автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка технологии автоматизированной обработки маркшейдерских съемок угольных разрезов

РГ6 од

1 з

На правах рукописи

ЛЕВИН Михаил Юрьевич

Обоснование и разработка технологии автоматизированной обработки маркшейдерских съемок угольных разрезов.

05.15.01 "Маркшейдерия"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Санкт-Петербург 1995

Рабсма выношена в Государственном предприятии научно-исследовательски; институт юрпон 1еомеханикн и маркшейдерекого дела ( ВНИМИ ).

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Л. В. ФОМИЧЕВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор, член кор. РАЕН В. И. Павлов

кандидат географических наук, доцент.

Е. Г. Капралов

Ведущее предприятие:

А .О. Концерн "КУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ"

Зашита состоится " ¿¿¿СЮ 1995 г. в час. на заседани

г.

диссертационного Совета Д.135.06.01 при Государственном предприятии научнс исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дел (ВНИМИ) по адресу: 199026, (.С.-Петербург, В-26, Средний пр., 82, за заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института с 9 до 15 час. 2

мин.

Автореферат разослан 1995 г.

Исх. N

Ученый секретарь диссертационного Совете доктор технических наук

профессор

А&туалыюсть проблемы. Угольная промышленность России развивается в аправлении увеличения доли открытою способа разработки месторождений, 'спешное развитие отрасли на данном этапе во многом определяется втоматизацией ее основных систем. В свою очередь функционирование втомати шрованных систем планирования и управления горным предприятием АСП и АСУ) не возможно бе) использования базы маркшейдерских данных. Современный уровень горнодобывающей промышленности требует регулярной >бработки больших объемов маркшейдерской информации и иредьявияет высокие ребования к ее точности и оперативности. Для создания и сопровождения таких ¡аз данных необходимо автоматизировать обработку маркшейдерских съемок.

Внедрение аэрофотосъемки на крупных угольных разрезах создаст благопри-|тные условия использования ЭВМ для автоматизации обработки маркшейдерских ъемок и создания цифровой модели рельефа (ЦМР), представляющей собой :нециализкрованную базу данных, необходимую для функционирования ДСП и \СУ горным предприятием, а также для автоматизации маркшейдерских расчетов.

Таким образом, автоматизация обработки маркшейдерских сьемок рафекж и оздание их ЦМР является актуальной задачей, определяющей возможность 'Спешного решения проблемы обеспечения АСП и АСУ горных предриягий (еобходимой маркшейдерской информацией.

В Основу диссертации моложены работы тематического плана Ш1ИМИ но те <ам: N 0231009000 - "Рафлботать технологию ароматизированного подсчета обз>-¡мов складов, добычи и вскрыши с построением графической документации по (анным аэрофотосъемки карьеров", 029217000 "Разработка программного комплек-:а автоматизированного составления годовых планов развития горных работ для ус-ювий разрезов Кузбасса", 0294038200 "Разработка методики использования Гопо-сарта-Д и системы. О/ТЖО.Ч для наземной стере «фотограмметрической съемки карьера "Центральный" Жирекенского ГОКа и технологии автоматизированного годсчета объемов с применением ЭВМ и оказание научно-методической помощи 1рн внедрении", 0-4.4.14 "Разработка методики и программного обеспечения для

автоматизированной обработки аэрофотограмметрнческой и тахеометрической съемки на базе персональных ЭВМ и составления графической документации на автоматических графопостроителях".

Цель_ работы - разработка технологии автоматизированной обработки маркшейдерских съемок углеразреза (выполненных фотограмметрическим или тахеометрическим способом) на базе цифровой модели рельефа (ЦМР), ориентированной на использование малых и персональных ЭВМ, ■ распространенных на горных предприятиях.

Идея исследований; перевод маркшейдерских данных в цифровую форму и организация их в форме специализированной базы данных (ЦМР); обеспечение всех форм доступа к содержимому этой базы, обеспечивающих ее формирование, сопровождение и решение прикладных маркшейдерских задач.

Задачи лсслелонаниГс

разработать- методику формирования и пополнения ЦМР по материалам маркшейдерской съемки;

обосновать и разработать алгоритмы обработки данных, входящих в .автоматизированную технологию;

разработать программный комплекс, выполняющий;

построение н внешнее ориентирование фотограмметрической модели; ввод и первичную обработку фотограмметрической съемки; построение, обновление и корректировку ЦМР; вычисление объемов вынутой и насыпанной горной массы; формирование графической документации.

использовании методов аналитической и вычислительной геометрии, методов

обосновать состав и структуру ЦМР;

поставленные задачи решались при комплексном

информационных систем, машинного эксперимента.

техногенный рельеф поверхности угольного разреза наилучшим образом моделируется кусочно-линей^арэй поверхностью; в качестве направляющих

которой используются характерные (структурные) линии и прочие линии рельефа (на участках, не содержащих нарушен»» плавности), представляемые в процессе маркшейдерском съемки в виде последовательности пикетов;

пикеты всех направляющих линии в машинной реализации ЦМР представляются единым массивом, пространственно упорядоченным вдоль направления наибольшего простирания угольного разреза; структурные связи между шкетами вдоль линии представляются служебной информацией;

предложенная структура ЦМР обеспечивает наиболее быстры» доступ к -.аркшеидерской информации как по пространственным, так н по структурным опросам, возникающим при пополнении ЦМР, расчете объемов, формировании рафической документации и решении других маркшейдерских задач.

