of geographic information systems (GIS) and technologies. The article provides arguments for their use in solving various problems in the field of engineering researches: from the analysis, mapping and modeling to solving typical applied problems and developing special GIS applications. Activation and monitoring of dangerous geological processes are scrutinized as well. 2 figures. 8 sources.

Key words: geographic information systems (GIS); dangerous geological processes; geological maps; tools; digital cartography.

Опасные геологические процессы (ОГП) - это геологические и инженерно-геологические процессы и гидрометеорологические явления, которые оказывают или потенциально могут оказать отрицательное воздействие на состояние инженерных сооружений и прочих хозяйственных объектов, экосистем, а также на жизнедеятельность людей. Развитие ОГП на участке исследований может быть обусловлено как непосредственно влиянием строительства на вмещающий грунтовый массив (техногенная активизация ОГП), так и изменением тектонических, гидрогеологических и прочих характеристик массива под воздействием региональных природных факторов.

Активизация ОГП может оказать отрицательное воздействие на состояние инженерных сооружений, экосистем и привести к возникновению аварийных ситуаций, в том числе с непосредственной опасностью для жизнедеятельности людей. Поэтому для своевременного прогноза и предотвращения возникновения аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг ОГП в зоне влияния строительства и реконструкции, а также на участках их потенциального развития.

Основными задачами системы мониторинга ОГП являются:

/ оценка региональной активности и динамики развития отдельных проявлений ОГП в пределах исследуемой территории;

/ оценка воздействия ОГП на населённые пункты, хозяйственные объекты, состояние природных экосистем и условия жизнедеятельности людей;

/ изучение генетических факторов и составление прогноза развития ОГП;

/ анализ данных наблюдений и разработка рекомендаций по проведению мероприятий инженерной защиты территории, зданий и сооружений от ОГП.

Система мониторинга ОГП может включать в себя различные типы наблюдений - от примитивной визуальной фиксации развития проявлений ОГП до высокоточных инструментальных измерений параметров состояния грунтового массива, зданий и сооружений с использованием самого современного геотехнического и геодезического оборудования, систем спутниковой навигации и компьютерного моделирования.

На основании вышесказанного можно сделать вывод: комплексирование методов наблюдений позволяет получить более полную информационную картину развития ОГП и снизить влияние ошибок и погрешностей за счет сопоставления результатов разных типов измерений [1].

На сегодняшний день основной возможностью предотвратить хотя бы частичные разрушения является использование системы спутниковой навигации и компьютерного моделирования. Допустим, чтобы построить геологическую карту, нам нужно узнать бли-

1Политаева Валентина Александровна, аспирант, тел.: 89041528373, e-mail: 87Politaeva@mali.ru Politaeva Valentina, Postgraduate, tel.: 89041528373, e-mail: 87Politaeva@mali.ru

жайшие прогнозы ОГП. В крупных городах безаварийное строительство возможно только при наличии полной информации об инженерно-геологических условиях территории на всех стадиях строительного процесса. При активной реконструкции города и достаточной изученности территории необходима систематизация уже накопленных данных. Причем ценность геологической информации возрастает в том случае, если она увязана с планово-высотным расположением сооружений, фундаментов, подземных коммуникаций. При этом возникают два типа задач: связанные со сбором, организацией и хранением данных; анализа, интерпретации и построения цифровых моделей инженерно-геологических карт. Базовыми элементами информационного моделирования геологических карт являются: цифровая картографическая основа, первичные геологические данные, производные данные материалов предшественников.

Цифровая картографическая основа является несущей конструкцией моделирования. Она должна сохранять преемственность от масштаба к масштабу. Первичная геологическая информация обеспечивает возможность создания компонентов модели в полном объеме полевых наблюдений. При этом данные должны иметь надежную координатную привязку и структурироваться по единым законам и понятиям. Производные данные материалов предшественников — это результаты обработки и интерпретации первичных данных, представленные цифровыми моделями карт геологического содержания, формализованными описаниями их легенд и геологических объектов, результатами обработки геофизических, геохимических, гидрогеологических данных.

Компоненты геологической среды, применяемые для информационного моделирования, состоят из набора признаков в каждой точке. При инженерно-геологических изысканиях под строительство такими точками являются скважина, дудка, шурф, точки статического зондирования и геофизических наблюдений. По комплексу геолого-геофизических данных требуется оценить распределение числовых или номинальных свойств геологической среды и представить эти свойства в виде цифровых моделей геологического строения территории. Перевод этого процесса в автоматизированный режим возможен при условии четкого разграничения набора операций на те, которые будут автоматизированы, и другие, не подлежащие автоматизации по техническим причинам. Немаловажным аспектом для построения информационных моделей карт является использование цифровых моделей геологических карт предшественников, увязанных с современной картографической основой. Необходимая информация, «снятая» с таких карт, включается в обработку. Вопросы сбора, обработки и анализа данных по инженерным изысканиям уже несколько лет успешно решаются в ОАО «НижегородТИСИЗ» на базе программного комплекса «ГИС-инструментарий».

