21907

Отраслевые геоинформационные проекты

Лекция

География, геология и геодезия

Создание карт распределения геологической продукции и информации: а по административным районам; б по геологическим структурам. Создание двумерных и трехмерных моделей подсчета запасов полезных ископаемых и карт в изолиниях. Персональные компьютеры в руках геолога представляют собой надежный инструмент который дает большие возможности как по созданию геологических отчетов геологических карт научных разработок так и по решению различных модельных задач по теории рудообразования геотектонике стратиграфии металлогении и т.

Русский

2013-08-04

139.5 KB

11 чел.

Лекция № 10

Тема: Отраслевые геоинформационные проекты

ГИС и геология

Типы пространственных задач, которые решаются в геологии с применением геоинформационных систем, можно с достаточной степенью условности разделить на пять групп:

Создание всех видов собственно геологических и тематических карт.

Решение задач геологического прогнозирования.

Создание карт распределения геологической продукции и информации: а) по административным районам; б) по геологическим структурам.

Создание двумерных и трехмерных моделей подсчета запасов полезных ископаемых и карт в изолиниях.

Мониторинг различных аспектов геологической среды.

Все эти виды задач различаются по целям, содержательному наполнению и используемому программному обеспечению.

История вопроса. Еще совсем недавно процедура обработки на ЭВМ геологической информации проводилась с помощью, как минимум, четырех специалистов: геолога, геолога-математика, специалиста по системному анализу, программиста. Т. Лаудон отмечал: «Геолог интуитивно или обоснованно выявляет закономерности, которые описывает или представляет в виде геологической теории. Геолог-математик отыскивает возможности обобщенного выражения геологической мысли, где зависимости и логические связи представлены в абстрактном виде. Специалист по системному анализу определяет наилучший вариант применения Математических методов и ЭВМ, а программист должен представить их в форме машинных программ». В обратном направлении эта цепочка работала при истолковании полученных машинных результатов.

Часто эта последовательность работала в режиме «испорченного телефона», поэтому первые опыты применения математических методов и ЭВМ в геологии приводили к настолько оторванным от реальной геологии выводам, что вызвали большое недоверие со стороны специалистов.

Ситуация в корне изменилась с появлением и развитием персональных компьютеров. Этот уникальный аппарат стал незаменимым средством для работы геолога. Постоянное расширение программного обеспечения для ПК, дружественные интерфейсы позволяют каждому геологу стать грамотным пользователем ПК. Персональные компьютеры в руках геолога представляют собой надежный инструмент, который дает большие возможности как по созданию геологических отчетов, геологических карт, научных разработок, так и по решению различных модельных задач по теории рудообразования, геотектонике, стратиграфии, металлогении и т.д. Лозунг геологов: «Mente et malleo» («Мыслью и молотком») может быть дополнен словами «Et computer».

Первые опыты пространственного анализа в геологии (тогда еще в геологии не существовало понятия геоинформационных систем) были проведены в начале 60-х годов XX в. В это время основное внимание исследователей уделялось вопросам разработки отдельных алгоритмов, поискам статистических закономерностей. Пространственный анализ сводился к построению карт изолиний и анализу поверхностей тренда. Это направление интенсивно развивалось в течение многих лет и в настоящее время представляет собой мощный инструмент решения сложных модельных задач, таких, например, как создание трехмерных моделей рудных тел и подсчет запасов полезных ископаемых в недрах.

В 70-80-х годах произошел бурный рост применения геоинформационных технологий для решения задач геологического прогнозирования. Для прогноза и оценки минерально-сырьевых перспектив отдельных территорий и регионов в качестве наиболее важного средства представления данных являлась бумажная геологическая карта. На основе карты создавались эвристические модели, в которых пространство использовалось в виде расстояний от определенных геологических объектов до месторождений полезных ископаемых. Таким образом, создавалось пространство свойств. Далее при анализе использовались различные математические подходы, такие как распознавание образов, классификации и т.д. На основе проведенного анализа создавалась новая карта, на которой показывались прогнозные площади, перспективные для открытия месторождений полезных ископаемых. В настоящее время это направление развивается в рамках использования полномасштабных ГИС.

В конце 80-х — начале 90-х годов появились компьютерные карты распределения различной геологической продукции или информации по определенным регионам. Чаще всего при построений таких карт использовались минераллоресурсные показатели: запасы полезного ископаемого, добыча и др. Также в эти годы геоинформационные технологии стали использоваться для создания собственно геологических карт и основанных на них различных производных тематических карт. Это направление интенсивно разбивается как в плане создания цифровых моделей карт, так и их подготовки для тиражирования.

С этого, наиболее важного направления использования ГИС-технологий в геологии, начнем свое рассмотрение.

Геологическая съемка. Проведение геологических съемок имеет следующие цели:

Геологическое изучение района и составление геологической карты.

Выявление поисковых признаков и поисковых критериев всех полезных ископаемых, возможных в геологической обстановке региона.

Составление карты полезных ископаемых и карт распространения их признаков.

Сбор и систематизация информации о геологических условиях освоения района и составление необходимых картографических материалов.

Прогноз мест возможной локализации месторождений полезных ископаемых и оценка их перспектив.

В состав подготовительных работ входит изучение и критический анализ фондовых и опубликованных текстовых и картографических материалов. В этот этап входит также создание текстовых файлов с необходимой описательной информацией, проводится сбор готовых цифровых карт по предшествующим работам и создание цифровых и электронных карт фактического материала. На карту фактического материала выносятся по координатам или визуально на экране монитора важнейшие метрические классы объектов — точечные, линейные и площадные: обнажения коренных пород, площади и линии детального изучения разрезов геологических подразделений, горные выработки, буровые скважины, профили геофизических наблюдений, пункты находок ископаемых остатков фауны и флоры, пункты археологических находок, источники и колодцы, пункты отбора проб для определения радиологического возраста, химического и минералогического состава горных пород и руд, их физических свойств и т.д. Содержательная информация по результатам ранее проведенного бурения, изучению коллекций шлифов и образцов горных пород, РУД и органических остатков, результатов палеонтологических и геохронологических исследований по будущему району работ и смежным территориям привязывается в виде атрибутивных характеристик к соответствующим точечным, линейным и площадным объектам и может быть в любой момент востребована в ГИС.