Научная лшшшА-рабош!

обоснованы и разработаны состав и структура ЦМР для информационного (беспечения технологии автоматизированной обработки маркшейдерских съемок; обоснованы и реализованы оптимальные алгоритмы доступа к ЦМР; реализован метод сопряженных вертикальных сечений для вычисления бъемов горной массы.

* Лично автором:

обоснованы критерии и принципы построения ЦМР, а также алгоритмы ппроксимации поверхности карьера;

разработана структура ЦМР и алгоритмы доступа к входящей в нее нформации;

разработан алгоритм автоматизированного подсчета объемов горной массы а базе метода сопряженных вертикальных сечений;

разработано информационное и алгоритмическое обеспечение аркшейдерского • программного комплекса "Разрез", реализующего зтоматизированную технологию обработки маркшейдерских съемок, написана :новная часть его программного обеспечения,

разработана методика экспериментальной оценки технологии.

Достоверность и обоснованность результатов исследований нодтверждаютс проверкой технолошп на аналитических примерах и сравнением с традиционным методами ручной обработки на результатах реальной аэрофотосъемки углеразрезе (расхождение результатов ручной и машинной обработки составило доли продет см. ниже), а также лабораторными испытаниями и опытно-нромышлеияо жсилуятииси технологии автоматизированной обработки маркшейдерских съемо; которые пока шли;

существенное повышение производительности труда и качест! маркшейдерскою обеспечения открытых горных работ;

компактность и информационную полноту ЦМР;

высокое быстродействие информационных и вычислительных алгоритме;

достаточную точность разработанной ЦМР и ирименяемь вычислительных алгоритмов;

простоту и удобство эксплуатации маркшейдерского программно комплекса "Разрез".

Научное значение работы состоит:

в обосновании оптимальных методов цифрового моделирован техногенного рельефа углеразреза и естественного рельефа земной поверхнос прилегающих территорий.

в разработке автоматизированной технологии, решающей широкий к[ маркшейдерских задач.

ной технологии обработки маркшейдерской съемки в виде программного комшн са "Разрез" для малых и персональных ЭВМ. Комплекс позволяет авто! тишровать весь цикл работ от первичной обработки результатов маркшейдере» съемки до получения объемов вынутой и насыпанной горной массы и и ос трое: разнообразной графической документациии. Информация о рельефе, содержал»

в разработке принципиально новой цифровой модели рельефа;

заключается в реализации автоматазиров;

т ЦМР, может исполыоваться также при решении различных прикладных задач. в гом числе автомат¡ированнот планирования горных работ.

Реализация результатов исследовании.

Технология автоматшрованпон обработки маркшейдерской съемки внедрена щ угольных разрезах Л.О. Концерн "Кузбаеера цкмуголь" н 11.0. "'ЗкибастмаиЛ

Апробация рабом.!. Основные положения диссертационной работы юкладывачись н обсх клались на заседаниях Ученогу совета ВННМИ, а также на ■дедуюншх конференциях и семинарах:

IX международном симиошуме по маркшейдерскому делу (Прага. 1094): сем .паре Минцветмета "Новые приборы и методы производства ■аркшепд .рских работ" (Москва. 1984г.):

технических совещаниях по вопросам автоматизации обработки шркии йдерской съемки, расчета объемов горной массы и автоматического очерчивания шрнои графической документации нрошводственного объединения Эк и бас тузу голь" (Экибасзуз. 1988. 1989 и 1990 гг.):

семинаре руководящих работников маркшейдерских служб ¡ромышденных объединений п концернов Минуглепрома СССР "Применение лектронной техники в практике маркшейдерских работ на разрезах отрасли" Красноярск. 1990):

технических совещаниях главных маркшейдеров и специалистов угольных азрезов Л.О. Концерна "Кузбасеразрезуголь" (Кемерово 1990-1994).

Технология автоматизирован ной обработки маркшейдерской съемки емонстрировалась на международной выставке СЕЕТЕХ (Лондон 94)./

Публикации, Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных аботах. .

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, зложенных на 110 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 12 збдиц. 2 прило-кенм!! и список литературы из 86 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены имеющиеся предпосылки создан! автоматизированной технологии обработки результатов маркшейдерских съем< угольных разрезов. Дан анализ современного технического уровня и перспехтш автоматизации первичной обработки съемок и решения основных маркшейдерию задач. Приведен обзор цифровых моделей рельефа, особое внимание уделе! математическим основам их построения. Рассмотрены применяемые метол вычисления объемов горной массы. Дан обзор основных автоматизяровавнь систем обработки маркшейдерских съемок.