Инструментарий - это геоинформационные системы и технологии, служащие для решения разнообразных задач на местности от совмещения разнообразных данных до экономического анализа. Отличи-

тельной чертой ГИС является удобство использования пространственных данных. «Карта 2005» (КБ «ПАНОРАМА») создана банками цифровых данных фонда «Инженерные изыскания» (ГИС ГЕОТОП), который позволяет проводить анализ, интерпретацию и построение векторных, растровых и матричных карт геологического содержания, разрабатывать специализированные ГИС-приложения в среде Windows, решать типовые прикладные задачи. Структура базы данных предусматривает возможность ввода инженерно-геологической информации крупно-, средне- и мелкомасштабных работ. В зависимости от вида и масштаба построения геологической карты проводится генерализация исходных данных [1-5]. Можно еще добавить, что по своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные ГИС-пакеты широкого применения; полнофункциональные системы и ГИС уровня предприятия (корпоративные системы). Вот и наш пример относится к настольной системе. Для построения гео-лого-литологической карты масштаба 1:10 000 мощности каждой литологической разности грунта в точке наблюдения суммируются с учетом возраста и генезиса и записываются в отдельное поле базы данных. Система ввода в банк данных фонда «Инженерные изыскания» предусматривает импорт текущей геологической информации и ввод архивной информации с бумажных носителей. Текущая геологическая информация представляет собой результаты обработки первичных полевых геологических данных программными средствами. Структура данных текущей геологической информации ориентирована на структуру банка данных ГИС ГЕОТОП. Перевод топографической информации осуществляется с помощью конвертора. Для ввода информации с отчетов разработаны паспорта точек наблюдений. Архивная информация анализируется, приводится в соответствие с современными нормативными документами, проверяется координатная привязка (рис. 1).

Для районов развития ОГП, например карстовых проявлений, таких как провалы, воронки и т.д., предусматривается ввод дополнительной информации по зонам развития карстово-суффозионных процессов в скважинах (рис. 2).

Карты на бумажной основе сканируются на планшетных сканерах формата A3 (А0). Отсканированные карты трансформируются, затем выполняется их координатная привязка, а также векторизация в ГИС. Хранение данных осуществляется в базе, состоящей из нескольких взаимосвязанных таблиц в формате DB. Растры геологических карт, схем, разрезов хранятся в формате RSW, а пользовательские векторные карты -в формате SIT. С целью удобства использования пространственных данных в инструментарии информационных систем проводятся анализ, интерпретация, построение карт разного содержания и масштаба, получение достоверной информации по объектам с последующими их использованием, а также происходит изучение геологических разрезов, процессов и написания отчетов.

Рис. 1. Координатная привязка

Рис. 2. Параметры поверхностных проявлений карста

В настоящее время в тресте проходит апробацию методика построения геолого-литологической карты по данным фонда «Инженерные изыскания». Разработана инструкция для специалистов производственно-технического отдела, проводящих работы по систематизации и обработке архивных инженерно-геологи-

ческих материалов [6]. Создана информационная модель геолого-литологической карты одного из участков города, отражающая сведения об условиях залегания и составе грунтов, погребенных оврагах, горных выработках, топографической ситуации. Отработан принцип создания трехмерной матрицы грунтов, позволяющий оперировать геолого-топографическими данными для оценки инженерно-геологического строения территории и просматривать информацию по любому профилю, выработке (рис. 3).

На информационной модели карты-схемы кровли коренных отложений масштабом 1:5000 одного из участков города представлены сведения об абсолютных отметках залегания кровли пермских образований. При проектировании зданий и сооружений, реконструкции уже существующих объектов, а также аварийных ситуациях возможна оценка глубины и крутизны залегания кровли коренных грунтов под фундаментом промышленных и жилых объектов. В настоящее время дорабатывается методика построения карты районирования по карстовой опасности. Используя данные по скважинам, карстовым провалам, воронкам, условиям залегания отложений, уровням подземных вод, были выделены участки разной степени устойчивости к карстовым процессам. Разработка методики структурирования геолого-топографических

Рис. 3. Геолого-топографические данные

данных городской территории является основой для создания системы нормативных документов и отраслевых стандартов представления информации по то-пографо-геодезическим, инженерно-геологическим и другим видам инженерных изысканий в едином банке данных.

