П.В. Васильев (ВИОГЕМ)
Окончил геологический факультет ЛГУ в 1972 г. Кандидат технических наук. В настоящее время — заведующий лабораторией моделирования и подсчета запасов месторождений. Область интересов: геометризация месторождений и разработка программного обеспечения для геологии и горно-добывающей промышленности.
Программное обеспечение для решения информационно-аналитических задач, связанных с эксплуатацией месторождений полезных ископаемых, в последние годы все более интенсивно используется геологами, маркшейдерами и горными инженерами в виде интегрированных горно-геологических информационных систем (ГГИС). По функциональному наполнению имея много общего с традиционными ГИС, эти системы отличаются рядом особенностей, главными из которых являются: изначальная ориентировка на решение 3D-задач в связи с естественной трехмерностью размещения геопоказателей и атрибутов в недрах месторождения; применение широкого комплекса методов математического моделирования для описания строения залежей; необходимость автоматизированного создания многослойных детальных карт, планов и разрезов масштабного ряда от 1:500 до 1:5000; наличие модулей или подсистем решения специальных технологических задач (от подсчета объемов и запасов до календарного планирования и оптимизации добычи); возможность визуализации динамических, изменяющихся во времени моделей для наглядного графического представления результатов работы.
Краткий обзор систем. Согласно сведениям, которые можно почерпнуть в Internet на сайтах http://www.infomine.com/technomine/suppliers и http://minenet.com, список крупных поставщиков коммерческого ПО для геологии и горного дела сегодня насчитывает несколько сот компаний, среди которых разработчиков систем не более двух-трех десятков. Постоянно обновляемый перечень программных продуктов по категории «Науки о земле, геология и горное дело», представленный на странице http://www.infomine.com/technomine/software/gibbs/dirndx.htm, состоит более чем из 2000 программ, среди которых можно выделить лишь порядка десятка мощных систем горно-геологического профиля. Это является следствием того, что для создания комплексной горно-геологической системы требуются значительные интеллектуальные и материальные ресурсы, что обычно под силу специализированным коллективам разработчиков, использующим передовые инструментальные средства программирования для решения самых сложных задач обработки пространственной геолого-маркшейдерской информации и построения объемных цифровых моделей месторождений (ЦММ).
Практически все ведущие ГГИС имеют ядро в виде собственных СУБД с оригинальным форматом хранения данных, хотя в последнее время наметилась тенденция к переходу на Oracle, MS Access и установлению тесного взаимодействия с другими базами данных через механизм ODBC. Варианты связи пространственной и атрибутивной информации для разных типов данных представлены в геореляционной или интегрированной форме. Обычный набор пространственных типов данных: точки (points), траектории опробования (dholes), полигоны и полилинии (strings, polygons), сети триангуляции (TINs), регулярные решетки и блоки (grids, blocks), нерегулярные сеточные модели данных и сети конечных элементов (meshes), сплошные объемные тела (solids). Соответственно рассеянные точки рельефа поверхности, контакты границ раздела сред, однозначно проецируемые на горизонтальную плоскость, или точки с суммарными значениями геопоказателей (например, подсчитанные мощности рудных прослоев вдоль стволов скважин) рассматриваются как точки 2D, тогда как точки геологического (геофизического, геохимического, гидрогеологического и т. д.) опробования массива пород считаются точками 3D. Это позволяет в дальнейшем выборочно применять двумерные или трехмерные методы интерполяции, такие, как метод обратных расстояний, точечный или индикаторный кригинг, интерполяцию по сетке треугольников и т. д. В результате формируются интерполяционные 2D-модели топографического порядка (grid2D, mesh2D) или 3D-модели геологических тел (grid3D, mesh3D). Последние в горном деле чаще называют блочными регулярными и нерегулярными моделями.
