Статья: 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 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.