В настоящее время значительно возрос технический уро«*««- всех вида маркшейдерских съемок. Практически для каждого вида съемхч существу! средства, позволяющие регистрировать результаты измерений на машинш носителях или вводить их непосредственно в ЭВМ в реальном масштабе времен Широкое распространение малых и персональных ЭВМ на крупных разрез: позволяет обрабатывать значительные объемы маркшейдерской информади Внедрение технологии автоматизированной обработки маркшейдерских съем( значительно снижает трудоемкость, повышает достоверность результатов.

Автоматизация обработки маркшейдерской съемки требует организаш маркшейдерской информации в виде цифровой модели рельефа специализированной базы данных, ориентированной на информационн обеспечение маркшейдерских расчетов.

Принципы цифрового моделирования рельефа земной поверхности берут св начало с теоретических исследований П.-К. Соболевского, сформулировавшего основные свойства применительно к естественному рельефу. К настояще; времени разработан ряд ЦМР как советскими, так и зарубежными ученым Различие принципов моделирования и конкретных реализаций связано, преж всего, с различием областей применения (картография, геодезия, маркшейдерия) моделируемых объектов (естественный или техногенный рельеф).

Для удобства анализа ЦМР в диссертации используется понятие тгематической модели рельефа, охватывающее математические аспекты (фропого моделирования земной поверхности и техногенного рельефа угольного 1зр.еза, >гто позволяет применять к цифровым моделям аппарат вычислительной ометрии и теории алгоритмов. Предложена классификация математических мелей рельефа, которая позволила сравнить различные ЦМР независимо от обенностей их' реализации и сформулировать принципы зависимости метода, мелирования от свойств конкретного вида рельефа р круга решаемых задач. :новное внимание уделено интерполяционным моделям, представляющим рельеф виде конечного набора пикетов и допускающим определение высотных отметок I юизвольных точках при помощи интерполяции.

Рассмотрены различные способы организации данных для интерполяционных )делей. Показано, что простые формы организации маркшейдерских данных, кие как регулярные и нерегулярные сетки (прямоугольные палетки и системы «угольников) обладают определенной алгоритмической привлекательностью, так к для них легко оценить точность интерполяции и затраты машинного времени проведение вычислений. Однако, при существующем уровне вычислительной хники они не могут быть эффективно использованы для моделирования рушенного технотенного рельефа, так как требуют для его адекватного описания ишком больших объемов информации. Показано, что наиболее адекватное едставление ступенчатой техногенной поверхности угольного разреза еспечивают математические модели, основанные на системе образующих нейчатой поверхности. Такая математическая модель лежит в основе адиционной графической модели ^сльефа - маркшейдерского плана. В качестве правляющих используются, как правило, различные линии рельефа: линии рушения гладкости рельефа (бровки, хребты, тальвеги), линии, образованные чениями рельефа плоскостями (горизонтали и вертикальные сечения). Линии рушений гладкости поверхности наиболее информативны, а системы регулярных

сечений более удобны для предварительных оценок точности. И те и другие обладают высокой степенью наглядности при визуализации рельефа.

Удачный выбор состава н структуры ЦМР, должен обеспечить эффективное ¡к'шспис маркшейдерских задач. Наиболее трудоемкой и ответственной задачей, однозначность решения которой зависит от содержания и структуры ЦМР, является расчет объемов горной массы по чанным маркшейдерских съемок. В общем случае расчет объема горной массы сводится к вычислению объема тела, образованного в результате изменения рельефа земной поверхности за отчетный период в пределах выделенного участка. Этот объем может быть вычислен как предел объемов вписанных или описанных наборов элементарных тел правильной формы, чьи объемы мо1ут быть вычислены аналитически. Такая постановка приводит к вычислению обьема тела как суммы объемов элементарных тел. Данный способ ассимптотичес-ки точен: при росте числа элементарных тел и стремлении к нулю объема каждого 113 них. Полученный таким образом объем сколь угодно точно приближается к истинному.

Выбор конкретного вида элементарных тел определяет способ расчета объемов. В качестве элементарных тел используются трехгранные и многогранные призмы, многогранные тела, образованные при помощи систем нлоскопараллельных сечений. С точки зрения преемственности и наглядности

представления предпочтение ■следует отдать способу параллельных вертикальных

I

сечений, широко применяемому в маркшейдерской практике. Однако, при его программной реализации необходима доработка, устраняющая зависимость результатов расчета от ориентации вертикальных сечений.

Анализ существующих автоматизированных систем обработки маркшейдерских съемок, использующих различные ЦМР, позволил обосновать актуальность и выделить наиболее важные задачи дальнейших исследований.

Во второй главе обоснованы принципы построения ЦМР. Проведен анализ вариантов состава и структуры модели, ее логической и физической организации, и выбран оптимальный вариант в соответствии с кругом возможных задач. К этим

адачам. и первую очередь, относится вычерчивание маркшейдерских плано«-.. юстроение и вычерчивание вертикальных сеченни и вычисление объемов горной (ассы. При этом одной из основных технических проблем является формирование I пополнение ЦМР по данным маркшейдерской съемки.

