Информационная технология обработки неоднородных данных о состоянии массива горных пород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Конкин, Евгений Анатольевич

• Конкин, Евгений Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Конкин, Евгений Анатольевич

Введение.

I. Анализ предметной области и постановка задач исследования.

1.1 Роль угольной промышленности России в мировом топливно-энергетическом комплексе.

1.2 Анализ особенностей моделирования угольных месторождений в зависимости от способа их разработки.

1.3 Геологическое описание угольных месторождений. Условия и закономерности генезиса (происхождения).

1.3.1 Условия образования углей.

1.3.2 Условия накопления растительного материала.

1.3.3 Понятие о цикличности в образовании угленосной толщи.

1.4 Обзор современного состояния информационного обеспечения горнодобывающих предприятий.

1.4.1 Интегрированные информационные системы для горнодобывающей промышленности.

1.4.2 Специализированные программы.

1.5 Цели и задачи исследования.

II. Информационная технология обработки неоднородных данных о состоянии массива горных пород.

2.1 Геоинформационный подход и объектно-ориентированная методология при моделировании месторождений полезных ископаемых.

2.2 Разработка информационной технологии обработки неоднородных данных о состоянии массива горных пород.

2.3 Теоретические основы математического моделирования и классификация моделей месторождений полезных ископаемых.

2.4 Разработка метода формирования иерархических моделей осадочных месторождений.

2.5 Крайгинг. Геостатистический анализ распределения показателей месторождения.

ВЫВОДЫ.

III. Разработка архитектуры блочной регулярной модели и методов моделирования сложных геологических объектов осадочных месторождений.

3.1 Блочное моделирование месторождений полезных ископаемых.

3.2 Классификация шестигранных призм.

3.3 Моделирование сложных геологических объектов пластовых (угольных месторождений).

3.3.1 Построение тектонических нарушений.

3.3.2 Построение расщеплений угольных пластов.

ВЫВОДЫ.

IV. Анализ исходной геологической информации и подготовка ее для построения геомодели.

4.1 Геологическая документация.

4.2 Обработки первичной геологической информации для моделирования угольных месторождений.

4.3 Разработка метода и алгоритма индексации породных слоев и слоев угольных пластов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационная технология обработки неоднородных данных о состоянии массива горных пород»

Актуальность работы. В настоящее время в России ежегодно добывается более 300 млн. тонн угля. Решение технологических и инженерных задач горных предприятий с использованием компьютерных моделей месторождений полезных ископаемых значительно увеличивает темпы роста производительности и способствует обеспечению требуемой безопасности ведения горных работ. Необходимость обработки огромного количества используемых при этом топографических, геологических и производственно-технологических данных, характеризующих условия и характер функционирования горных предприятий, значительно усложняет задачи выбора оптимальных решений. Для решения таких задач необходим системный пространственный анализ разнородной распределенной информации о состоянии массива горных пород месторождения полезных ископаемых. Такой анализ должен проводиться с использованием компьютерных методик обработки горнопромышленных данных и обеспечивать принятие эффективных управленческих решений. Осуществление такой интеграции рациональнее проводить с использованием геоинформационных технологий. Поэтому создание новых технологий обработки пространственно-атрибутивной информации в угледобывающей промышленности и соответствующих компьютерных систем на их базе является весьма актуальной задачей.

Объектом исследования является информационная технология моделирования горнопромышленных систем.

Целью исследования является повышение эффективности управления и безопасности на угледобывающих предприятиях за счет своевременной и качественной обработки пространственно-атрибутивной информации с использованием ГИС-технологий.

Идея работы заключается в построении регулярной блочной модели массива горных пород с использованием объектно-ориентированной методологии и совместного использования разнородных знаний и пространственно-атрибутивных данных в рамках единой системы.

Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

1. Создана информационная технология обработки неоднородных данных о состоянии массива горных пород применительно к угледобывающим 4 предприятиям, отличающаяся системным единством используемых методов и средств;

2. Предложен метод формирования иерархических моделей осадочных месторождений с применением ГИС-технологий, позволяющий осуществлять качественное и количественное описание массива горных пород на базе регулярных адаптированных блоков (призм);

3. Разработаны классификация типов шестигранных призм блочной дискретной модели и на ее основе метод построения участков месторождения с тектоническими нарушениями и расщепляющимися пластами, позволяющие проводить геомодельное описание массивов горных пород сложных месторождений полезных ископаемых;

4. Создан алгоритм индексации породных слоев и слоев угольных пластов, позволяющий автоматизированно разметить произвольные участки углепородного массива для последующего микроанализа отдельных, произвольно выбираемых частей месторождения полезных ископаемых.