Создается комплекс цифровых баз данных поисковой изученности района работ.

Важное значение при производстве современных геолого-съемочных работ приобретает дешифрирование материалов аэро- и космической съемки (МАКС). В настоящее время их дешифрирование производится традиционными методами, результаты дешифрирования переводятся в цифровую форму с помощью дигитайзера. Растровая основа, привязанная к системе координат карты, дешифрируется вручную на экране ПК. При необходимости исходное изображение предварительно подвергается цифровой фильтрации или другим процедурам обработки.

Цифровые карты геофизических полей традиционно обрабатываются для пересчета полей, выделения аномалий, остаточного поля и т.д. Результаты дешифрирования представляются в виде самостоятельных слоев m ГИС.

Полевые исследования осуществляются путем проведения поисково-съемочных и по исковых маршрутов, аэровизуальных наблюдений, геофизических, геохимических, геоморфологических, гидрогеологических, петрографических, палеонтологических, стратиграфических и других исследований, проходки и геологического изучения буровых скважин и горных выработок, выполнения различных видов опробования и полевых аналитических работ. Расположение маршрутов и точек наблюдения определяется в зависимости от рельефа, геологической обстановки и данных геофизики, геохимии и др.

Все точки геологических, геоморфологических и других наблюдений, места отбора шлиховых и других проб, мелкие горные выработки и мелкие скважины привязываются глазомерно или с помощью систем глобального позиционирования.

Информация для создания геологических карт собирается при полевых исследованиях и последующей обработке собранного каменного и другого материала.

Рассмотрим с позиций формализованного представления данных процесс геологической съемки. Геологическая карта создается на основе топографической карты соответствующего масштаба. В качестве точечного объекта при геологической съемке выступает точка наблюдения или обнажение, которые являются частью геологического маршрута. Другим видом точечного объекта является искусственное обнажение: буровые скважины, поверхностные и подземные горные выработки.

Географические координаты точки определяются, как правило, по топографической карте или инструментально с помощью ГСП. Обнажение получает соответствующий номер, который служит идентификатором, объединяющим позиционную и атрибутивную составляющие. На основе собранной информации в точке формируются атрибутивные характеристики, в структуре которых присутствуют название: горной породы, ориентировка ее в пространстве, наличие границы геологического тела и т.д. В точке наблюдения производится отбор каменного материала для дальнейшего изучения вещества горной породы петрографическими, минералогическими, химическими, спектральными и другими методами. Эти исследования производятся позже и по их результатам создаются новые содержательные характеристики.

На основе точек формируется линия. Линия при геологической съемке отвечает границам геологических тел (или на языке геологов — контактам) и тектоническим нарушениям. Атрибутивная характеристика линии содержит информацию о типе границы и другим показателям.

Замкнутые линии границ геологических тел формируют полигоны, отвечающие площадям геологических тел в установленных границах. Формализованное определение геологического тела: часть статического геологического пространства, ограниченного геологической границей [Геологические тела, 1986]. Геологические тела имеют самые разнообразные объемные формы: пласты, штоки, но чаще их форма неправильная. На двухмерной геологической карте отражаются площади, полученные в результате пересечения геологического тела топографической Поверхностью данной местности. Сформированные полигоны в ГИС объединяются в слои. Слоевая структура геологической карты определяется возрастом геологических тел. Наиболее древние геологические тела образуют нижние слои, более молодые — верхние.

Таковы в общих чертах формализованные с позиций ГИС представления о геологической съемке. Многочисленная геологическая информация, получаемая в результате полевых геолого-съемочных работ, систематизируется и обобщается в виде большого количества баз данных. На ее основе, прежде всего, создаются геологические карты.

В конце 90-х годов в ряде европейских стран все большее применение стало находить составление цифровой карты непосредственно в поле. Были созданы специальные полевые компьютеры, которые имеют надежную пылевлагозащищенную конструкцию. Полевое назначение компьютера потребовало специфических изменений в его конфигурации. Компьютер можно носить на поясе. Он имеет хороший цветной дисплей, который позволяет видеть изображения на солнечном свете. В зависимости от интенсивности солнечного света изменяется контрастность изображения.

В качестве программного средства в одном из полевых компьютеров используется система GISPAD-16-бит под Windows. Система снабжена набором карт, служащих подложкой для создания Цифровой модели. Цифровые топографические карты легко импортируются. Основой является реляционная СУБД Paradox и собственное обеспечение, которое сохраняет необходимое количество векторных объектов. Пользователь-геолог может рисовать векторные объекты (точки, линии, полигоны) в картографическом окне с использованием пера и определять их атрибутивные характеристики через стандартные входные каналы. Моделирование данных и изображение объектов производится с помощью редактора объект-класс, который встроен в GISPAD. GISPAD связан с системой спутникового определения координат DGPS/GPS, а встроенный интерфейс позволяет выводить точку геологического наблюдения непосредственно на электронной карте, поэтому полевой геолог сразу определяет свое положение на местности. Материалы предыдущих геологических исследований содержатся в базе данных в виде мета таблиц. Эти данные импортируются из центральной базы данных. Интерфейс пользователя дружествен полевому геологу и позволяет работать с четырьмя типами данных: буровыми скважинами, геологическими обнажениями, геологическими разрезами и некоторыми геологическими сведениями, а также стандартными данными, которые позволяют геологу в поле решать основную задачу — картографировать точки наблюдения, которые отсутствуют в центральной базе данных. В комплектацию компьютера входит цифровая фотокамера.

Геологические карты. Одной из основных задач использования ГИС-технологий является составление цифровой модели (ЦМ) геологической карты с последующим выводом ее на печатающее устройство в виде традиционной карты.

