E-mail: skubchenkom@ukr.net

ГИС-технологии предоставляют возможность интегрировать в единую информационную среду алгоритмы решения многих прикладных задач, что является чрезвычайно важным при создании проблемно-ориентированных автоматизированных систем горного производства на основе программно-алгоритмических средств, разработанных в различных научных коллективах и, как правило, не доведенных до конечного программного продукта.

Целью моей работы является разработка геоинформационной системы формирования планов горных выработок. В качестве исходного материала используется план горных работ шахты "Никанор", из которого на первом этапе, в результате сканирования и векторизации, будет создана электронная копия и заполнены привязанные к графической цифровой информации базы данных. Дальнейшая моя задача будет заключаться в разработке специальных программ формирования электронных планов и их пополнение.

На рынке существует много пакетов, с помощью которых можно создавать информационные системы, это - AutoCAD, WinGIS, GeoCad, MapInfo, Arc/Info, ArcView, GeoGraf/GeoDraw, Easy Trace 7.0 PRO.

Для разработки ГИС формирования планов горных выработок будет использован пакет ArсView, так как он представляет собой современное многофункциональное, быстро развивающее программное средство. В этой настольной ГИС имеются все основные средства ввода, обработки, анализа и отображения данных, а также средства создания карт и вывода их на печать. Она включает функции создания не топологических слоев электронной карты, привязки атрибутивной информации к картографическим объектам, обеспечивает связь с реляционными базами данных, выборку объектов по SQL и пространственным запросам, формирование и печать отчетной документации. В уже готовую карту легко добавлять табличные данные формата dBASE. Однако, во введенных с помощью ArcView GIS (так же как и других подобных ему программных продуктов) цифровых данных, полученных в результате оцифровки бумажных карт и планов, не поддерживаются топологические отношениями между объектами. Электронные карты, созданные с помощью этих продуктов, строго говоря, не являются моделями и не могут напрямую использоваться при решении сложных аналитических задач. Для того, чтоб избавиться от этого недостатака, используем приложение к AutoCAD - CadOverlay R14. С помощью данного програмного продукта для отсканированных растровых изображений создадим файлы мировой привязки, а уже затаем привязанные растровые изображения будем использовать в ArcView для создания ГИС.

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. 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 [2]. 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.

Cбор цифровой информации и заполнение баз данных мы будем рассматривать как способ актуализации ГИС в дальнейшем, а на первом этапе мы отвекторизируем исходный графический материал (план горных работ) и установим связь объектов векторного изображения с атрибутивными базами данных.

Этот вид представляет информацию о плане горных работ на шахте Никанор. Он содержит двадцать две растровых темы (К1-К22) и несколько векторных. Растровые темы представляют собой изображения плана горных работ, отсканированные в формате А-4. Содержание векторных тем представлено в таблице 1.

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 вида “План горных работ” состоит из 22 атрибутивных таблиц (так как векторных тем в виде 22). Названия атрибутивных таблиц отличаются от имени темы добавлением "Атрибуты", поэтому не имеет смысла перечислять их заново.

Для того, чтобы можно было выполнять необходимые работы в запроектированной геоинформационной системе 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 22 кадра растрового изображения.

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 “План горных работ”, а также в заполнении атрибутивных таблиц тем, относящихся к этому виду

6 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ АКТУАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ

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.

6.1 Построение точечных объектов

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.

6.2 Построение линейных объектов

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.

6.3 Построение и изменение полигональных объектов

В общем случае построение полигональных объектов осуществляется по совокупности точек-координат вершин контура. Эта совокупность должна представлять 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, и производится, как правило, способом ординат. Так при съемке подготовительных выработок, которые имеют одинаковую ширину на всей протяженности, достаточно знать координаты пунктов теодолитного хода и ширину скоб. При детальной съемке контуров выработок сложной конфигурации применяют полярный способ. 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. Для решения задач по выработкам необходимо иметь следующую информацию:

• ее имя;
• уникальный код;
• высоту камеры;
• высотные отметки (профиль выработки).

Съемочные работы лав ведут между пунктами полигонометрических или теодолитных ходов откаточных и вентиляционных штреков. Вдоль забоя прокладывают угломерный или теодолитный ход с временно закрепленными или потерянными пунктами. Съемку забоя и других элементов очистной выработки ведут по способу ординат. 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 заполнения атрибутивной таблицы лавы необходима такая информация:

• имя пласта (или код);
• имя лавы (или код);
• мощность вынимаемой пачки;
• плотность угля.

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. По выбору пользователя можно создать планшет любой части плана в соответствии с номенклатурным рядом, который будет отвечать всем требованиям предъявляемым к маркшейдерской документации (размеры, подпись номенклатуры и других данных).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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.

" вернуться на основную страницу "