Достоверность научных положений, сформулированных в диссертации, подтверждается корректным использованием методов системного анализа и сопоставимостью результатов тестовых модельных расчетов и практического использования разработанных методов и алгоритмов обработки неоднородной информации.

Построение моделей с использованием разработанного метода повышает точность результатов расчетов на 8% по сравнению с традиционными методами моделирования.

Научная значимость работы заключается в разработке моделей, методов и алгоритмов обработки пространственно-атрибутивной информации на базе объектно-ориентированной методологии, позволяющих осуществлять компьютерное моделирование сложных горнопромышленных систем с недостижимой ранее точностью.

Методы исследований. В работе использованы методы: системного анализа; объектно-ориентированной методологии; теории вероятностей и математической статистики; ГИС-методы пространственного анализа.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологии, моделей, методов и алгоритмов обработки динамической пространственно-атрибутивной информации по горно-геологическим и горнотехнологическим объектам нескольких уровней иерархии горнопромышленных систем.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались на семинарах международного симпозиума «Неделя горняка», МГГУ (г. Москва, 2004-2007 гг.), на «Семинаре молодых ученых, специалистов, аспирантов, студентов» (г. Новокузнецк, ОАО «Про-мгаз», 2005 г.) и на Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ» (Москва, 2005-2006 гг.).

Реализация результатов работы. Разработанные модели и алгоритмы обработки геоинформации использованы при создании цифровых моделей Воркутского и Черемховского каменноугольных месторождений.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 70 наименований, содержит 43 рисунка и 7 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Конкин, Евгений Анатольевич

ВЫВОДЫ

В этой главе разработаны метод обработки геологической информации и алгоритм индексации породных слоев и слоев угольных пластов, позволяющий автоматизированно разметить произвольные участки углепород-ного массива для последующего микроанализа отдельных, произвольно выбираемых частей месторождения полезных ископаемых, которые апробированы на примере расчета моделей Черемховского и Воркутского каменноугольных месторождений.

1. Рассматривая массив горных пород как сложную систему, необходимо сказать, что объекты характеризуются большим количеством параметров, характеристик и состояний, и при этом объединены разнообразными связями и отношениями.

2. Экспертами-геологами накоплено много эвристических знаний в данной предметной области, которые в большей степени накоплены интуитивным и опытным путем.

3. Многообразие исходных данных зачастую представлено на бумажном носителе, имеет неудобный вид для анализа и дальнейшего планирования ведения горных работ экспертами.

4. Исходная геологическая информация требует тщательного анализа и интерпретации в зависимости от условий формирования угленосной толщи.

5. Разработанный метод индексации позволяет идентифицировать слои горных пород по принадлежности их к периоду формирования, тем самым моделировать массив горных пород от поверхности до заданных глубин максимально приближенно к истинному геологическому объекту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе решена важная научно-практическая задача определения системных связей и закономерностей образования и взаимодействия элементарных объектов массива горных пород, разработки методов и алгоритмов обработки информации и построения трехмерной геомодели последнего и принятия с использованием этой модели решений при проектировании и последующем управлении угледобывающими предприятиями.

В ходе создания информационной технологии обработки неоднородных данных в сплошных геологических средах лично автором получены следующие выводы и результаты:

• Обзор существующих теоретических исследований и практических разработок в области автоматизации горных работ показал несовершенство методов обработки пространственно-распределенных геоданных, а также неполноту использования исходной информации и эвристических знаний.

• Разработана и апробирована технология обработки разнородной многоуровневой информации для использования в интегрированных системах управления горнодобывающими предприятиями.

• Разработаны методы и алгоритмы формирования информационных геомоделей осадочных месторождений, позволяющие осуществлять структурно-параметрический синтез интегральной объемной модели месторождения и решать задачи системного анализа, принятия решений и управления при ведении горных работ на предприятиях угледобывающей отрасли.

• Результаты апробации реализованных методов и алгоритмов показали работоспособность и адекватность модели реальным объектам месторождения, что доказывает эффективность разработанной технологии и возможность ее применения в управлении горнопромышленными системами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Конкин, Евгений Анатольевич, 2007 год

1. Стариков A.B. Перспективные направления комплексного использования ресурсов угольных месторождений. // Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. -М.: МГГУ. 1993. - С. 168-175.

2. Троянский C.B., Васильев С.И., Богачева E.H., Перфильева З.Г. Геология и разведка угольных месторождений с основами общей геологии и гидрогеологии. // М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу. 1961.

3. Месторождения полезных ископаемых: Учебник для вузов / Ермолов В.А., Попова Г.Б., Мосейкин В.В. и др.; Под ред. В.А. Ермолова. М.: Издательство МГГУ, 2001. - С. 570.