Этот вид работ является одной из самых сложных геологических задач, решаемых с помощью ГИС. Практические выгоды от использования цифровых геологических карт: полная систематизация имеющегося картографического материала с возможностью оценки изученности площади; доступ к программным средствам, автоматизирующим рутинные операции по составлению карт и вплоть до увязки соседних профилей, горных и буровых выработок, дешифрирования аэро - и космоснимков; возможности оверлея различных слоев; редактирования и внесения правки при появлении новых данных (в идеале при наличии развитых программ интерполяции требуется лишь пополнение слоя фактического материала). Кроме этого, обеспечивается возможность использования геологической графики в любом виде, быстрой смены легенды и раскраски карт, изменения значков на карте; упрощается издание карт; создание производных тематических карт; реализация стандартных операций со слоями: сложение, объединение, анализ различий; упрощается переход от масштаба к масштабу, генерализация крупномасштабных карт; реализация пространственных запросов к базам данных; измерение площадей и расстояний на картах, пространственных сопоставлений; прогнозирования и др.

В иерархии масштабов геологических карт можно выделить государственные геологические карты масштабов 1: 1 000 000 и 1: 200 000, более крупномасштабные карты 1: 50 000, 1:10 000 и геологические планы 1:5000, 1:2000, 1: 1000. Как правило, большинство геологических карт в настоящее время. По-прежнему создается в ручном режиме на бумажном носителе с последующей оцифровкой. Ключевыми при переводе процесса геологического картографирования в автоматизированный режимы с применением компьютерных технологий остаются проблемы Иерархии, структурирования и формализации геологической информации.

Базы данных, полученные в процессе геологической съемки, чаще всего по-прежнему сохраняются на бумажных носителях: в полевых дневниках, в различных журналах опробования и т. д. и используются позже, при составлении цифровой модели карты. Результатом геологической съемки являются текст геологического отчета, комплект обязательных и специальных карт и других графических приложений, текстовые приложения, отдешифрированные и аннотированные аэрофотоснимки и космоснимки. Из других графических приложений необходимо представлять геологические разрезы, документацию и зарисовки керна буровых скважин, документацию и зарисовки горных выработок (канав, шурфов, подземных горных выработок). Из обязательных карт представляются геологическая карта, карта полезных ископаемых, карта закономерностей размещения и прогноза полезных ископаемых, карта фактического материала по всем видам проведенных работ. Все эти документы начинают представляться в Цифровом виде.

Государственные геологические карты. К числу наиболее компьютеризированных процессов геологического картографирования следует отнести создание государственных геологических карт масштабов 1:1 000 000 и 1: 200 000 [Создание Госгеолкарты-200, 1999; Создание Государственных..., 2001].

В технологии создания геологических карт объединяются: карта-основа, база первичных геологических данных, база регистрационных данных по месторождениям полезных ископаемых, ЦМ геофизических и геохимических полей, более ранние геологические карты и т. д. Предусматривается обязательное использование при составлении государственных геологических карт материалов Дистанционного зондирования. Оптимальная совокупность этих материалов, а также результатов их обработок и интерпретации, представленная в цифровом и аналоговом видах, составляет основу госгеолкарт.

Главные задачи, которые решаются при этом, заключаются в создании, поддержке и актуализации первичных баз данных, а также словарей, классификаторов, моделей геологических объектов и т.д. Важной задачей является создание серийных легенд геологических карт. При разработке легенды системность организации информации достигается путем ранжирования картографических объектов на событийно-временной основе. В содержательном плане легенда состоит из геологического, тектонического, минерагенического, гидрогеологического, минералоресурсного и других блоков. Последний этап в создании государственных геологических карт — это подготовка карты к изданию, которая включает импорт цифровых моделей в среду ГИС, их редактирование и оформление, экспорт карты в издательскую систему.

В настоящее время в геологических работах применяются в основном программные продукты компании ESRI, Inc.: Arclnfo, Arc View и Maplnfo. Некоторые отечественные программные продукты также достаточно широко применяются при создании ЦМ геологических карт. В области ГИС в качестве примера можно назвать комплекс GeoDraw, GeoGraph ЦГИ ИГРАН, главные преимущества которого — функциональность и невысокая цена. Определенным успехом пользуются отечественные системы ГИС ИНТЕГРО и ГИС ПАРК. Последняя работает под управлением устаревшей операционной системы MS DOS. Это вызывает низкую стабильность работы, что связано с особенностями режима работы MS DOS в Windows. Кроме того, затруднен обмен данными с другими приложениями Windows, что вызвано, в частности, другой кодировкой кириллицы. В ГИС ПАРК отсутствуют драйверы для современных плоттеров, что не дает возможности полностью использовать функциональные возможности последних моделей (такие, как повышенное разрешение, цветовая палитра, и т.д.)

Делаются попытки создания автоматизированных систем при решении задач геологической картографии. Эти системы помогают в реализации ряда технологических цепочек, таких, как создание фундаментальных баз первичных геологических данных, описание легенд госгеолкарты, поддержка информационных стандартов, собственно построение госгеолкарты. Однако в целом создание государственной геологической карты является творческим процессом и в основном ведется в интерактивном, диалоговом режиме.

Тематические карты. ЦМ тематических карт создаются на основе геологических карт соответствующего масштаба и имеют задачей исследование определенных закономерностей развития земной коры или минералоресурсной базы для определенной территории. Среди тематических карт можно выделить структурно-формационные, литолого-фациальные, тектонические, гидрогеологические, металлогенические и минерагенические, другие виды карт. Создание таких карт не является самоцелью, вся введенная информация в дальнейшем должна использоваться для решения различного типа прогнозных задач, определения перспектив того или иного района в отношении определенного типа полезных ископаемых или для выводов о закономерностях развития земной коры.