Следует отметить, что, например, для целей подсчета запасов некоторых типов осадочных и россыпных месторождений бывает достаточно построить по 2D-точкам сеть триангуляции Делоне и двойственную ей диаграмму Вороного (подробнее об этом см. на с. 53 — Прим. ред.), чтобы потом с приемлемой точностью оценить запасы полезного компонента. В общем случае, однако, необходимо выполнять построение полностью трехмерной блочно-каркасной модели, учитывающей тектонические нарушения, структурно-текстурные особенности массива, размытость границ рудных тел с вмещающими пустыми породами. Отсканированные и оцифрованные геологические карты и разрезы часто служат для сопоставления автоматизированных и экспертных методов построения. Обычная проблема состоит в том, что оконтуривание рудных тел на планах и разрезах выполнялось ранее геологами вручную и архивные картографические материалы, утвержденные в Государственной комиссии по запасам, не всегда соответствуют действительности. При доразведке и ведении добычных работ эти материалы быстро устаревают, необходима их постоянная актуализация. Кроме того, при падении рыночных цен на добываемое минеральное сырье (дополнительно — при увеличении обязательных отчислений, налогов, платежей) расчетное бортовое содержание полезного компонента, обеспечивающее рентабельную работу горно-добывающего предприятия, должно неизбежно повыситься. В результате этого изоповерхности технологических сортов руд и, следовательно, изолинии полезного компонента на соответствующих разрезах и погоризонтных планах приобретают иную конфигурацию, что требует корректировки графиков ведения горных работ. При разработке небольших, главным образом жильных, тел с четкими границами между рудой и породой такого рода влияние не столь существенно, как при добыче руд, например, на крупных железорудных месторождениях.
Приведем краткие характеристики некоторых ГГИС, используемых в практике информационного обслуживания, моделирования, подсчета запасов месторождений полезных ископаемых и горных работ.
DATAMINE (Datamine International, United Kingdom — http://www.datamine.co.uk) распространяется с 1968 г. В настоящий момент выпущена новая версия 4.0 для Windows 98/NT с более удобным интерфейсом пользователя. Системой пользуются несколько тысяч консультационных фирм и горно-рудных предприятий всего мира, в том числе СНГ. Многие эксперты считают ее наиболее мощной и проверенной на практике при проектировании и работе горных предприятий. Имеется весьма обширная документация, частично переведенная на русский язык, однако полной русификации последней версий программы пока нет.
PC-MINE (Gemcom International, Canada — http://www.gemcom.com.ca). Данный пакет программ широко применяется при разработке месторождений меди в Северной и Южной Америке. Новые версии работают под управлением Windows 95/NT. Имеется интерфейс с рядом программ по оптимизации стратегии горных работ по максимуму прибыли, экспорт и импорт соответствующих типов данных в форматы DXF, АRC/INFO, Surfer.
MICROMINE (Micromine Pty Ltd, AUSTRALIA — http://www.micromine.com.au). Cистема имеет довольно широкое распространение по всему миру и эксплуатируется на многих крупных горно-рудных предприятиях. В списке клиентов фирмы несколько сот ведущих компаний.
Систему отличает современный дружественный интерфейс пользователя, научная обоснованность методических подходов к решению горно-технических задач и высокое качество программной реализации положенных в основу идей. Имеются следующие модули: ядро, контур, цифровая модель поверхности, дисплей I и II, скважина I и II, геология, контроль качества, проектирование рудника, моделирование рудного тела, графопостроение, статистика, линии и контуры, проектирование рудника на пластовых залежах, маркшейдерия I и II, подземные горные работы.
Система работает на различных платформах, начиная с 486-го IBM cовместимого ПК и заканчивая UNIX-cтанциями типа SUN SPARCStation, DEC и Hewllet-Packard.
MINESCAPE (Mincom, AUSTRALIA — http://www.mincom.com.au). Mодульная система для PC и рабочих станций с UNIX-архитектурой (SUN, Silicon Graphics, IBM, DEC Ultrix). Имеет сильные позиции в угледобывающей промышленности, установлена на многих предприятиях США, Европы, Австралии. Содержит следующие модули: геологическая база данных, геофизическая база данных, каротаж скважин, геостатистика, стратиграфическая модель, блочная модель, проектирование карьера, проектирование шахты, маркшейдерия, проектирование дорог, рекультивация земель, бурение и взрыв, контроль качества, планирование. Разрабатывается версия для Windows NT. Одна из наиболее дорогостоящих программ.