ЦМР для техногенного рельефа строится как система направляющих пшейчатон поверхности. В ее состав, кроме информации о рельефе местности. ;кдючаются данные о расположенных на ней пространственных объектах сооружениях, коммуникациях н т. д.). что вполне соответствует традиционным финцппам графического моделирования. Такая ЦМР наиболее универсатьна. 1опол1Гительная информация, соответствующая конкретному применению, хранится ¡тлельно от данных ЦМР и совмещается с информацией о рельефе только на грнкладном уровне по геодезическим координатам. Также отдельно хранится шформаиня об организационном или структурном членении рельефа местности и >бъектов на нем.

Конечным результатом рутой обработки маркшейдерской съемки и шформа пион ной основой маркшейдерского обеспечения открытых горных работ шляется маркшейдерский план - графическая модель объекта. ЦМР должна играть у же роль в, автоматизированной тех ноле гни. Кроме того, она должна служить тля стоматического формирования традиционной графической маркшейдерской юкументании, потребность в которой не устраняется автоматизацией. Полом) по :воему составу и структуре она должна быть адекватна маркшейдерскому плану, а организация данных в ЦМР должна обеспечить наиболее эффективный доступ ч гей. при построении маркшейдерского плана и его визуальном анализе:

1. Пространственный: поиск объекта, ближайшего к заданному (пикету, характерной линии), региональный поиск объектов, расположенных в контуре.

2. Структурный: поиск объекта по его элементу, а также перебор цементов объекта, например, поиск характерной линии, проходящей через определенный пикет, или последовательный перебор пикетов.характерной липни.

3. Семантический; поиск объектов определенных типов, наприме[ транспортных коммуникаций или характерных линий рельефа.

Перечисленные варианты доступа определяют выбор физической оргаиизаци маркшейдерской информации. Критерием выбора являются: возможное! реализации запросов каждого вида, эффективность реализации (скоросз реализации запроса) и требования машинной памяти (дисковой и оперативной).

Пространственные запросы предполагают двумерный поиск, однако, линейна организация памяти ЭВМ и линейность реализуемых в ЭВМ алгоритме определяют линейную организацию информации вдоль одной из координат, работе рассмотрены различные способы выражения линейной упорядоченност элементов в соответствии с каким-либо свойством. Это - прямое физическс \порядочение элементов, косвенное упорядочение (с помощью масс ¡и упорядоченных .индексов}, линейный список и бинарное дерево. Рассмотрен достоинства и недостатки каждого способа.

При реализации структурных запросов существенной является информация линейной упорядоченности точек вдоль линий.

Поэтому предлагается выразить пространственную организацию прямы

упорядочением точек по возрастанию одной из координат, а структурные связ

/

реализовать в виде двусвязных линейных списков (порядок точек в линия фиксируется при помощи двунаправленных ссылок).

Для обеспечения перебора линий, необходимого, например, пр формировании графической информации, массив точек дополнен массиво загол9вков линий. Заголовок линии содержит ссылки на начальный и конечны пикеты линии (для замкнутых линий эти ссылки совпадают). Для обеспечен! семантических запросов описания точек, должны содержать также код типа лит (верхняя бровка, нижняя бровка, горизонталь и т. д.).

В описание пикета введена ссылка на заголовок соответствующей линии и ( тип. Минимальная избыточность предлагаемого представления (двусвязность спиа и указание типа в описании пикета) увеличивает скорость обработки.

и

Упорядочение точек облегчает пространственный поиск, а списковая укгура - последовательный доступ к линиям и пикетам вдоль линий. Полученная структура ЦМР приведена на рис. ). Логическое вхождение

Структура ЦМР.

Рис. 1.

сетов в линии не нашло своего отражения в результирующей структуре на зическом уровне, так как массивы линий и пикетов реализованы в виде структур гого уровня. Такая структура данных облегчает их обработку и реорганизацию.

В качестве исходной информации для формирования и пополнения ЦМР юльзуются материалы маркшейдерской съемки или готовый маркшейдерский ш. Исходная информация содержит координаты пикетов. Пикеты сгруппированы упорядочены в соответствии с их принадлежностью различным линиям и юлнены наименованием типов линий (бровки, горизонтали, линии ¡ктропередач и т. д.). Такой порядок соответствует существующей технологии ркшейдерской съемки. Координаты пикетов могут быть представлены в условной :теме координат конкретной съемочной модели. Это может быть прямоугольная ;тема координат (фотограмметрическая съемка, дигиталчзация плана) или пярная система координат при тахеометрической съемке. Кроме того, исходная формация включает в себя данные, позволяющие осуществить перевод координат :истему, принятую па объекте. Для фотограмметрической съемки - это фотограч-трические и геодезические координаты опорных точек, для тахеометрической гмки - геодезические.кооидинаты пунк+ов съемочного обоснования.

Разработанная структура входных данных соответствует традиционньп методам маркшейдерской съемки, возможностям технических средств существующей практике автоматической регистрации измерении.

Выбор структуры ЦМР и входной информации во многом определил адгт ритмы информационного обслуживания. В их задачи входят первичная обработк входной информации, ее структурирование и интеграция в уже имеющуюся ЦМР.