Геолого-экономические карты. Наибольшее развитие среди тематических карт получили геолого-экономические карты. В общем виде цифровые модели карт состоят из следующих слоев [К. Г. Стафеев, 2002]:

  1.  Минерагенический: размещение минерагенических зон и рудных районов для определенных видов полезных ископаемых. Зоны районы должны быть тесно увязаны с главными  геотектоническими элементами.
  2.  Минералоресурсный: размещение месторождений с указанием их геолого-промышленных типов, масштабов, степени освоенности, способа отработки и экономических показателей.
  3.  Промышленный: размещение горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, как действующих так и строящихся, их обеспеченность разведанными запасами, сведения о грузоперевозках минерального сырья, центрах и объемах его потребления, данные об экспорте и импорте.
  4.  Административно-экономическое районирование: вся информация привязывается к экономическим и административным районам страны.
  5.  Инфраструктурный: пути сообщения, магистральные трубопроводы и др.

Цифровые модели геолого-экономических карт как составных частей информационно-аналитических систем являются важным элементом минералоресурсной экономической оценки различных по масштабу территорий, начиная от ЦМ геоэкономической карты мира в целом. Далее идут ЦМ геолого-экономических карт Российской Федерации, федеральных округов и экономических районов, отдельных субъектов федерации, ЦМ геолого-экономических карт горнопромышленных районов. В настоящее время накоплен определенный опыт по созданию цифровых геолого-экономических карт, которые уже хорошо зарекомендовали себя в качестве мощного средства минералоресурсного анализа.

Цифровые геолого-экономические карты обладают большими преимуществами перед их бумажными аналогами. Применение компьютерных технологий при создании геолого-экономических карт позволяет оперативно учитывать меняющуюся экономическую обстановку и вносить необходимые изменения (т.е. цифровая модель карты является динамической системой). Появляется возможность количественного моделирования с использованием пространственных связей объектов и их экономических характеристик. Используя многовариантные модели, можно выбрать оптимальный вариант планирования, что значительно облегчает принятие управленческих решений, дающих определенный экономический эффект.

Специфической особенностью ЦМ геолого-экономических карт является большое количество внедренных объектов: различных Диаграмм, графиков, таблиц. Как правило, функциональные возможности используемых ГИС недостаточны для создания необходимой деловой графики. Графические и табличные внедренные объекты создаются в других системах (например, Microsoft Excel) и затем экспортируются в систему ЦМ геолого-экономической карты с использованием обменных форматов.

Карты изолиний, площадные и объемные модели подсчета запасов полезных ископаемых. В этой области применения ГИС-технологий в геологии можно выделить два класса задач поверхностного и объемного моделирования: простые и сложные.

К группе простых геологических задач относится проблема моделирования поверхности, построенной по данным наблюдений по нерегулярной сетке точек. В качестве показателей здесь могут выступать химические составы горных пород, абсолютные отметки почвы или кровли геологических тел, высота, глубина залегания, температура, давление и др. Обычно поверхность представляется в виде функции от двух переменных: P=f (х,у), где Р — значение показателя в точке с координатами (х и у). При компьютерной обработке данных создается цифровая модель (ЦМ) поверхности, в которую входит форма представления исходных данных и способ, позволяющий вычислять значение функции в заданной точке путем интерполирования, аппроксимации или экстраполяции.

Среди основных способов пространственного моделирования можно выделить: интерполяцию на основе триангуляции Делоне, интерполяцию с помощью аналитических сплайнов (£>-сплайнов), обобщенную средневзвешенную интерполяцию, кусочно-полиномиальное сглаживание, кригинг.

В качестве программного обеспечения для решения задач пространственного моделирования используются специальные разработки типа MAG, SURFER и др. Ряд полномасштабных ГИС имеют специальные модули для построения карт изолиний и поверхностного тренда.

К группе сложных задач относятся подсчеты запасов полезных ископаемых и другие информационно-аналитические задачи, которые в силу своего пространственного характера могут решаться с помощью ГИС. Однако специфика решения этих задач требует создания специальных систем, которые иногда называют горно-геологическими информационными системами. Последние по функциональным задачам имеют много общего с традиционными ГИС, но имеют также ряд функциональных особенностей. К их числу принадлежит изначальная ориентировка на решение объемных задач, поскольку информация по строению месторождений в недрах имеет трехмерный характер. Далее в этих системах широко применяются комплексы методов математического моделирования для числового описания строения рудных тел. В ГИС этого профиля имеется ряд специальных модулей, необходимых ДЛЯ создания промежуточных крупномасштабных планов и разрезов в автоматическом режиме, для решения специальных задач подсчета объемов и запасов, создания календарного планирования и оптимизации добычи. Предусматривается также возможность визуализации динамических моделей для наглядного представления результатов работ.

Этот вид работ является чрезвычайно важным в условиях рыночной экономики, когда величина запасов на месторождениях становится переменной и зависит от цены на металл или другую товарную продукцию. Поэтому важно иметь в распоряжении объемную ЦМ месторождения, чтобы оперативно учитывать колебания конъюнктуры по тому или другому виду минерального сырья.

Установлено, что увеличение стоимости добычи на 10-15 % обусловлено недостаточной точностью оконтуривания рудных тел при подсчете запасов. Еще на 10-15 % стоимость возрастает из-за разубоживания руды в процессе добычи, которое происходит также из-за неправильного оконтуривания рудных тел.

Целый ряд зарубежных и отечественных горно-геологических систем применяются в практике информационного обслуживания, подсчета запасов и организации горных работ на месторождениях полезных ископаемых (Geoblock, Geostat, Datamine, Micromine, microLYNX, Minescape, Surpac, Vulcan и др.). Основные задачи, которые решаются в этих системах, связаны с геометризацией месторождений, подсчетом запасов, планированием горных работ и т.д.

Одним из вариантов решения этих задач была разработка методики совместной работы программ Geoblock 1.2 и ГИС Maplnfo 4.0 [П. В. Васильев, Е. В. Буянов, 2000]. Программа Geoblock имеет расширенный набор средств моделирования, предоставляя возможность подсчета запасов различными способами: среднеарифметическим или суммарным, разрезов, треугольников Болдырева, объемной палетки Соболевского, регулярных блоков, тетраэдров. Методика подсчета запасов по способу разрезов (вертикальных или горизонтальных) предусматривает следующую последовательность действий:

1) выделение рудных интервалов вдоль скважин и борозд опробования;

2) расчет координат проб по данным инклинометрии и маркшейдерских замеров;

3) оконтуривание рудных тел и блоков;

4) определение средневзвешенных показателей в заданных контурах;

5) подсчет запасов руд и компонентов.

