Назад

Проф. Журавков М.А., доц. Видякин В.В.,
с.н.с. Коновалов О.Л., с.н.с. Клевченя А.В,
вед. прог. Славашевич С.И. Белгосуниверситет,
механико-математический факультет, пр. Ф. Скорины,
4, Минск, Беларусь, 220050
телефакс (+375) (0) 17 2265946,
zhurav@nimf.bsu.unibel.by

Система регионального геомеханического мониторинга

Систему регионального геомеханического мониторинга (СРГМ) определим как автоматизированную компьютерную информационно-измерительную и аналитическую систему режимного (непрерывного, периодического, заданного) контроля, диагностики и прогноза общего геомеханического и связанного с ним горно-экологического состояния подземного и поверхностного пространства экосистемы в регионе ведения крупномасштабных подземных горных работ.

Целью организации СРГМ является повышение степени устойчивости (в широком смысле этого понятия) состояния экосистемы в регионе, что включает в себя повышение уровня безопасности при эксплуатации размещенных в зоне влияния горных работ общих инженерных и производственных объектов, предотвращение нарушений и разрушений жилых и подсобных строений, предотвращение нарушений баланса в природной среде и т.д.).

В качестве объектов слежения рассматриваются подземные сооружения, шахты, дамбы, приповерхностные и наземные хранилища, коммуникации и пути сообщения, одиночные и масштабные поверхностные строения производственного и непроизводственного назначения, инженерные системы в целом (рудник и т.п.), а так же естественные и искусственные природные объекты.

Основными крупными направления использования СРГМ являются:

1. Разработка хорошо развитой информационно-поисковой аналитической автоматизированной системы;

2. Своевременное обнаружение критических ситуаций, развитие которых может привести к катастрофическим последствиям ведения горных работ;

3. Поиск и обоснование оптимальной стратегии управления геомеханическим состоянием в регионе ведения горных работ с учетом научно-технических, экономических, экологических и социальных факторов.

Выходными данными СРГМ являются упорядоченные сведения о состоянии толщи породного массива и поверхностных областей; прогноз (долговременный и текущий) развития геомеханических процессов в рассматриваемом регионе; рекомендации по необходимости применения природоохранных мероприятий и предлагаемый их перечень, рассчитанный с точки зрения технической и экономической эффективности их использования и т.п.

В число важных задач СРГМ входят задачи моделирования геомеханических процессов в породном массиве и приповерхностных и поверхностных областях, изучение и оценка свойств и состояния горных пород и массивов, создание с истемы геомеханических баз данных и баз знаний. Важной представляется задача аккумуляции и систематизации имеющегося интеллектуального опыта в области геомеханического обеспечения г орных работ. Для этого наиболее приемлемым может стать создание экспертной системы.

Общие структурные решения и функциональное обеспечение Баз Данных и Знаний СРГМ

В общем построении интегрированную Базу Данных и Знаний СРГМ можно представить как состоящую из трех относительно независимых систем. Первая из них - "Математическая модель региона (местности) и месторождения", в которую входят все данные планово-высотных съемок местности, геодезические и маркшейдерские данные поверхностных и подземных областей в районе отвода горных работ и к им прилегающих, а так же подробное описание этих данных. На основе этих данных решаются задачи построения электронных карт местности и месторождения и триангуляции. Решение первой задачи позволяет вести базы данных на основе ГИС- технологий, а второй - электронной визуализации рельефа, п остроение рельефных сечений, измерение рельефных расстояний и площадей, оценки рельефных антропогенных изменений и т.д.

Вторая база - " Геоморфологическое строение региона ведения горных работ". На ее основе может проводится оценка геоэкологического состояния региона.

Третья база - "Антропогенная нагрузка". На ее основе проводится оценка геохимическоего состояния региона.

Информационное ядро СРГМ. Геоинформационные системы

Первым этапом создания эффективной региональной системы геомеханического мониторинга является разработка информационной системы или геоинформационной системы, следуя терминологии, принятой в современной научно-технической литературе. Следует однако подчеркнуть, что разрабатываемая информационная система не является в полной мере ГИС-системой в том понимании, которое вкладывается в нее в литературе. Наша ГИС - понятие более широкое. Если использовать абревиатуру ГИС, то это геоинформационная система, где приставка "гео-" - производная от понятия "земля вообще", а не только "географический".