В качестве алгоритмической основы расчета объемов горной массы приня способ параллельных вертикальных сеченнй. широко используемый маркшейдерской практике. Этот способ дает приемлемый результат, только дл сечений, ориентированных примерно перпендикулярно к характерным линия обрабатываемого участка. Ъ работе показано, что можно с достаточной точносты определить объем тела произвольной - формы, используя параллельные сечена любого направления, если выполнены следующие условия:

1. Обеспечивается построение сечений произвольных направлений.

2. Определяется достаточное число вертикальных сечений.

Для построения сечений произвольного направления должны использоватьс точки пересечения с направляющими линиями рельефа (бровками, горизонталям! заполняющими линиями, состоящими из массивов пикетов маркшейдсрскс съемки), а также дополнительные точки, высотные координаты которы определяются интерполяционными способами по пикетам маркшейдерской съемк! При машинной реализации должен быть применен достаточно простой универсальный способ определения дополнительных точек на профилях сечений.

Этим требованиям удовлетворяет метод сопряженных вертикальных семени (МСВС). В МСВС для вычисления объема принята система параллельнь вертикальных секущих плоскостей. Для получения дополнительных точек > сечениях используется система вспомогательных' секущих плоскосте ортогональных системе основных сечений. МСВС обеспечивает достаточну точность вычислений за' счет корректной процедуры сгущения, не требуя выбо| направления вертикальных сечений. Использование сопряженных сечет-

избавляет от необходимости выполнять трудоемкий лнапп смежности ..чеменгок рельефа и взаимного положения пикетов, что потолчет определять профи ш произвольных вертикальных сечений с помощью достаточно простых л тгорн!мои. Поэтому МГВС наилучшим образом удовлетворяет требованиям авюмати ишин расчета объемов горной массы. Однако, до настоящею времени он oi.ii сформулирован лишь на концептуальном уровне и не был приспособлен дтя программной реализации, а тем более на малых и персональных ОПМ. Псио.п,¡оманнс МСВС потребовано существенной оптимизации ею алгоритмической етр\кг\ры. которая стала возможна только после дополнительных исследований.,

Третья глава посвящена программной реализации обоснованных выше концепции моделирования рельефа. В 11011 описан разработанный автором маркшейдерский программный комплекс (МПК) "Разрез", рсалн<\ю»шн Автоматизированную обработку маркшейдерской съемки и исполыуюшин в качестве информационной основы ЦМ1' предложенной структуры. Информационно-технологическая схема МПК "Разрез" приводится на рис. 2. МПК Ииформациоиио-тсхнологичесная схема МПК "Раз|>ез".

А'фофптоп.гмки

MtiirMiliiii (l>l)TO("U'MKit

TiiXPOMPTpH'IOi'K.llI t f.CMKil

МП[Ж1!НЧ1Д('|НКИЙ

шиш

МПК "Разрез"

'[мрмнротшмо

Дополи«]! ИГ

г

К<»П|>Г|'ТИрОЦКП

с

Ц М Р

]

|loHl>JIHClHH'

til

оПЫ'ЧОП

rp.irj.n'H i (сих Докумси run

(Ими

р.Гф.'Ы

ilit III У'МГТКЛ

е^тикияьти' ГС'П'НШ'

ПОПОЛНИ! СЛ If'IIJII UlMU

Рис. 2.

«алнзован г, виде двух версий для эксплуатации на малых и персональных ЭВМ, ак как только ЭВМ лих классов могут обеспечить оперативное решение таркшейдерскнх задач в условиях современного горного предприятия.

В работе обоснован выбор технических средств, базового программного обеспечения и языков программирования. Предложены варианты состава проблемно-ориентированных комплексов технических средств для обработки аэрофотосъемки, ориентированные на использование фотограмметрических приборов, малых и персональных ЭВМ, распространенных на горных предприятиях страны.

Несмотря на существенные отличия в программной реализации обеих версий, вызванных различиями архитектур малых и персональных ЭВМ и используемых алгоритмических языков, удалось достичь полной преемственности всех основных функциональных компонент.

Специализированные ,СУБД, разработанные для реализации ЦМР имеют не только общую информационно-алгоритмическую структуру но и единый язык манипуляции данными, реализованный в ввиде пакета прикладных программ (ПИП). Подпрограммы, входящие в эти ПГ1П, функционально вполне эквивалентны и имеют одинаковые вызовы. Однако в их реализации учитываются особенности соответствующих ЭВМ и их системного программного обеспечения.

Внешнее сходство обеих версии поддерживается общими . принципами алфавигно- цифрового диалога. Базовая версия этого диалога может работать практически со всеми стандартными терминальными устройствами, используемыми в настоящее время на малых и персональных ЭВМ. Разработанные экранные формы, предназначенные для интерактивного ввода информации, обладают высокой наглядностью и информационной емкостью.

