Title: В настоящее время бурно развиваются технологии получения, обработки и анализа геопространственной информации (информации об объектах на Земной поверхности, в пространстве)
Author: Max
Last saved by: DGTU16
Company: Stealth

"Разработка геоинформационной системы формирования планов горных выработок угольных шахт"
 Скубченко М.Г., магистрант, Грищенков Н.Н.,  доц.,  к.т.н.
Донецкий Национальный Технический Университет
Кафедра геоинформатики и геодезии
E-mail: skubchenkom@ukr.net

Abstract
Skubchenko M.G. "Creation geoinformation system for formation plans of mountain manufactures of collieries". In the coal industry of Donbass very actually applications of GIS-tecnologies in designing and creation of the automated cartographical information systems for the decision of the broad audience of engineering and scientific problems of mountain manufacture. At creation of such systems by the important problem there is an opportunity of their actualization with updating of the information. Given GIS has the purpose to solve a problem of continuous actualization of the data and to raise speed of their processing and representation.

В данный момент  одной из главных задач маркшейдерской службы угольной промышленности Украины является разработка геоинформационных технологий создания электронной горной графической документации. Использование геоинформационных технологий позволит перейти на новый уровень решения геолого-маркшейдерских задач и управления процессами добычи угля. Министерство угольной промышленности Украины издало приказ № 621 от 27.12.99, в котором намечен ряд мер, направленных на решение этой задачи, и подготовило отраслевой документ "Концепция развития ГИС и программа поэтапного внедрения ее на предприятиях и в организациях" [1]. 
Гибкость и открытость ГИС-технологий позволяют создавать системы для поддержки принятия решений при: 
- экологическом мониторинге горнопромышленных регионов; 
- анализе и прогнозе освоения месторождений; 
- управлении горной компанией; 
- оценке геомеханических условий разработки месторождений; 
- геологическом моделировании и планировании горных работ, 
а также во многих других случаях решения сложных многофакторных проблем освоения месторождений полезных ископаемых.
Электронный план горных работ следует рассматривать как геоинформационную систему цифрового моделирования и графического отображения пластов, горных выработок, а также другой пространственно координированной горно-геологической и горнотехнической информации. В такой трактовке компьютерное графическое отображение горных работ становится одним из компонентов этой системы, но не ее конечным результатом. Другими основными компонентами системы являются базы геолого-маркшейдерских данных, связанные с объектами электронного плана, и программные средства, обеспечивающие решение различных маркшейдерских задач [1].
Создание геоинформационной системы предусматривает тщательную проработку структуры информационного обеспечения, вне зависимости от полноты вносимой информации и цели ее использования. На необходимость унификации структуры баз геолого-маркшейдерских данных указывает и вышеупомянутая "Концепция развития ГИС…", предусматривающая введение соответствующих отраслевых информационных стандартов.
Основными технологическими этапами создания электронных планов горных работ являются:
-	сбор цифровой информации и заполнение баз данных; 
-	создание векторного графического отображения плана горных работ; 
-	установление связи объектов векторного изображения с атрибутивными базами данных. 
Этап сбора цифровой информации и заполнение баз данных является одним из самых трудоемких. В зависимости от сложности конфигурации и протяженности сети горных выработок он может потребовать 1-3 чел.-мес [1]. На этом этапе анализируется исходная геолого-маркшейдерская документация  (информация по скважинам, технические паспорта бурения, журналы маркшейдерских съемок и замеров, каталоги координат пунктов подземной маркшейдерской сети и др.), извлекается необходимая цифровая информация и заносится в соответствующие базы данных. В процессе создания геоинформационной системы недопустимо минимизировать или пропустить этот этап, так как это неизбежно ведет к снижению точности графического изображения и ограничению количества решаемых в ней геолого-маркшейдерских задач.
Создание векторного графического изображения (векторизация) может осуществлятся как на основе цифровой информации, из баз данных созданных ранее, так и путем векторизации растровых изображений документов, полученных в результате их сканирования. В общем случае при создании геоинформационной системы можно использовать оба способа. Это удобно когда один источник информации дополняет другой, так например: объекты к которым предъявляется высокая точность могут быть получены из цифровых баз данных (лавы, целики, подготовительные и очистные выработки, стволы, скважины и др.), а менее точные (горизонтали, геологические нарушения и др.) путем векторизации исходного графического материала. 
Установление связи объектов векторного изображения с атрибутивными базами данных может быть осуществлено как на этапе построения векторного изображения, так и после него. Это зависит от выбранной графической платформы ГИС и функциональной полноты создаваемой системы. 
Платформа геоинформационной системы в значительной степени определяет возможности технологии создания электронных планов, а также концептуальные различия существующих реальных разработок. 