Формирование банка пространственных геолого-топографических данных, информационное моделирование геологической среды городских территорий позволит:

- повысить качество, снизить стоимость и сократить сроки инженерных изысканий;

- выбрать участки, наиболее благоприятные для строительства;

- осуществить проектирование защитных мероприятий от ОГП (карст, оползни, подтопление);

- определить оптимальный тип фундамента и снизить стоимость строительных работ;

- вести мониторинг геологической и топографических характеристик изученности территорий.

Благодаря геоинформационным системам и технологиям в процессе изучения опасных геологических явлений в конечном результате происходит получение полной информации по определенным объектам. Это обусловлено как развитием функциональных возможностей и применимости настольного инструментария, так и появлением новых типов программных обеспечений геологических систем.

Библиографический список

1. ГОСТ 22.1.02-97. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения

2. ГОСТ Р 22.1.06-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов.

3. СНиП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов.

4. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

5. ГОСТ 21.302-96. Условные графические обозначения в документации по инженерным изысканиям.

6. СП 11-105-97. Ч. I. Общие правила производства работ.

7. СП 11-105-97. Ч. II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

8. Инженерные изыскания, проектирование, строительство и

эксплуатация здания и сооружении на закарстованных территориях Нижегородской области (ТСН-22-308-98 НН), Нижний Новгород, 1999. С. 3-21.

9. МИ-2.10-18 Методологическая инструкция по качеству. Раздел 2.10. Управление процессами. Методические указания по составлению геолого-литологической карты масштаба 1:10 000 по архивным инженерно-геологическим материалам (с применением компьютерных технологий). ОАО «Ни-жегородТИСИЗ», 2007. 18 с.

10. Лапердин В.К., Тржцинский Ю.Б. Экзогенные геологические процессы и сели Восточных Саян. Новосибирск: Наука, 1977. 103 с.

11. Геопрофи. № 6. 2007. Статьи и комментарии [Электронный ресурс]. URL: http://www.gisinfo.ru/item/58.htm (дата обращения: 20.02.2012).

УДК 621.926/.927:622.371

ИЗУЧЕНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ АЛМАЗОВ ПРИ ДРОБЛЕНИИ РУДЫ ТРУБКИ «ЗАРНИЦА» В РОТОРНОЙ ДРОБИЛКЕ ДКД-300

А.В. Прокопенко1, Л.В. Савицкий2, Ю.М. Григорьев3, А.И. Матвеев4

1ОАО «Иргиредмет»,

664025, г. Иркутск, б. Гагарина, 38.

2Институт «Якутнипроалмаз» (АК «АЛРОСА», ОАО),

678170, г. Мирный, ул. Ленина, 39.

3Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова, 677018, г. Якутск, ул. Белинского, 58. 4Институт горного дела Севера СО РАН, 677018, г. Якутск, пр. Ленина, 43.

Изучена повреждаемость кристаллов алмазов в процессе дробления кимберлитов трубки «Зарница» крупностью -100 мм в роторной дробилке комбинированного действия ДКД-300, с использованием коллекции окрашенных алмазов-индикаторов класса -5+2 мм. Установлен сравнительно невысокий уровень повреждаемости алмазов непосредственно в процессе дробления, особенно по кристаллам, попадающим в дробилку в скрытом виде. Об-

1 Прокопенко Александр Васильевич, заведующий лабораторией, тел.: (3952) 330861, e-mail: prok@irkutsk.ru Prokopenko Alexander, Head of the Laboratory, tel.: (3952) 330861, e-mail: prok@irkutsk.ru

2Савицкий Леонид Валерьевич, кандидат технических наук, заведующий лабораторией, тел.: (41136) 91421, e-mail: SavitskiyVB@alrosa.ru

Savitsky Leonid, Candidate of technical sciences, Head of the Laboratory, tel.: (41136) 91421, e-mail: SavitskiyVB@alrosa.ru

3Григорьев Юрий Михайлович, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой теоретической физики, Физико-технический институт, тел.: 8(4112)49б8б2, e-mail: grigyum@ysu.ru

Grigoryev Yuri, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Department of Theoretical Physics, Physico-Technical Institute, tel.: 8 (4112) 496862, e-mail: grigyum@ysu.ru

"Матвеев Андрей Иннокентьевич, доктор технических наук, заведующий лабораторией, тел.: 8(4112)390055, e-mail: a.i.matveev@igds.ysn.ru

Matveev Andrei , Doctor of technical sciences, Head of the Laboratory, tel.: 8 (4112) 390055, e-mail: aimatveev@igds.ysn.ru