Среди основных типов задач, решаемых ГИС можно выделить следующие:

• Исследование (изучение) взаимосвязей и взаимодействий различных компонентов экосистемы региона.

• Изучение изменений, эволюции исследуемых объектов экосистемы.

• Географическое моделирование (разработка математических моделей развития исследуемого явления).

• Прогнозирование развития определенных процессов и явлений на основе имеющейся модели и т. д. Картографическая подсистема СРГМ. Цифровые карты

Один из базовых элементов ГИС системы - картографическая подсистема, представляющая собой организованный по определенным принципам и правилам набор карт и соответствующих им данных --совокупность цифровых векторных карт (ЦК). В свою очередь главным принципом построения создания ЦК является принцип многослойной структуры (для одной и той же территории или иерархии территорий), позволяющий выполнять для ЦК операции сквозного поиска, наложения с созданием производных цифровых карт и сохранением связи идентификаторов объектов исходных и производных карт и др.

Под опорными картографическими материалами понимаются карты, которые лежат в основе ГИС и которые представляют собой базис для всей другой картографической информации (например, топографические карты местности, планы промплощадки и т.п.). Выбор масштаба опорных материалов определяется задачами ГИС и имеющимися средствами на ее создание. Очевидно, что чем крупнее масштаб, тем более детальная информация может быть увязана воедино и большее ее к оличество попадает в распоряжение конечного пользователя. Чем мельче масштаб, тем меньше времени и средств требуется на создание ГИС, и тем быстрее она даст отдачу.

Цифровая карта в общем случае состоит из графической (точки, линии, полигоны) и атрибутивной (связанные с графическими объектами данные) составляющих.

В СРГМ рассматриваются ЦК, используемые в топологических векторных ГИС (для таких ГИС теоретической и практической основой являются векторные топологические модели). Данное обстоятельство определяется тем, что для реального решения многообразных задач, связанных с анализом и обработкой пространственных картографических данных, нужны не просто "электронные карты" (карты, которые можно только рассматривать на экране дисплея, масштабировать, выводить твердые копии, осуществлять простейшие. запросы (как для САПР систем)), а качественно новый уровень организации данных - графические Базы Данных с атрибутивной информацией и с топологическими отношениями между объектами.

Графическая информация (графические Базы Данных), образующая в совокупности интегрированную картографическую информацию СРГМ, компонуется в крупные структурные карты (состоящие в свою очередь из нескольких слоев), среди которых можно выделить следующие:

• Карта зон опасных деформационных процессов на земной поверхности в регионе ведения горных работ;

• Карта состояния и стока поверхностных и подземных вод;

• Карта породных массивов и грунтов;

• Геологическая карта;

• < font face=Arial,Helvetica size=2>Схема дешифрирования космоснимков;

• < font face=Arial,Helvetica size=2>Карта литологических особенностей соляных пород;

• < p align=left>Карта потенциально опасных природных процессов, связанных с литологическими особенностями пород;

• Карта особенностей тектонического строения;

• Карта линеаментов, подтверждаемых геофизическими методами;

• Карта источников техногенного воздействия в регионе ведения горных работ;

• Карта рельефа и динамика его изменения;

• Карта почв и динамика его изменения;

• Карта влияния разработки калийного месторождения на геологическую среду региона. Архитектура интегрированной системы

Архитектура ГИС СРГМ представляет собой многопользовательскую систему с процедурами трехзвенной клиент-серверной обработки данных на основе SQL-сервера. В качестве Г ИС "верхнего уровня" используется программный комплекс ARC/Info & ARC/View. ГИС "нижнего уровня" представлена комплексом MAPMAN. Прикладные системы и комплексы

В настоящее время на базе предложенных технологий разработана и внедрена СРГМ для месторождения калийных солей Беларусии, включающая в себя:

• информационную интегрированную цифровую модель месторождения;

• подсистему построения и исследования горно-геологический модели месторождения и решения прикладных задач;

• подсистему решения маркшейдерских и геодезических задач;

• подсистему моделирования гидрогеологического состояния региона;

• подсистему расчета основных характеристик и моделирования деформационных процессов земной поверхности в условиях подработки.