VULCAN (Maptek, AUSTRALIA — http://www.maptek.com.au). Модульная программная система для моделирования месторождений, обеспечения ведения открытых и подземных горных работ. Позволяет решать большой круг горно-технических задач, начиная от построения ЦММ для подсчета запасов и кончая оперативным планированием горных работ. Совершенная и реалистичная трехмерная графика. Интерактивный подход к взаимодействию пользователя с компьютером. Перечень решаемых задач практически аналогичен возможностям систем Minescape или Datamine, отличаясь оригинальной методикой и реализацией эффективных алгоритмов. Например, в последней версии системы имеется интерфейс с аппаратурой 3D лазерной маркшейдерской съемки поверхности горных выработок, обеспечивающей погрешность не более 2,5 см в диапазоне расстояний до 300 м при плотности от 600 до 2500 точек на градус. В дополнение к получению 3D-координат точек поверхности в дополнительном канале записывается также интенсивность отражения для каждой точки для последующего анализа.
Фирма предлагает к системе Vulcan отдельный модуль календарного планирования горных работ Shute, который позволяет осуществлять автоматическую нарезку блоков в заданных контурах и получать графики оптимальной отработки взрывных блоков. При этом рассматриваются все влияющие факторы и ограничения. Используется трехмерная интерактивная графика компьютера Silicon Graphics. Разработчики программного обеспечения во многом полагаются на богатые аппаратные возможности графических станций – удаление скрытых линий, создание эффектов затенения и освещенности, масштабирование и т. п.
Первоначально пакет был предназначен только для работы на мощных графических рабочих станциях фирмы Silicon Graphics Inc. Сейчас имеется версия для Windows NT.
SURPAC Software International(AUSTRALIA, SSI — http://surpac.com.au) является быстро развивающейся компанией, которая продала к настоящему моменту более 2800 лицензий по всему миру. Компания образована в 1982 г., разрабатывает программное обеспечение для разведки, планирования горных работ и экологии. Surpac является одним из лидеров создания качественной 3D-графики для горных приложений, которые работают под Windows 95/NT и на платформе UNIX.
Некоторые дополнительные особенности: реализация английского, французского, испанского и немецкого интерфейсов пользователя скоро обещают выпустить версию с меню на русском языке; имеется практическое руководство пользователя с реальными данными, гарантирующее быстрое обучение и продуктивность изучения; система совместима с наиболее популярными СУБД и легка в использовании; цена ниже чем у аналогичных систем, однако составляет более 6 тыс. фунтов стерлингов.
TECHBASE (Minesoft, USA — http://www.minesoft.com). Расширенный вариант системы приобретен Михайловским горно-обогатительным комбинатом в 1994 г. В системе используется СУБД оригинальной архитектуры, однако можно считывать текстовые ASCII-файлы с данными.
Возможности системы следующие:
— интерполяция на основе геостатистики;
— блочно-каркасное моделирование залежей;
— расчет устойчивости откосов;
— расчет оптимальных границ карьера;
— подсчет запасов и календарное планирование горных работ;
— моделирование течения подземных вод;
— экспорт-импорт данных в различные системы (AutoCAD, dBase и т. д.).
Версии для Windows 95/98/NT пока не выпущено. TechBase может быть установлена на IBM-совместимых ПК, машинах семейства MACINTOSH, рабочих станциях IBM, Hewlett-Packard, Sun Microsystems.