Наиболее точным способом векторизации является построение графического изображения плана горных работ непосредственно по цифровой информации из ранее созданных баз данных, т.е. по данным маркшейдерских съемок и замеров. В ряде случаев этот способ требует разработки специальных программных средств для графического отображения цифровых данных, однако именно он обеспечивает максимальную точность пространственного местоположения горных выработок и объектов на электронном плане. Поэтому данный способ целесообразно использовать при построении изображения наиболее важных действующих (актуальных) горных выработок и объектов.
 Перед построением векторных графических изображений необходимо создание баз геолого-маркшейдерских данных угольной шахты. Содержанием работ этапа является сбор и анализ цифровой информации в маркшейдерском отделе шахты и заполнение баз данных (БД). При этом формируются БД разведочных и эксплуатационных скважин, БД вскрывающих и подготовительных горных выработок, БД очистных горных выработок, БД геологических характеристик угольных пластов и др. Информация для заполнения баз данных берется непосредственно из данных маркшейдерских и геологических съемок и замеров. Вся информация баз данных подготавливается в DBF-формате.
Для второстепенных горных объектов, пространственное положение которых может быть определено с меньшей точностью, можно выполнить дигитализацию. Дигитализация производится по сканерным изображениям планов горных работ, выполненным на твердой основе (планы, планшеты, кальки). Для сканирования планов используются планшетные сканеры формата А4. Проведенные исследования этих сканеров показали, что погрешности сканирования (в отличие от сканеров больших форматов) не превышают точности графических построений. К тому же сравнительно невысокая стоимость таких сканеров делает их доступными для горных предприятий. 
Единое растровое изображение отсканированного графического плана горных работ может быть получено с использованием системы CAD Overlay. Хотя изображение всего плана при этом получается мозаичным, состоящим из отдельных фрагментов, взаимная связь всех сканерных кадров обеспечивается путем формирования для каждого из них специального файла координатной привязки (World file). Это поволяет осуществлять дигитализацию последовательно по отдельным фрагментам изображения, загружая в оперативную память компьютера только требуемые кадры.
 Создаваемые на основе существующих картографических материалов электронные карты несут в себе также ошибки, обусловленные погрешностями исходного топографического материала [2].  
Это может быть вызвано неточностью координат съемочного обоснования, вследствие уравнивания пунктов опорной маркшейдерской сети, ошибками съемки и накладки контуров, деформацией карт материала после длительного хранения. 
При таком положении вещей следует либо делать новую съемку, либо давать примечание о фактической точности создаваемого картографического материала.
К отмеченным выше недостаткам электронных планов полученных данным путем можно отнести и проблему генерализации. Так если мы отвекторизировали исходный графический материал масштаба 1:5000, то сможем работать с этим планом в данном масштабе и более мелком, а перейти от него,  например к 1:2000, уже не представляется возможным. Это существенно сужает круг задач решаемых по данному изображению, а векторизация исходного графического материала более крупных масштабов ведет к большим затратам времени и производственных ресурсов.
Также необходимо отметить изменения, происходящие на рынке геоинформационных технологий. Эти изменения затрагивают как технологические, так и технические аспекты проблемы ввода и обновления пространственной информации. Технология первичного сбора пространственной информации становится цифровой. Электронные тахеометры и теодолиты постепенно вытесняют свои традиционные аналоги. При съемке этими приборами координаты в цифровом виде записываются в память прибора или компьютера и в дальнейшем могут непосредственно вводится в ГИС. 
Обобщая все достоинства построения электронных планов цифровым методом, можно утверждать, что ввод картографической информации посредством векторизации растра переходит во вспомогательную задачу, уступая приоритет проблемам обновления и вводу тематических данных из создаваемых баз данных, а в недалеком будущем с применением цифровых приборов.
Следующий этап создания ГИС предусматривает разработку программных средств, позволяющих пополнять нашу систему новой информацией и отражать ее на электронном плане, а также в связанных с ним базах данных (атрибутивные таблицы). Рассмотрим на примере таких топологий, как точка, линия, полигон, отражение текущих изменений в основных объектах электронного плана горных работ – скважинах, тектонических нарушениях, лав и горных выработок. Может возникнуть вопрос, почему за основу мы выбрали именно эти объекты? Этот выбор обуславливается тем, что по результатам опробования пласта, с помощью бурения скважин, и маркшейдерским съемкам, при прохождении подготовительных выработок, строятся изогипсы пласта с учетом тектонических нарушений. Для решения этой задачи также могут быть разработаны специальные программы в рамках данной ГИС. Выбор лав объясняется непрерывным продвижением линии забоя, т. е. лавы это наиболее динамично изменяющиеся объекты электронного плана, кроме того, по ним производится учет добычи угля и для этого уже имеются программные разработки [3], которые могут быть интегрированы в данную ГИС.      