База данных детальной и эксплуатационной разведок формируется в Microsoft Excel или Access. Наиболее трудоемким является процесс ввода первичной информации с колонок документации скважин и журналов опробования горных выработок. При дальнейшей обработке первичных данных появляются дополнительные таблицы, образующие БД объемных геологических моделей. В программе Geoblock в качестве специальных БД пространственных данных используются: Hole - керновые или бороздовые пробы с координатной привязкой; Point 2D - 3D - координаты двухмерных и трехмерных точек; Polygon - трехмерные полигоны и полилинии; Tin - сети треугольников по поверхности раздела удовлетворяющие критерию Делоне или образованные с учетом линий связок и бровок; Solid - оболочки или каркасы тел, опи-сываемые полигонами.

Grid 2D-3D - регулярные двумерные и трехмерные решетки для подготовки блочных моделей, Mesh2D-3D - сети конечных элементов, состоящие из треугольников и тетраэдров. Деление на 2D и 3D типы обусловлено последовательным функциональным подходом к решению задач геометризации, принятым в программе Geoblock, которая производит расчет инклинометрии, выделение рудных интервалов, трехмерную визуализацию, подсчет объемов и запасов. Все базы данных первичной информации, справочников и пространственных данных реализованы в виде связанных групп реляционных таблиц формата СУБД Paradox или dBase. Таблицы размещаются в отдельных директориях, что позволяет упорядочить информацию и облегчить работу пользователя с большим разнообразием генерируемых сеток.

После проверки табличных данных, которые можно отобразить в системе Geoblock в виде наглядных графиков, производятся требуемые расчеты. При многовариантном подсчете запасов учитываются заданные параметры промышленных содержаний полезного компонента. В диалоговом режиме выполняется выделение рудных интервалов с использованием значений минимального промышленного содержания, минимальной мощности рудного прослоя и максимальной мощности прослоев пустой породы. Рассчитываются координаты проб вдоль разведочных пересечений, которые отражаются в картографическом окне. Затем при необходимости система координат может быть повернута на определенный угол для представления проекций скважин на плоскость KZ вдоль заданного геологического разреза. После выполнения этой операции скважины разреза могут быть импортированы в обменный формат MIF/MID Maplnfo для дальнейшего оконтуривания рудных тел.

Оконтуривание рудных тел проводится в ручном режиме в среде Maplnfo для каждого вертикального или горизонтального сечения. Кроме того, создается поле Хс координатой плоскости вертикальных разрезов. Для корректного оконтуривания надо точно совмещать вершины полигонов рудных тел с контактами рудных интервалов по скважине или борозде, выполнять последовательную трассировку границ вложенных объектов и не допускать наложения полигонов. Затем слои с полигонами преобразуются в обменный формат MIF/MID Maplnfo. Полигоны вместе с атрибутивными характеристиками импортируются в программу Geoblock. Программа использует поле Х для размещения разрезов, т.е. после экспорта и совмещения полигонов с набором скважин в картографическом окне может быть показана трехмерная блок-диаграмма месторождения.

Для определения средневзвешенных значений показателей по выделенным контурам используется процедура логического пересечения полигонов. Все пробы, входящие в рудные интервалы, участвуют в подсчете средневзвешенных значений данного контура. Параллельно определяются площади контуров.

В результате применения описанных выше методов создается комплект карт, характеризующих достоверность и точность существующих геологоразведочных материалов. Использование их в сочетании с комплектом традиционных геоинформационных моделей обеспечивает повышение качественного уровня применения ГИС в горном деле и геологии.

Дистанционное зондирование при геологической съемке и решении других задач. Основной целью обработки дистанционных материалов в процессе создания госгеолкарты является выделение площадных и линейных структур в рисунке земной поверхности - на снимках из космоса, их геоморфологическая и ландшафтная - интерпретация и установление индикационного значения этих факторов для выявления и распознавания геологических объектов. Основной методический подход достижения этой цели базируется на сочетании экспертных и компьютерных методов обработки, трансформаций и межканальных преобразований исходных данных, перечень которых регламентирован соответствующими требованиями к дистанционным материалам госгеолкарт.

Наиболее уверенно по данным дистанционных съемок фиксируются морфоструктурные или геоморфологические элементы рельефа, такие, как массивы, хребты, гряды, межгорные и предгорные депрессии и впадины, поверхности выравнивания, а также глубинные разломы (линеаменты) и кольцевые структуры. Дешифровочными признаками линеаментов являются спрямленные границы участков с различным рисунком и тоном изображения, прямолинейные формы рельефа, закономерно ориентированные и сгруппированные в зоны, спрямленные участки эрозионной сети, Узкие зоны аномального тона изображения, связанные с особенностями почвенно-растительного покрова и т.д. Особый интерес при дешифрировании материалов дистанционных съемок представляют кольцевые, дугообразные, изометричные формы рельефа и гидросети, отражающие кольцевые структуры.

Решение задач геологического прогнозирования. Целью геологического прогнозирования является предсказание наличия месторождений полезных ископаемых на данной территории на основе ее геологического строения.

Методической основой решения геолого-прогнозных задач на основе ГИС-технологий является моделирование процесса их постановки и решения. Необходима предварительная формализация понятий, связанных с прогнозом месторождений полезных ископаемых, таких, как задача, объект, область исследования, прогнозные критерии и признаки.

В качестве исходных материалов при моделировании прогнозных задач используются ЦМ государственных геологических карт, ЦМ геофизических, геохимических, дистанционных карт, представления о моделях геолого-промышленных объектов прогнозируемого оруденения.