GEOSTAT Software Inc. (Canada — http://www.geostat.com) предлагает пакеты для моделирования рудных тел, подсчета запасов и планирования горных работ. Пакет POLYCAD предназначен для подсчета запасов по методу полигонов Вороного (многоугольников близости при подсчете горизонтальными сечениями). Подсчет запасов на основе блочной модели с использованием пакета BLKCAD может осуществляться интерактивно для двумерного или трехмерного вариантов. Близкими техническими характеристиками обладает и система microLYNX (LYNX Geosystem Inc., Canada —http://www.minesoft.com), предназначенная для геологии, горного дела и экологии.
INTERGRAPH (Integraph, США — http://www.minesoft.com) — корпорация широкого профиля, производящая оборудование и программное обеспечения для решения задач САПР, нефте- и газоразведки, геофизики, экологии и картографии. Одним из продуктов для геологии и горного дела является программа Voxel Analyst для Windows NT, позволяющая моделировать и визуализировать сложные геоэкологические объекты, вести подсчет объемов и запасов полезных ископаемых.
По-видимому, схожими и, вероятно, даже более мощными средствами моделирования геологических объектов и развитым инструментарием обработки наборов пространственных типов данных обладает система GEOMESH (LANL, http://www.minesoft.com). Она может служить инструментом генерации, редактирования и оптимизации многокомпонентных неструктурированных сеток конечных элементов, состоящих из треугольников и тетраэдров для моделирования сложных геологических структур и происходящих в них динамических физико-химических процессов. Данное программное обеспечение является продуктом работы Лос-Аламосской национальной лаборатории и за пределы США не поставляется.
Оптимизаторы добычи полезных ископаемых. FOUR-X — пакет австралийской компании Whittle Programming Pty Ltd. (http://www.minesoft.com) позволяет осуществлять оптимизацию границ карьера по методу Лэрчса—Гроссманна. Это проверенный практикой высокоэффективный метод, значительно упрощающий проектирование рентабельных карьеров. Значение оптимального контура карьера, полученное с помощью пакета, расположено в экстремуме на горизонтальной части кривой стоимость — объем добычи. В связи с этим в дальнейшем при решении практических задач, например сооружении безопасных берм или съездов, можно вносить дополнительные изменения без существенного влияния на стоимость карьера. Пакет успешно применяется в различных частях мира и включен в программы обучения ряда горных учебных учреждений США, Канады и Австралии. При построении множества оптимальных карьеров Four-X позволяет быстро анализировать весь диапазон возможных вариантов изменяющегося ряда экономических параметров, выдавая графики ведения горных работ и прибыль по каждому варианту. Таким образом, при подготовке отчета по предприятию горный инженер в состоянии проанализировать ожидаемое влияние экономических факторов. Ведущие фирмы разработчиков горно-геологического программного обеспечения имеют соответствующие драйверы для связи с оптимизаторами компании Whittle.
NPV Scheduler (Earthworks, Australia — http://www.minesoft.com) — система оптимизации открытой добычи полезных ископаемых от недавно появившейся на горизонте компании, дочерней по отношению к DATAMINE. Современный дружественный Windows интерфейс, экспорт и импорт данных в форматы ARC/INFO, AutoCAD, Surpac, Datamine, Whittle, ASCII и др. Компания предлагает также пакет VROOM для создания и отображения картин виртуальной реальности в формате VRML по результатам моделирования горно-геологических объектов.
Ситуация на внутреннем рынке. Для построения детальных цифровых моделей месторождений, установки сетевых серверов баз данных, создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП) на горнодобывающих предприятиях требуется применение мощных компьютеров. В практике работы геологов, маркшейдеров, горняков и обогатителей отечественных горно-рудных предприятий пока редко можно встретить такие необходимые устройства, как графопостроитель, дигитайзер, цветной принтер или сканер высокого разрешения. Стоимость подобной техники достаточно высока, она требует квалифицированного обслуживания, однако ее применение при наличии хорошего программного обеспечения окупает себя, не говоря уже об оперативности поступления графической документации руководителям.