' Для визуализации данных на всех этапах технологии разработано специализированное графическое обеспечение. В силу специфической природы информации, обрабатываемой в рамках технологии, такая визуализация является основным средством содержательного ""нтроля достоверности данных и корректности операций над ними. Основу визуализации составляют стандартные графические формы (маркшейдерские чертежи), выполненые в соответствии с ГОСТом, и производные формы, заимствованные из существующей практики

обработки маркшейдерской съемки. Кроме того, была разработана специальная фафическая ферма для контроля операции пополнения - "пополнительный план". Данные для такого плана готовятся автоматически во ¿ремя пополнения каждого участка в отдельности. Пополнительный план участка горных работ содержит контур участка и планы участка гри последней и п гедпоследней съемках. Контур участка и оба плана вычерчиваются тремя разлн" .ми цветами соответственно. В зарамочном оформлении плана приводятся наименование участка (экскаватора) и величина объема горной массы, указываются даты обеих съемок теми же цветами, что и их планы.

Графическое оформление основных и вспомогательных чертежей, выводимых на твердый носитель, выполняется в соответствии с ГОСТ 2.850-75. На графопостроителе чертеж оформляется в виде стандартного маркшейдерского планшета с зарамочным оформлением (рис. 3). Пользователь может изменять

План горных выработок.

Рис. 3.

масштаб изображения, рашер н.т аншега, ширузку чертежа. Зарамочное оформление, рапрафка. масштабные и немасштабные условные обозначения могут вычерчиваться в строгом соответствии с ГОСТом или с некоторыми отклонениями. е основном, заимствованными из существующей практики.

Вывод четежей на экран' монитора ПЭВМ осуществляется в вариантах обюрного. предварительного (предвывода) и " контрольного вывода. Режи*. обюриого вI,тола предназначен :иш экранной визуализации маркшевдерскю данных. II)-за офаниченностн экранного поля на нем отсутствует зарамочнек оформление, а вычерчивается только координатная сетка. Ра ¡меры выводимой участка не задаются пользователем, а определяются автоматически в соответствии < заданным масштабом и размером экранного поля.

Режимы предвывода и контрольного вывода являются вспомогательными пр* формировании графических форм .для вывода на твердый носитель (бумагу пластик и пр.). Режим предвывода позволяет пользователю получить полный обзо| ¡апрошеннон формы. В этом режиме изображение графической формы цел«ко> вписывается в фаницы экрана. При этом надписи у некоторых немасштабны условных обошачений становятся нечитаемыми, хуже разделяются линии чертежа Гем не менее. пользователь получает возможность в процессе предвывода оценит общую компановку формы, ее информационный уровень. Возможность просмотр фафнческой формы до ее вывода на твердый носитель значительно сокрашае число "черновых" эк ¡емпдярои.

Режим контрольного вывода почти не отличается от режима предвывод; Разница заключается в том. что контршьный вывод осуществляется параллельно формированием реальной формы (выводом информации в метафайл или г фафическое устройство).

В процессе обзорного вывода пользователь может изменять параметр изображения (масштаб, координаты начала изображаемого участка, угол повсро-осей координат) нажатием управляющих клятии. Нажатие такой клавиши даже процессе рисовки приводит к немедленной перевыдаче изображения с новыь

араметрамн. Темп же возможностями облачает режим пред им иода (только имеет о асштпба допускается изменение рашероп чертежа). Графические правила при >1воде чертежа па экран монитора к целом не изменяются, так как экранные ормы готовятся теми же средствами, что и формы дтя фафпчсских устройств.

Для обеспечения шнможностн более быстрого выбора фрагмента итн лмнаиовочной схемы применяется также вариант быстрого .вычерчивания на ;ране. В этом варианте выводятся только линейные объекты, причем пынодятея ш только сплошными, штриховыми и штрихпунктирными ломаными линиями бе! шписей и пикетов, что резко сокращает время вывода. При использовании ютовой дифференциации такой чертеж сохраняет высокую информативность.

Вертикальные сечения (рис. 4) строятся автоматически как по постоянным гофндям; принятым на горном предприятии, та и по произвольным прямым и >маным линиям, чьи концевые и ушопые точки задаются на экранном

Вертикальное сечение.

Рис. 4.

ображениИ плана углеразреза (в графическом диалоге) или вводятся в табли-и >рме. Сечения по желанию пользователя могут сопровождаться табличной формацией, содержащей нроложения, превышения, уклоны-и т. д. Верти к мыши горизонтальный масштабы сечения, нагрузка чертежа мотуг изменяться льзователем в режиме диалога.

В четвертой гда&г приводятся результаты иаштаиин аатомэтиззфовакной технологии обработки маркшейдерских съемок угольных разрезов.. Описаны и обоснованы предложенные автором методики анализа точностных и скоростих характеристик технологии.

Для оценки точности вычисления объемов были выбраны два участка выемки: участок со сложной поверхностью, на которой определено 210 пикетов, и обучная заходка (шириной 15м, высотой 12м, длиной 2-20м) с общим числом пикетов - 62.

Объем выемки вычисляли вручную по методу вертикальных сечений (МВС) и программными средствами МПК "Разрез" на малой ЭВМ СМ-1600 по методу сопряженных вертикальных сечений (МСВС). При ручном вычислении сечения проводили через 10 м. При машинной обработке исходные вертикальные сеченля проводились через все пикеты участков (отдельно для данных ЦМР и последней съемки), но не реже чем через 10 м. t

Расхождения между объемами, вычисленными вручную и автоматически чао МСВС, оказались пренебрежимо малы (0.42% и 0.26% для первого и второго участков), что свидетельствует о соответствии метода сущестгующим нормативам.

