Геоинформационные системы по учету запасов

автореферат магистерской диссертации

магистр кафедры геоинформатики и геодезии Голованева О.В.
руководитель проф. Грищенков Н.Н.

Донецк является важным промышленным и торговым центром нашей страны, в котором сосредоточено большое количество шахт. Поиск и подготовка документов, справочных и отчётных данных, управление ими, недостаточно налажено, так как информация содержится в бумажном виде. В настоящее время такие материалы не могут обеспечить достаточную информативность для решения большого количества пользовательских задач. В целях облегчения ввода, хранения, пополнения, обработки и выдачи информации была разработана геоинформационная система по учету запасов. К программным средствам, необходимым для этого, относится система ArcView 3.1 и приложение к AutoCAD CAD Overlay R14.

Чтобы по праву считаться геоинформационной системой, система должна представлять собой не просто цифровую карту (план горных работ), а привязывать к графической цифровой информации базы данных, необходимые для решения различных задач (с использованием програмного аппарата). В данном случае речь идет о решении задачи автоматизации учета запасов на горном предприятии.

Разрабатываемая геоинформационная система по учету запасов может быть структурным элементом общешахтной ГИС для решения обширного перечня задач, в том числе и задач прогнозирования. В нашем случае пользователями проектируемой геоинформационной системы могут быть специалисты в области маркшейдерского дела. Чтобы информационная система удовлетворяла наибольшему числу пользователей, выбиралась информация для создания слоев по объектам.

Исходя из нашего исходного материала удобнее всего будет создать проект, который будет содержать 3 вида [см. табл. 2].

Таблица 2 Названия видов проекта и их содержание.

Этот вид представляет информацию о плане горных работ на шахте Никанор-Новая. Он содержит шестнадцать растровых тем (П1-П16) и несколько векторных тем. Растровые темы представляют собой изображения плана горных работ, отсканированные в формате А-4. Содержание векторных тем представлено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Описание векторных тем вида “План горных работ”.

Для создания темы “кресты координатной сетки” был написан специальный скрипт (программа на языке программирования ГИС-системы ArcView 3.1 – avenue).

Этот вид содержит информацию из гипсоплана для шахты Никанор-Новая. Он содержит шестнадцать растровых тем (П1-П16), и несколько векторных тем. Растровые темы представляют собой изображения плана горных работ, отсканированные в формате А-4. Содержание векторных тем представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Описание векторных тем вида “Гипсоплан”.

Для создания темы “кресты координатной сетки” был написан специальный скрипт (программа на языке программирования ГИС-системы ArcView 3.1 – avenue).

Этот вид представляет союой сборную информацию из плана горных работ и гипсоплана по шахте Никанор-Новая. Он содержит сорок растровых тем (ГП1-ГП24 и П1-П16), и несколько векторных тем. Растровые темы представляют собой изображения плана горных работ, отсканированные в формате А-4. Содержание векторных тем представлено в таблице 2.3.

Таблица2.3 Описание векторных тем вида “План”.

Все темы данного вида получены путем копирования из видов “План горных работ” и “Гипсоплан” и, таким образом, динамически связаны с исходными, что является очень полезным при обновлении и редактировании.

Каждый вид проекта содержит темы, с которыми связаны атрибутивные таблицы. Также в проекте существуют дополнительные таблицы не относящиеся к какой-либо конкретной теме проекта. База данных каждого вида описана в нижеследующих подпунктах.

База данных вида “План горных работ” состоит из 8 атрибутивных таблиц (так как векторных тем в виде 8). Названия атрибутивных таблиц тем и их соответствие темам представлены в таблице 2.1.

Таблица 3.1 Атрибутивные базы данных вида “План горных работ”

База данных вида “План горных работ” состоит из 5 атрибутивных таблиц (так как векторных тем в виде 5). Названия атрибутивных таблиц тем и их соответствие темам представлены в таблице 2.2.

Таблица 3.2 Атрибутивные базы данных вида “Гипсоплан”

База данных вида “План горных работ” состоит из 5 атрибутивных таблиц (так как векторных тем в виде 5). Названия атрибутивных таблиц тем и их соответствие темам представлены в таблице 2.2.

Таблица 3.3 Атрибутивные базы данных вида “План”

Для того, чтобы можно было выполнять необходимые работы в запроектированной геоинформационной истеме исходные графические материалы необходимо подготовить к работе. Подготовительные работы проводятся в три этапа:
- Сканирование исходного графического материала,
- Сшивка растровых изображений, полученных в результате сканирования,
- Установка вертикального масштаба и выравнивание осей графиков.

Один из путей получения растровых изображений и планов - это сканирование, т.е. получение растрового зображения с помощью специальных приборов - сканеров.

Этап сканирования исходных материалов включает:
- настройку сканерной утилиты на сканирование
исходного картографического материала;
- фрагментарное сканирование исходных материалов;

При сканировании необходимо добиться максимальной контрастности изображения, отсутствия текстуры (смеси разноцветных пиксел) и цветового разделения разнотипных объектов.

Лучшим сочетанием цена-качество в нашем случае является планшетный сканер Primax 4800, формата А4. Данные сканеры отличаются невысокой стоимостью, а также высокой скоростью работы, они автоматизированы и не требуют долгой настройки. Однако растровые изображения, получаемые с их использованием, имеют геометрические погрешности.

В качестве растровой основы использовался цветной план горных работ, который представляет собой лист формата А0. Для облегчения работы сканирование проводились только в пределах формата А4. В результате сканирования получаем 24 кадра растрового изображения для гипсоплана и 16 кадров для плана горных работ.

Погрешности сканирования в этом случае (в отличие от сканеров больших форматов) не превышают точности графических построений. Сканирование было выполнено с разрешающей способностью 300 dpi, 256 цветов, формат файлов *.bmp.Размер графического файла одного сканерного кадра (растра) составляет около 8 Мбайт.