Пакет геостатистики GST (В. Мальцев, Москва). В программе реализован геостатистический подход к оценке запасов полезных ископаемых. Широко используются принципы моделирования вариограмм, тренд-анализа и интерполяции на основе кригинга. Программа имеет удобный пользовательский интерфейс, однако не поддерживает манипулятора «мышь». Недостаточно адаптирована к решению трехмерных задач подсчета запасов на месторождениях с большим числом компонентов, так как построение модели возможно за один проход лишь для двух показателей. Надежность и быстродействие программы достаточно высоки, а стоимость значительно ниже зарубежных аналогов.
GEOBLOCK («Гетос», Россия — http://www.chat.ru/~getos) работает под управлением Windows 95/98/NT. Новая версия разрабатывается с помощью Delphi 4.0 и OpenGL для визуализации 3D-графики и карт. Программа снабжена системой помощи с документацией на русском языке. Создаются файлы проектов для восстановления рабочей обстановки. Минимальная рекомендуемая конфигурация компьютера: Pentium Processor 133/32 Mб RAM, 1Гб Hard Drive.
Система управления базами данных маркшейдерских замеров, геологического опробования, цифрового моделирования, картографического материала и конечных результатов основана на формате данных Paradox. Основное назначение — моделирование месторождений и подсчет запасов руд и компонентов. Стоимость 15 тыс. руб.
Из специализированных программных продуктов необходимо упомянуть также систему ТИГР, построенную на базе MicroStation, ГИС для гидрогеологии и экологии GeoLink 2.00 (СП «ГЕОЛИНК») для платформы Windows NT. Московская фирма INTEGRA разработала оригинальную программу моделирования и краткосрочного планирования для золоторудного месторождения Мурантау в Узбекистане. Однако эта программа создана под одно месторождение, и коммерческой версии пока нет.
Перспективы дальнейшего развития. Рассмотрение динамики развития рынка коммерческих горно-геологических информационных систем свидетельствуют о быстром прогрессе в данной области. На горно-добывающих предприятиях геологи, маркшейдеры и горняки все чаще используют эти системы в своей повседневной работе. Тенденция такова, что в ближайшем будущем ГГИС должны стать более дешевыми и мощными, иметь более дружественный интерфейс пользователя, удобную систему помощи.
Можно сделать несколько общих замечаний относительно рассматриваемого программного обеспечения:
— ГГИС предназначены для квалифицированных специалистов, прошедших специальный цикл обучения и овладевших приемами геостатистики, компьютерной методики построения цифровых моделей горных выработок и рудных тел, техникой ввода и вывода информации на периферийные устройства;
— ведущие ГГИС эффективно работают на мощных персональных компьютерах или графических рабочих станциях, стоимость которых сегодня не ниже 5 тыс. дол.;
— как правило, при эксплуатации систем требуется их значительная и длительная адаптации для работы на каждом конкретном месторождении;
— стоимость базового зарубежного программного обеспечения составляет обычно выше 10 тыс. дол., а дополнительный комплект модулей (например, по оперативному планированию, оптимизации открытого карьера или гидрогеологии) может увеличить итоговую стоимость приобретаемого пакета до 25–50 тыс. дол.
Одним из главных модулей всех интегрированных горных систем является модуль подсчета запасов, во многом определяющий эффективность и стоимость системы, однако если в нем не учитываются инструктивные требования, предъявляемые Государственным комитетом по запасам (ГКЗ) к самой методике подсчета запасов, то его вряд ли будут широко использовать в практической работе. С учетом сложившейся в нашей стране экономической ситуации, а также ряда приведенных факторов можно предположить, что если зарубежные производители существенно не снизят цены и не русифицируют свои продукты, то отечественный рынок не скоро наполнится необходимым горно-геологическим программным обеспечением. В данном случае российским фирмам-разработчикам надо найти резервы для создания своих собственных ГГИС, обязательно учитывающих всю нашу регламентируемую специфику, традиции производства и инструктивно-методические материалы. Потенциальные возможности и интеллектуальные ресурсы у нас для этого есть.
Read More..
.JPG)