Устойчивость МСВС оценивалась по результатам фотограмметрической съемки вытянутой заходки (178 пикетов пополнительной съемки, объем вынутой горной массы 179 тыс. м3). Объем заходкн вычислялся при изменении направления вертикальных сечений от 0° до 180° с интервалом 5°. Максимальное отклонение вычисленных объемов от среднего составило 0.52%, что практически подтверждает независимость результатов от изменения направления сечений.

Скорости работы МПК анализировалась поэтапно. Первоначально в процессе разработки алгоритмов были вычислены их ассимптотические и точные характеристики: временная и пространственная сложности. Затеем были экспериментально установлены времена выполнения элементарных компонент алгоритмов. Подстановка полученных величин в опенки наполнила их конкретным содержанием. В соответствии с проведенным анализом были выбраны наиболее эффективные варианты алгоритмов. Окончательная доводка программы выполнена

при помощи временного профилирования. Для этого в программу были вставлены "метки времени". При ' прохождении такой метки специальная подпрограмма печатает время выполнения последнего фрагмента программы и нарастающий итог. Анализ временного профиля позволил выделить и устранить узкие места технологии.

Помимо лабораторных испытаний технология была в полном объеме опробована в условиях опытной-промышленной эксплуатации на разрезах П. О. "Экибастузуголь" (вариант для малой ЭВМ) и в А. О. Концерне "Кузбассразрезуголь" (вариант для ПЭВМ).

В процессе опытной эксплуатации сотрудниками БСМР П. О. "Экибастузуголь" были подготовлены данные последовательных аэрофотосъемок фрагмента углеразреза "Богатырь". Данные включали исходную (3692 пнКета) и пополнительную (6 участков, 615 пикетов) съемки.

В процессе опытной эксплуатации комплекса на ЭВМ СМ-1420 были выполнены:

1. Формирование цифровой модели рельефа (ЦМР) по материалам исходной съемки.

2. Корректировка ЦМР (устранение ошибок оператора).

3. Пополнение ЦМР с расчетом объемов вынутой горной массы по участкам ведения горных работ.

4. Формирование графической документации й ее вычерчивание на гефопостроителе "ВЕМ501ч1-232/Ш".

Опытная эксплуатация продемонстрировала следующий достоинства автоматизированной технологии:

1. Высокое быстродействие.

2. Компактное представление данных на машинных носителях (ЦМР, сформированная по результатам исходной съемки, занимает 144 дисковых блока или 72 КБ).

3. Надежным контроль выполняемых операций, развитую систем лнашостикн.

4. Простоту в эксплуатации и натлядность диалога.

Сотрудники технической дирекции Д. О. Концерна "Кузбассразрезуголь сформировали и пополнили по материалам аэрофотосъемки ЦМР разрезо "Краенобродский" (10073 - линии, 112592 - пикета) и "Караканскнй" ( 3618 чиний, 40412 - пикетов), построили планы горных выработок.

В процессе опытной эксплуатации были проведены: анализ ЦМР по обзорны! планам па экране монитора; выбор участков обзора (координаты и угол разворота и масштаба вывода как предварительным заданием параметров, так н интерактивном дишюп.': формирование планов в масштабах 1000. 2000. 3000 I 10000 и вывод чертежей на [рафопостроитель.

Опытная эксплуатация подтвердила работоспособность профаммиоп обеспечения, удобство и простоту диалоговых средств, перспективност ¡схнолопш.

Ч \ КЛЮЧ НИИ Г-

В реп 1ыаге исследования задача совершенствования маркшейдерской обеспечении горных работ при открытом способе разработки месторождецш но 1С шых ископаемых решена путем создания принципиально новой технолопп автоматизированной обработки маркшейдерской съемки. С этой целью I дп .српшин выполнены следующие исследования, направленные на ра)рлботк; технологии как ннформацнонно-атгорнтмнческой основы автоматизированны: систем планирования и управления горными работами на карьерах:

Выполнен теоретический анализ математических принципов 1 информационных аспектов моделирования рельефа земной поверхности 1 ;схноач1ной повер' ностн карьеров с учетом современного соегояни: т.г,нс.ш 1С лмюн технологии. В результате предложен способ, по которому рельеф карьера представляется набором направляющих линий линейчатой поверхности

Предложенный способ наиболее адекватно моделирует как техтиеиный ретьеф карьера, так и естественный рельеф пролегающей территории. Предемпыемнг направляющих линий в памяти 'ЗИМ в виде набором определяющих их пике um, упорядоченных но возрастанию одной из координат и объединенных в дпуеии шые .iiiicmi, понюляет сохранить пространственные и структурные свят, обеспечипас! ^»фекппнкн.' храпение базы данных и работу с ней на малых-и персонажных OHM.