4. Литвинов А.Г. Технология разработки интеллектуальных геоинформационных систем горнопромышленных комплексов. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Москва, 2006.

5. Ермолов В.А., Трость В.М. Моделирование месторождений полезных ископаемых на ЭВМ. М.: МГИ. - 1987.

6. Ершов Л.В., Иофис И.М., Нейман И.Б. Математические модели массива горных пород // М.: МГИ. 1983.

7. Коробов С.Д. Разработка оптимизационных методов горногеометрического анализа при освоении рудных месторождений открытым способом. Диссертация на соискание ученой степени докт. техн. наук. Москва, 1994.

8. Табакман И.Д. Календарное планирование горных работ на ЭВМ. -Горный журнал № 11. 1964.

9. Ржевский В.В., Коробов С.Д. Использование ЭВМ для подсчета объемов открытых горных работ. Горный журнал №10. 1963.

10. Квитка В.В., Левин Е.Л. Комплекс программ моделирования месторождений и карьеров на основе растровой модели. Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере. Л.: Наука, С. 56-61.

11. Проектирование, планирование и управление производством на карьерах посредством ЭВМ. Под ред. Ржевского B.B. М.: Недра, 1966 г.

12. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ. / В.В. Ершов, A.C. Дремуха, В.М. Трость, В.Н. Зуй, Т.П. Бедрина. М.: Недра 1990 г. С. 137-138.

13. Давидкович A.C., Зеленский A.C., Чурин H.A. Цифровое моделирование рудных месторождений. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции «САПР горнодобывающих предприятий», НПО 2 Кибернетика АН УзССР, Ташкент 1984.

14. Gauthier F.J., Gray R.G. Pit design by computer at gaspe copper mines. Ltd. CIM Bull., Nov. 1971, 64, #715, pp.95-102.

15. Букейханов Д.Г. Разработка методов принятия оптимальных решений при автоматизированном проектировании карьеров. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва 1992.

16. Букейханов Д.Г., Ашаев Ю.П., Съедин В.Ф. Объемное моделирование горно-геометрических параметров на ЭВМ. Известия ВУЗов, Горный журнал №10. С. 1-5. 1983 г.

17. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968 г.

18. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. Л.: Недра, 1980 г.

19. Интернет-сайт: http://www.geocad-it.ru/302/302r.html. Краткий обзор современного состояния программного обеспечения для горных предприятий.

20. Мальцев В.А. Методы и подходы к созданию программных средств управляемой интерполяции в геологических задач. М. «Руды и металлы». №1. 1994 г. С. 79-89.

21. Краткая инструкция оператора по подсчету запасов с помощью программы ГеоБлок, версия 1.5. ТОО «Гетос». Белгород 2001 г.

22. Кувашкина Т.А. Модели и алгоритмы обработки геоинформации в масштабируемом банке данных горной промышленности. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Москва, 2006 г.

23. Цветков В.Я. Моделирование в научных исследованиях и проектировании. -М.: ГКНТ,ВНТИЦентр, 1991.-С. 125.

24. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: «Финансы и статистика», 1998 г.

25. Погребицкий Е.О., Терновой В.И. Геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых. Л.: Издательство «Недра», 1974 г.

26. Гарбер И.С., Низгурецкий З.Д. Количественная оценка точности разведочных данных на угольных месторождениях. Тр. ВНИМИ, сб. 50, 1963, С. 323.

27. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1988 г.

28. Автоматизированное проектирование карьеров: учебное пособие / B.C. Хохряков, C.B. Корнилков, Г.А. Неволин, В.М. Каплан. М.: Недра, 1985. С. 263.

29. Грицай A.JI. Основы классификации моделей месторождений. -Сборник «Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере». Л.: Наука, 1981, С. 35-40.

30. Арсентьев А.И. Законы формирования рабочей зоны карьера. Л.: ЛГИ, 1986, С. 54.

31. Капралов Е.Г., Кошкарев A.B., Тикунов B.C., ЗаварзинА.В. Под ред. B.C. Тикунова. Основы геоинформатики 2004 г.

32. Коган И.Д. Подсчет запасов и геолого-промышленная оценка рудных месторождений. М.: Недра, 1974 г.

33. Пучков Л.А. Шек В.М. Патент № 2130548. Способ определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород.

34. Филиппова А. А. Геоинформационное моделирование распространения загрязнений в горнопромышленном регионе. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Москва, 2004 г.

35. А.Б. Каждан, О.И. Гуськов. Математические методы в геологии: Учебник для вузов. М.: Издательство «Недра», 1990. - 251 с.

36. Горная графическая документация. ГОСТ 2.850-75-ГОСТ 2.857-75. -М. Издательство стандартов, 1983 г.