Установить вертикальный масштаб и выровнять оси координатной сетки необходимо, чтобы сохранить масштаб исходного документа. Это приведет к поышению точностии увеличит надежность его использования. Для выполнения этой работы необходимо задать проекцию (мировая) и единиц измерения на карте (километры).

Для выполнения работы нужно, чтобы координаты графического изображения, вызываемого в ГИС-пакет, с которым мы будем работать, соответствовали координатам изображения в системе координат ГИС. Это означает, что нужно усадить и растянуть изображение соответствующим образом. Чтобы это условие было соблюдено, воспользуемся приложением к AutoCAD 14 : CAD Overlay R14.

Перед началом работы желательно иметь картосхему изображения с нанесенными крестами сетки на каждом кадре.

После того, как произведена загрузка рабочей области, создадим новый слой, на который нанесем кресты координатной сетки. Теперь можно с помощью возможностей CAD Overlay R14 осуществить ориентирование имеющихся кадров.

Создадим новый слой, на который будем загружать кадры и вызовем с помощью значка панели инструментов CAD Overlay R14 Image Insert первый кадр изображения. Укажем координаты левого нижнего угла кадра и увеличение.

Теперь воспользуемся кнопкой на панели инструментов Image Match чтобы грубо (по 2 точкам) осуществить наложение кадра на модель координатной сетки. Наложение осуществляется путем передвижения точек кадра, координаты которых известны, используя кресты координатной сетки, на соответствующее им место.

Для более точного наведения соответствующих точек можно использовать режим объектной привязки точек изображения из пункта главного меню Сервис. Удобно осуществлять привязку к узлу.

После проведения указанных операций, изображение накладывается на сетку с учетом координат двух точек кадра (вектора, соединяющего эти точки).

Для получения более точной привязки необходимо осуществить операцию Rubbersheet с помощью панели инструментов CAD Overlay.

При выполнении этой операции изображение растягивается и более точно укладывается на модель.

По окончании процесса кадр необходимо сохранить с помощью команды Image/Write/Image Export. Укажим имя файла и в открывшемся окне сделаем активной опцию Write Correlationи выберем World File.

В результате получено изображение с файлом привязки, имеющем имя как и кадр и расширением bpw.

Таким образом, рассмотрев результаты проведенной работы, с точки зрения их пригодности для последующей работе в AutoCAD R14, можно сделать вывод, что его приложение CAD Overlay R14 позволяет создавать файлы привязки и сшивать кадры изображения с достаточной точностью.

Наша ГИС представляет собой векторную модель.

Векторизация – это присвоение координат каждой точке исходного изображения, описание объектов карты в виде наборов векторов фиксированной длины. Векторные объекты отображают только местоположение дискретных объектов, которые могут быть представлены в виде комбинации линейных сегментов. Векторизация исходных растровых материалов производится в интерактивном режиме. В процессе работы имеется возможность выбирать различные инструментальные средства из имеющегося в системе набора. Местоположение точки описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты хранятся в виде замкнутого набора координат. Одна из особенностей электронных карт – хранение графических объектов послойно, в отдельных, но связанных между собою графических базах данных.

Слой карты – это набор данных, описывающих одиночную характеристику для каждой точки, в пределах ограниченной географической области.

Вид - это интерактивная карта, которая позволяет отображать, исследовать , делать запросы и анализировать пространственные данные в ArcView. Виды хранятся в проекте ArcView, с которым мы постоянно работаем. Вначале, с помощью инструментов используемого для работы пакета, создавались вышеописанные слои.

При создании новой темы в Виде, необходимо учитывать, в каких единицах и какой проекции хранятся исходные данные. Создаваемый шейп-файл будет сохранен в тех же самых единицах проекции, что и существующий источник данных. Формат шейп-файлов ArcView shapefiles представляет собой простой не топологический формат хранения геометрической и атрибутивной информации о географических объектах. Шейп-файл – это один из пространственных форматов данных, с которым можно работать в ArcView. Формат шейп-файла определяет геометрию и атрибутивную информацию о географически привязанных объектах и представлен пятью файлами с определенными расширениями, которые следует сохранять в том же рабочем каталоге, что и соответствующий проект

Векторизация плана горных работ заключается в последовательном заполнении всех тем вида “лан горных работ”, а также в заполнении атрибутивных таблиц тем и дополнительных таблиц, относящихся к этому виду

Таблица 5.1 Содержание векторных тем вида “План горных работ”.

Векторизация плана горных работ заключается в последовательном заполнении всех тем вида “План горных работ”, а также в заполнении атрибутивных таблиц тем и дополнительных таблиц, относящихся к этому виду

Таблица 5.2 Содержание векторных тем вида “Гипсоплан”.

Векторизация вида “План” осуществляется автоматически при векторизации видов “План горных работ” и “Гипсоплан”, так как они являются копиями тем этих видов.

Для решения данной задачи нужно создать дополнительные таблицы, в которые информация автоматически поступит (экспортируется) из стандартной отчетной формы (стандартными формами являются: 1ПЗ,5ГР, 11ШРП). Отчетные формы создаются предварительно в электронном виде (например в Microsoft Excel). Эти таблицы будут представлять собой базы данных, которыми с помощью созданных програмных средств мы будем манипулировать для решения поставленной задачи.

Основными дополнительными таблицами являются:

• “фигуры подсчета запасов”
• “движение запасов по фигурам”
• “проектные потери и запасы нецелесообразные к отработке”

Манипулирование данными из этих таблиц осуществляется по традиционным формулам учета запасов , известным из курса маркшейдерии:

Бк=Бн6 И;

И=Д+Пф+С+З6 Г+Р;