Технология решения прогнозных задач на основе ГИС включает:

  •  расчет прогнозных характеристик по ЦМ карт для формирования таблицы «объект-свойства»;
  •  расчет производных прогнозных характеристик с помощью статистических преобразований;
  •  комплексный анализ данных и решение прогнозной задачи.

На основе этой технологии производится прогностическая оценка территорий на различные виды минерального сырья и построение прогнозно-минерагенических карт в цифровой форме и на бумажных носителях.

Практическое применение и перспективы. По состоянию на текущий момент широкое внедрение ГИС-технологий в различные сферы наук о Земле приобретает характер устойчивой тенденции. Геоинформационные технологии в геологии являются весьма важным инструментом для решения производственных и научных задач, связанных как с развитием минерально-сырьевой базы, так и с познанием закономерностей развития земной коры.

Рыночный вариант развития минерально-сырьевой базы требует разработки новых технико-экономических решений для получения максимальной прибыли при минимальных затратах. Одним из таких решений является применение высокопроизводительных технологий, в частности, компьютерных геоинформационных систем для проектирования, анализа и наглядного отображения результатов. Применение ГИС позволяет решать следующие задачи:

  •  каталогизация и управление природными и производственными минерально-сырьевыми ресурсами;
  •  планирование землепользования, анализ пригодности земель, районирование и комплексная оценка территорий при разработке месторождений полезных ископаемых;
  •  оптимизация промышленной инфраструктуры, планирование и оптимизация перевозок, организация новых транспортных маршрутов;
  •  управление распределенным хозяйством (энергосети, трубопроводы, дорожное хозяйство);
  •  осуществление анализа и проведение прогнозирования различных процессов на основе имеющихся данных;
  •  обеспечение информацией руководства при стратегическом планировании и принятии решений;
  •  оптимизация размещения горнодобывающих и обогатительных предприятий, распределение зон их влияния;
  •  экологический мониторинг, оценка и прогнозирование состояния окружающей среды при разработке месторождений полезных ископаемых;
  •  получение картографической продукции высокого качества;
  •  распечатка необходимой информации в удобных для анализа формах и масштабах.

Помимо решения задач, непосредственно связанных с формированием и воспроизводством минерально-сырьевой базы (МСБ), технологии ГИС занимают важное место в организации информационного обеспечения для разработки и реализации минерально-сырьевых программ федерального и регионального уровня и обеспечения информацией частных отечественных и иностранных инвесторов. Управленческие решения по промышленному освоению минеральных ресурсов обычно подразделяются на два класса:

1) оценка минерально-сырьевой базы, ее масштабов, качества, доступности и эффективности;

2) проектирование и выбор эффективных производственных инвестиционных и текущих решений. Оценка МСБ должна проводиться в двух направлениях: статическом и динамическом. Задача статического анализа заключается в оценке уровня (среднего значения) показателей состояния МСБ и разброс вокруг среднего значения. Оценка динамики МСБ определяет направления и темпы ее развития. ГИС-технологий все чаще выступают как средство создания информационных блоков для решения управленческих задач федерального, регионального и локального уровней.

Вопросы геолого-экономического моделирования решаются путем создания компьютерной картографической системы для аналитической базы федеральных минерально-сырьевых программ и лицензирования объектов геологического изучения и добычи полезных ископаемых. Система должна обеспечивать получение сравнительной конъюнктурной оценки (приоритетности) территорий (субъектов федеративных договоров) и конкретных объектов для ведущих полезных ископаемых по показателям федеральных минерально-сырьевых программ и реквизитам лицензий.

Объектами моделирования в системе являются субъекты РФ. Ее информационное обеспечение осуществляется за счет показателей минерально-сырьевой базы, минерально-сырьевых программ, системы лицензирования.

Анализ состояния добычи, производства, запасов полезных Ископаемых и перспектив их выявления в территориальном аспекте позволяет найти рациональное сочетание федеральных и Местных минерально-сырьевых интересов.

Полномасштабные ГИС мало подходят управленцам из-за их сложности в применении, высокой стоимости программного и компьютерного обеспечения и функциональной избыточности Потребности недропользовательских организаций наилучшим образом удовлетворяются не созданием отдельных проектов в ГИС, а разработкой пользовательских приложений к геоинформационным системам в виде специализированных информационных пакетов, независимых от материнских ГИС.

Один из основных этапов обеспечения и воспроизводства минерально-сырьевой базы заключается в проведении геолого-съемочных и поисковых работ преимущественно в масштабах 1: 200 000 и 1: 50 000. Многочисленная геологическая информация, получаемая в результате этих работ, систематизируется и обобщается в виде большого количества баз данных. Технология ГИС позволяет решать целый ряд содержательных задач, например, создавать двух- и трехмерные модели: карты, разрезы, объемные блок-диаграммы и т.д. С помощью ГИС можно делать более обоснованные выводы о наличии на исследованной территории месторождений полезных ископаемых, с большей достоверностью оценивать величину прогнозных запасов на различные виды полезных ископаемых.

Большие задачи можно решать с помощью технологии ГИС на основной стадии формирования минерально-сырьевой базы - собственно геологоразведочной. Именно на этой стадии минерально-сырьевая база получает достаточно достоверные экономические оценки, как по качеству минерального сырья, так и по его количеству, что определяется переходом в более высокие категории запасов: от прогнозных к балансовым. Параллельно оцениваются и другие экономические параметры, определяющие рентабельность отработки месторождений.

Базы данных и ГИС на стадии геологоразведочных работ можно использовать для:

  •  выделения перспективных участков и выделения слепых рудных тел на месторождении;
  •  выбора оптимальной сети геологоразведочных работ;
  •  автоматизации построения планов, разрезов, графиков и пр.;
  •  создания объемных пространственных моделей месторождения;
  •  подсчета запасов в трехмерном пространстве произвольной формы и т.д. В качестве примера можно указать на использование геоинформационной системы в геолого-экономическом анализе месторождений меди на Южном Урале. Эта система объединяет в себе инструменты блочного моделирования с возможностью проведения многовариантного подсчета запасов высокой точности и трехмерного геологического моделирования. Программа позволяет создавать экономические модели с учетом конкретных рыночных условий.