37. Ермолов В.А. Геология. Учебник для вузов: В двух частях. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - Часть II: Разведка и геолого-промышленная оценка месторождений полезных ископаемых. - С. 392.

38. Горная Энциклопедия Том 3, М.: изд-во «Советская энциклопедия»,1986 г.

39. Большая Советская энциклопедия, М.: изд-во «Советская энциклопедия», 1972 г.

40. Материалы Интернет-сайтов горно-геологических информационных систем:http://gemcomsoftware.com, http ://datsmine/co/uk, http://miromine.com.au, http://maptec.com.au, http://surpac.com.au, http://minesoft.com, http://vistgroup.ru

41. Материалы Интернет-сайтов ГИС-ассоциаций: www.dataplus.ru, www.gisa.ru.

42. Материалы Интернет-сайта информационных технологий для геологов, маркшейдеров и горных инженеров: www.mineframe.ru.

43. Материалы Интернет-журнала CADmaster: www.cadmaster.ru/articles/article 18626.html Геология в среде AutoCad.

44. Горная Энциклопедия Том 3, М.: изд-во «Советская энциклопедия», 1986 г.

45. А.Б. Каждан, О.И. Гуськов, A.A. Шиманский. Математическое моделирование в геологии и разведке полезных ископаемых. М.: Издательство «Недра», 1979. - С. 167.

46. Аленичев В.М., Суханов В.И., Хохряков B.C. Моделирование при-родно-сырьевых технологических комплексов (горное производство) / Под ред. B.JI. Яковлева. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. С. 147.

47. Букринский В.А. Геометризация недр. Практический курс. М.: Издательство МГГУ, 2003. - С. 234.

48. Вознесенский A.C. Средства передачи и обработки измерительной информации. Учебное пособие. М.: МГГУ. 1999. С. 267.

49. Капутин Ю.Е. Информационные технологии планирования горныхработ (для горных инженеров). СПб.: «Недра», 2004. - С. 424.

50. Лукичев C.B., Наговицын О.В. Система компьютерного моделирования объектов горной технологии GeoTech-3D // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. - 2001. - № 10

51. Миронов К. В. Справочник геолога-угольщика. М., Недра, 1982, С. 311.

52. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа. 1989 г. - С. 367.

53. Подземная разработка пластовых месторождений / Михеев О.В., Виткалов В.Г., Козовой Г.И., Атрушкевич В.А. М.: Издательство МГГУ, 2001 г.

54. Пучков Л.А., Федунец Н.И., Потресов Д.К. Автоматизированная система управления угольной промышленностью. М.: Недра, 1987 г.

55. Труды X Всероссийского угольного совещания.: Ростов-на-Дону, ВНИГРИуголь, 2001, 294 с.// Файдов O.E., Старокожева Г.И., Марченко Т.Н. Информационные технологии и геолого-экономический мониторинг запасов и ресурсов углей. С. 270-273.

56. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Примеры объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. -Спб., 2001.-366 с.

57. Цхай A.A., Трунова Т.Н. ГИС «Освоение месторождения». // ArcReview 2002 современные геоинформационные технологии № 1.2002. С. 19.

58. Черемисина E.H., Марченко В.В., Чесалов Л.Е. и др. ГИС-технологии в геологическом изучении недр. М.: ВНИИгеосистем, 1996.-С. 120.

59. Шек В. М. Объектно-ориентированное моделирование горнопромышленных систем. М.: МГГУ, 2000, С. 304.

60. Конкин Е.А., Шек В.М., Литвинов А.Г. Программный комплекс «Недра» подсистемы геолого-маркшейдерского обеспечения АСУ горных предприятий. // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ - 2007. - №9. - С. 240-247.

61. Шек В.М., Линник В.Ю. Автоматизированная система оценки характеристик угольных пластов и расчета параметров шнеков очистных комбайнов. // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. - 2002. - № 5. - С. 211-214.

62. Конкин Е.А. Ввод систематизированной геоинформации при моделировании угольных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ - 2006. - №5. - С. 197-199.

63. Томаков П.И. Горные науки и промышленность / Хохряков B.C. Геоинформатика в горном производстве. М.:, 1989

64. Конкин Е.А. Индексирование угольных и породных пластов и про-пластков в объемной геоинформационной модели угольного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГГУ 2007. - №11. - С. 239-244.

65. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. 2-е изд., Спб.: Невский диалект, 1998. -558 с.

66. Анфилатов B.C., Емельянов A.A., Кукушкин A.A. Системный анализ в управлении. М.: Финансы и статистика, 2003

67. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. СП.: Из-во СПбГТУ, 2001.

68. Гейн К., Сарсон Т. Системный структурный анализ: средства и методы. М.: Эйтекс, 1992.