Выполнен анализ применяемых методов расчета объемов г.ыпупш горной иассы на карьерах. Обосновано применение метода сопряженных вертикальных .ечений, являющегося рашитием распросграненного в маркшейдерской ирам икс vie гола вертикальных сечений.

l'atpaôoiaii алгоритм, реализующий этот метод с учетом возможное ich .■«временных малых н персональных ЭВМ, и позволяющий ночное и.ю тюмашзнроваib вычисление обьемов горных выработок вне ¡ависимост oí их

(юрмы и ориешацни относительно выбранной сиск-мы секушнх плоскостей.

i

В [Н'зультчте анализа существующих систем управления батми данных (УВД) и опенки временных v точностных характеристик информационно '■ычислительиых алгоритмов и программном/ обеспечения paipa6oiain,i •иециализированиая СУЬД и высокоскорост ные профаммные среде i в,i, »беспечшшопше создание адекватных UM Г карьеров и эффективную реализацию ппоматпзированной технологии обработки маркшейдерской съемки на малых и 1ерсоналы1ых ЭВМ.

В |к-зулыате анализа существующих систем формирования флфнческой юкументацин и визуализации данных ма фафнческих мониторах для мап.гх и (ерсональиых ЭВМ унифицирована флфическаа часть нрофаммного обеспечения:

Разработана методика контроля информационной целостности mo.wüii. 'озданы тестовые процедуры, обеспечивающие, автоматическое обнаруж- че {юрмальимх'ошибок при построении и пополнении цифровой модели и аварийном »азрушение информационных структур. Для опенки степени адекватности модели

реальному объекту выполняется ее визуализация средствами графически обеспечения.

В результате выполненных исследований разработана технология автомат.чз! рованной обработки маркшейдерской съемки, как информационн алгоритмическая основа автоматизированной системы планирования и управлеш горными работами на карьере.

Технология включает:

автоматическую регистрацию измерений на машинный носитель и/ непосредственно в ПЭВМ и их первичную обработку;

формирование ЦМР карьера по данным маркшейдерской съемки; дополнение ЦМР карьера участками,.не снимавшимися ранее; регламентное (помесячное или поквартальное) пополнече ЦМР: вычисление объемов вынутой или насыпанной горной массы; корректировку ЦМР в процессе ее создания дополнения и пополнения; формирование и вычерчивание графической маркшейдерск< документации.

Разработанная технология прошла всесторонние лабораторные испытания опытно-промышленную эксплуатацию на угольных разрезах Л.О. Конце) "Кузбассразрезуголь" и ПО "Экибастузуголь". Результаты зкепермменталыи исследований и опытно-промышленной эксплуатации подтвердили высок; эффективность принятых решений и разработанной технологии.

Технология эксплуатируется в А.О. Концерн "Кузбассразрезуголь". настоящее время сформированы и регулярно пополняются ЦМР разрез "Краснобродский" и "Караканский".

Универсальность" и широкие потенциальные возможности технологии программного обеспечения позволили использовать, ее в качестве основы п разработке программного комплекса автоматизированного составления годов планов развития горных работ для условий разрезов Кузбасса и при разработ технического задания на "Программное обеспечение автоматизированн

¡работки маркшейдерских замеров, выполняемых тахеометрическим способом. >и открытой разработке россыпных месторождений".

Дальнейшее- развитие технологии автоматизированной обработки (ркшейдерских съемок предполагает расширение круга решаемых прикладных дач, связь комплекса с цифровыми технологиями. В ближайшее время анируется перевод программного обеспечения технологии в новые операционные еды, в первую очередь в MS-WINDOWS.

(.Левин М. Ю. Построение цифровой маркшейдерской модели карьера по инципу линейно упорядоченного отображения информации. // Геодезия и ггограмметрия в горном деле: Ме.жвуз. науч. те мат. сб. / Свердловский горной -т. - Свердловск, 1989. - С. 66-71.

2. Левин М. К). Система программного обеспечения для автоматизированной работки маркшейдерской съемки карьеров на малых ЭВМ. // Маркшейдерское гспечение горных работ: Сб. научн. тр. / ВНИМИ. - Л. 1990 - С. 28-34.

3. Левин М. Ю., Янчук Л. М. Технология автоматизированной обработки гериалоз аэрофотосъемки угольных рагрезсв Кузбасса. II Проблемы добычи угля Кузбассе: Сб. научн. тр. / Концерн "Кузбассразре^толь", изд. "Родник" мерово. 1990 - С. 68-72.

4. Методические указания по прогрессивным технологиям изготовления и толнения чертежей горной графической документации. /Составители: Михалевым С., Княжнцкая О. И., Злотннков М. С. , Левин М. 10./. - Л. 1990 - 94. с.

5. Левин М. Ю. Способ цифрогой обработки аэрофотоснимков разрезов на е персональной ЭВМ. // Новые разработки методор и технических средств ения маркшейдерских работ: Сб. научн. тр. / ВНИМИ. - Л.. 1991 - С. 9-14.

6. Левин М. 10. Картографические особенности формирования 1кшендерских чертежей на базе цифровой модели карьера. // Методические и