Для создания точечных объектов и заполнения, связанных с ними атрибутивных таблиц, могут быть разработаны программы покоординатного ввода: когда пользователь вводит координаты оси скважины и необходимую информацию в специальном диалоговом окне, либо поточного: из заранее созданной базы данных, в которой содержатся координаты и связанная с ними информация. В результате выполнения программы на плане появится новый объект-точка, а в атрибутивной таблице будет отражена введенная информация.  
Линейные объекты могут создаваться по совокупности координат-точек поворота. Так координаты границы тектонических нарушений определяются по результатам геологической съемки. Эти координаты могут быть введены оператором из ведомостей или считаны из файла предварительно созданной базы данных. По ним программа построит линейный объект, а пользователю останется ввести соответствующую атрибутивную информацию. Важным условием работы программы является последовательный ввод координат углов поворота линии.
В общем случае построение полигональных объектов осуществляется по совокупности точек-координат вершин контура. Эта совокупность должна представлять собой поочередный обход полигона по его вершинам, а не иметь беспорядочный характер.
Координаты контуров горных выработок определяются по результатам маркшейдерской съемки, которая заключается в определении положения стенок выработки относительно сторон теодолитного хода [4]. Координаты, полученные по результатам подземной съемки, могут быть занесены в базу данных, из которой их считает программа построения контура, либо возможен второй вариант: когда их, а также атрибутивную информацию, в диалоговом режиме введет оператор. В результате выполнения программы на плане появится новая выработка, а в атрибутивной таблице отражена по ней информация.
Съемочные работы лав ведут между пунктами полигонометрических или теодолитных ходов откаточных и вентиляционных штреков. Положение линия забоя, полученной в результате съемки, анализируется, с помощью специально разработанной программы, относительно штреков и линии выработки (лавы) предыдущего периода. Очистная выработка данного этапа будет занимать пространственное положение ограниченное перечисленными объектами и данной линией. В разрабатываемой программе необходимо реализовать привязку границ лавы к соседней лаве и штрекам.
Для возможности работы многих пользователей можно использовать кодирование объектов электронного плана. Это предполагает создание в атрибутивных таблицах полей, содержащих уникальное значение для каждой темы. В пределах данной ГИС применяется единая система этих значений для всех пользователей. Использование данного подхода позволит пользователям создавать любые имена одних и тех же объектов (тем), а программам, разработанным для данной ГИС идентифицировать тему не по имени, а по ее уникальному значению.
Кроме того, применение уникального значения для каждой темы позволит использовать библиотеку графических символов, благодаря чему каждый объект, в зависимости от значения своего кода, будет отображаться условным знаком в соответствии с требованиями к планам горных выработок.
Следует отметить, что создание библиотеки цифровых символов является необходимым условием возможности реального внедрения ГИС-систем на горных предприятиях, так как выходные графические документы должны в точности удовлетворять требованиям действующего стандарта.
Для графического тиражирования в данной ГИС реализована возможность работы с планшетной  системой отображения планов горных работ. Она является более перспективной и принята в ряде европейских стран (в частности, в Германии). 
В основе данного метода лежит разграфка квадратных планшетов. Исходным форматом для разделения на планшеты является лист в масштабе 1:5000, охватывающий площадь 2*2 км [4]. 
По выбору пользователя можно создать планшет любой части плана в соответствии с номенклатурным рядом, который будет отвечать всем требованиям предъявляемым к маркшейдерской документации (масштаб, размеры, подпись номенклатуры и других данных).
Удобства использования такой технологии заключается в следующем:
- в любой момент времени мы можем распечатать необходимую часть  
  электронного плана в необходимом масштабе (1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500);
- планшеты не заламываются и не затираются так как планы формата А0 или А1, для чего их можно наклеить на твердую основу. 
Точность таких планшетов будет зависеть от цифрового материала и принтера.
Реализация описанных алгоритмов принесет высокую эффективность применения ГИС-технологий для решения указанного класса задач; результаты проектирования свидетельствуют о возможности создания (на базе ГИС) единой компьютерной технологии сбора, хранения, обработки и использования информации (горно-геологической, технологической, маркшейдерской) при планировании горных работ, а также управлении производством на уровне горнодобывающих предприятий. Внедрение компьютерных графических технологий в горном деле, несомненно, окажет в будущем влияние на содержание нормативных документов, определяющих требования к инженерной документации при ведении горных работ. 
Литература

1.	Грищенков Н.Н. Геоинформационное обеспечение электронных планов горных работ // Науковi працi ДонДТУ: Серiя гiрничо-геологiчна. Випуск 23.  - Донецьк, ДонДТУ, 2001. - С.24-29.
2.	О.С.Разумов - Тула, ТулГУ Факторы, определяющие погрешности   электронных карт геоинформационных систем http://klax.tula.ru/~sergko/gis_reg/raz.htm 
3.Голованева О.В.  Разработка ГИС по учету запасов http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2001/ggeo/golovan/diss/library/gis.htm 
4.Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И. и др.: Маркшейдерское дело.- М. “Недра”-1981г.