На стадии промышленного освоения месторождений ГИС вступают в область решения экономических, технических и технологических задач. Собственно геологические задачи отступают на второй план. Соответственно меняются и типы содержательных задач, решаемых в технологии ГИС. Стадия промышленного освоения месторождений является промежуточной между фазами разведки и добычи минерального сырья и включает в себя предпроектные обоснования, проектирование и строительство горно-обогатительных и горно-химических комбинатов, обустройство нефтяных и газовых скважин, прокладку нефте- и газопроводов, ЛЭП и т. д. Решение пространственных задач имеет основной целью оптимальное размещение элементов инфраструктуры будущего горнодобывающего предприятия: жилого комплекса, ТЭЦ или ЛЭП, водовода, отвалов, обогатительной фабрики и т.д. по отношению к добычным горным выработкам, транспортной сети. При крупных размерах месторождений, например для угольных бассейнов, технология ГИС позволяет устанавливать места оптимального размещения стволов шахт, карьеров, а также решать целый ряд других пространственных задач.

Крупные нефтегазодобывающие и горнорудные компании используют ГИС для планирования своей деятельности с целью получения максимальной прибыли при минимальных затратах. Обычно цифровые карты входят органичной составной частью в геоинформационные системы, в которых содержится геологическая, экономическая, промысловая, инфраструктурная и другая информация. В качестве примера можно привести структуру геолого-экономических данных, используемых в работе нефтегазодобывающей компании [П.Г.Ермак, 1999]. Базы данных объединяют обзорную карту «Территория геолого-экономических интересов нефтегазодобывающей компании» масштаба 1:1000 000 - 1:200 000, карту зон Деятельности предприятий компании масштаба 1: 200 000 - 1:50000, карты участков структурных подразделений компании масштаба 1:100 000 и крупнее. Содержание крупномасштабных карт определяется стоящими перед ними задачами. На картах отражаются топооснова и общегеографические характеристики территории (гидрография, рельеф, растительность, климатические характеристики), инфраструктурные элементы (населенные пункты, границы административных образований, транспортные магистрали и объекты, инженерные трассы и объекты - ЛЭП, ГРЭС, ТЭЦ и др-, магистральные трубопроводы), сельскохозяйственные территории, базы стройиндустрии, земли государственного лесного фонда.

Геологическая составляющая карт включает изученность территории разными методами, структурные и литолого-петрографические характеристики территорий, размещение известных месторождений углеводородов, размещение перспективных структур и месторождений других полезных ископаемых, лицензионные участки Компании и других недропользователей. Промысловая составляющая карт включает размещение нефтедобывающих подразделений, сеть транспортировки углеводородов, пункты потребления и пер6ч работки, объекты и характеристики смежных производств. На картах также отражаются элементы социальной инфраструктуры, интегральные экономические характеристики территории, экологические характеристики и тенденции риска.

Научные направления исследований с применением компьютерной картографии имеют целью изучение закономерностей развития отдельных блоков земной коры и Земли в целом. Эти задачи решаются с использованием различных тематических карт: геохимических, тектонических, формационных, палеогеографических и др. В качестве примера можно указать Атлас металлогенической зональности докембрия мира. Работы по проекту были нацелены на усовершенствование фундаментальных основ исследования металлогении докембрия и цифрового картографического представления их результатов в связи с тем, что именно докембрийские регионы позволили значительно увеличить мировой минеральный потенциал в течение последних двух десятилетий за счет открытия и разработки новых крупных и уникальных месторождений Аи, Си, Mn, Cr, U, Ni и редких металлов. Для ряда регионов была проведена систематизация данных по месторождениям и создан банк металлогенических данных по трем формализованным уровням. Атрибутивные показатели банка связаны с различными картами Атласа через идентификаторы. Представление результатов структурно-геологических и металлогенических исследований в форме единого Атласа является качественно новым методологическим подходом в изучении металлогении.

Другим примером эффективного применения ГИС-технологий является создание информационно-поисковой системы по месторождениям золота Южного Урала, которая включает привязанную к геологической карте масштаба 1:1000000 информацию о более чем 1100 месторождений и рудопроявлений золота. Характеристика каждого золоторудного объекта включает в себя информацию о его местоположении, геологическом строении, тектонической позиции, составе и возрасте вмещающих пород, минеральном составе руд, форме и размерах рудных тел и т.д.

По месторождениям твердых полезных ископаемых дна Мирового океана подготовлены комплекты цифровых карт и организация их средствами пакета Maplnfo в виде географической базы данных, инкорпорированной в ГИС с базой атрибутивных данных по месторождениям твердых полезных ископаемых дна мирового океана. С использованием созданного окончательного варианта ГИС, включающего 28 слоев и 32 000 записей в базы данных, выполнена оценка прогнозных ресурсов железомарганцевых конкреций Мирового океана.

Специфика использования материалов дистанционных съемок при нефтегазопоисковых работах определяется геологическими особенностями нефтегазоносных территории, представляющих осадочные бассейны со слабо сланцеватым чехлом большой мощности. Ловушки углеводородов, как правило, приурочена к глубоким горизонтам осадочного чехла и могут отражаться Z поверхности через элементы и компоненты ландшафта. В этих условиях материалы дистанционного зондирования позволяют объективно решать вопросы, связанные с изучением регионального строения территорий, выделением основных разрывов и блоков, контролирующих распределение нефтегазоносных структур, я также проводить картографирование элементов и компонентов ландшафта, являющихся геоиндикаторами этих структур. Для установления взаимосвязей между глубинным строением и его поверхностным отражением необходим одновременный анализ большого объема информации. Такой анализ может быть успешно осуществлен при использовании технологий ГИС, позволяющих систематизировать и формализовать имеющиеся знания, проводить обработку и комплексный анализ данных и создавать модели прогнозных объектов.

На основе технологий ГИС разрабатываются системы мониторинга геологической среды. Примером может служить подсистема мониторинга экзогенных геологических процессов (ЭГП) в рамках системы государственного мониторинга состояний недр России Сбор и обобщение получаемых данных мониторинга ЭГП, создание ГИС, интегрирующих данные мониторинга ЭГП, проводится с использованием как программных средств, разработанных в России, так и программного обеспечения ведущих мировых разработчиков ГИС.

На территории России проявлен широкий спектр экзогенных геологических процессов, которые являются опасными. К этой категории можно отнести оползневые, селевые, карстовые, абразионные процессы и явления. Снижение геологической опасности, ее прогноз требует наличия достоверных данных о развитии ЭГП, данных о динамике факторов, влияющих на их активность. Только в 1998 г. службой: государственного мониторинга ЭГП на территории России было - зафиксировано свыше 1300 активно развивающихся оползней и пять развивающихся карстовых Провалов, образование 145 новых оползневых тел и трех карстовых провалов, прохождение 68 селей, а также значительное количество проявлений других генетических типов ЭГП. Накопление Новых данных по изучению и оценке экзогенных геологических Процессов, широкое внедрение в инженерно-геологические исследования ГИС-технологий потребовали совершенствования методической базы ведения мониторинга ЭГП.

ГИС-технологий используются! также в создании системы мониторинга глубинных геологических процессов, таких, как сейсмические, вулканические, гидротермальные, которые также представляют большую опасность для человечества (извержения вулканов, землетрясения и т.д.).

Важные задачи решаются с помощью геоинформационных технологий при мониторинге геологической среды. Процессы обработки месторождений полезных ископаемых существенно изменяют характер окружающей среды в худшую сторону. Эта проблема стоит особенно остро для крупных горнопромышленных районов, где формируются многочисленные техногенные образования: отвалы карьеров и шахт, хвостохранилища, отстойники шахтных вод и т.д. Оптимальное планирование для размещения этих объектов и систематические наблюдения за ними для выяснения влияния на окружающую среду выполняются с применением ГИС-технологий. В частности, проводится районирование по степени проявления техногенных воздействий на геологическую среду.

Целый ряд других задач также решается в геологии с применением ГИС-технологий. Они используются в обучающих программах типа «Учебный геологический полигон», применяемых в ряде вузов, для создания экологических карт по условиям проведения геологоразведочных работ, для регистрации и защиты геологических памятников или геотопов (по аналогии с биотопами). Количество примеров применения ГИС в геологических исследованиях можно значительно увеличить. Все они отражают современное состояние проблемы. Но спектр пространственных геологических задач, решаемых с применением ГИС-технологий с каждым годом неуклонно расширяется и в недалеком будущем геология уже будет немыслима без геоинформационных технологий.

Контрольные вопросы

  1.  Каковы основные этапы применения ГИС в геологии?
  2.  Какие пространственные задачи в геологии решаются с применением геоинформационных технологий?
  3.  Какие виды пространственных объектов изучаются при геологической съемке?
  4.  Каковы преимущества применения цифровых технологий при составлении геологических карт?
  5.  Перечислите виды основных ГИС, применяемых в геологии.
  6.  Назовите основные способы пространственного моделирования.
  7.  Каковы основные задачи создания объемной цифровой модели месторождения полезных ископаемых?

PAGE  27


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70356. КОНСТРУИРОВАНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА В СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ «ИСТОРИЯ И ПАМЯТЬ» 65.5 KB
  Автором рассматриваются дидактические возможности формирования исторической памяти у учащихся через конструирование и изучение содержания учебно-исторического материала. Значение исторической памяти как феномена который способствует формированию национальной и гражданской идентичности общеизвестно.
70357. ГУМАНИТАРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В ИНФОРМАЦИОННОМ ОБЩЕСТВЕ 66 KB
  В статье рассматривается вопрос гуманитаризации образования и ее связи с развитием научно-технического прогресса. О гуманитаризации как об одной из основных тенденций современного образования на территории постсоветского пространства заговорили еще в начале 1990-х годов.
70358. ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ КАК БАЗОВОГО КОМПОНЕНТА ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ СТУДЕНТА ВУЗА 60.5 KB
  Статья посвящена вопросам формирования и развития у студентов высшей профессиональной школы информационной компетентности определяемой в качестве базового компонента информационной культуры личности. В данной взаимосвязи представляется педагогически целесообразным научное обоснование...
70361. АДМИНИСТРАТИВНЫЕ РЕГЛАМЕНТЫ КАК ИНСТРУМЕНТ СОВРЕМЕННОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ Н.Н. ФЕДОСЕЕВА 43.66 KB
  Правовой статус ЭАР закрепляется обычным административным регламентом утверждаемым нормативным правовым актом соответствующего уровня. О государственной автоматизированной системе РФ Выборы ЭАР состоят во-первых из автоматизированных с применением единой информационно-программной...
70362. АДМИНИСТРАТИВНЫЕ РЕГЛАМЕНТЫ ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ В СФЕРЕ ЮРИДИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ 6.89 KB
  В свете проводимой реформы административные регламенты органов исполнительной власти призваны решить ряд насущных проблем формирования и развития исполнительной власти. В условиях конституционного признания человека его прав и свобод высшей ценностью а также развития...
70363. АДМИНИСТРАТИВНО-ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ РЕГЛАМЕНТОВ 24.94 KB
  Анализ вышеназванных нормативных документов позволяет сделать вывод о том что административный регламент устанавливает сроки и последовательность административных процедур и административных действий федерального органа исполнительной власти порядок взаимодействия между его структурными...
70364. АКТЫ ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ В МЕХАНИЗМЕ РЕАЛИЗАЦИИ АДМИНИСТРАТИВНЫХ РЕГЛАМЕНТОВ 53.38 KB
  В статье исследуются понятие и сущность актов органов исполнительной власти в механизме административно-правового регулирования отмечается что административный регламент обладает всеми признаками акта управления любой административный регламент принимается на основании...