CC BY
66
Электронный журнал Cloud of Science. 2015. T. 2. № 1
http:/ / cloudofscience.ru ISSN 2409-031X
Визуализация и информационное сопровождение добычи угля открытыми способами1
К. Ю. Жигалов1,2
1Институт проблем управления имени В. А. Трапезникова РАН 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, 65
Московский технологический институт 119334, Москва, Ленинский проспект, 38а e-mail: kshakalov@mail.ru
Аннотация. Статья посвящена актуальной на сегодняшний момент проблеме обеспечения представления основной информации всем сотрудникам угольной компании, как узким специалистам (маркшейдерам, геобезистам и т. д.), так и менеджерам среднего и высшего звена, не являющихся специалистами в геоинформационных системах (ГИС). Основной объем информации в таких областях, как добыча угля, строительство крупных объектов, обеспечение предприятий угольными (щебеночными, песочными и др.) запасами содержится в ГИС-системах. Однако, как показывает практика, для использования такого рода систем требуется обладать определенными навыками. Для возможности использования одной информационной системы разными группами лиц требуется ее максимальная визуализация и упрощение начального интерфейса. Для реализации означенной выше задачи автором статьи предлагается группировать основные функции ПО. По умолчанию ГИС должен запускаться только с максимально простым набором функций и иметь ВЕБ интерфейс.
Ключевые слова: геоинформационные системы, системы мониторинга, 3D-визуализация, визуализация БД.
В последнее время угольно-добывающая промышленность отошла на второй, третий план, в связи с чем данная отрасль существенно недооценена производителями и интеграторами ГИС-систем, что влияет на разработки соответствующих программных решений. Тем не менее отрасль имеет ряд потребностей в создании либо адаптации современных информационных систем для сбора, хранения и обработки геопространственной и вспомогательной информации.
Если рассматривать обеспечение угледобывающей промышленности информационными системами для сбора и последующего представления информации пользователям, то можно сказать, что в существующая в настоящее время техноло-
'Приложение к статье — видиоролик на веб-странице номера.
гия имеет ряд существенных недостатков, связанных с застоем в разработках программного обеспечения [1]. Рассмотрим несколько подробнее существующие технологии сбора, хранения обработки и представления данных, а также возможные методы их усовершенствования с использованием современных наработок.
Начальные данные собираются следующими стандартными способами:
- тахеометрические измерения;
- стереоскопическая аэрофотосъемка;
- стереоскопическая наземная съемка;
- наземное лазерное сканирование;
- космическая съемка;
- воздушное лазерное сканирование;
- получение архивных карт, планов.
Описанные выше методы в отдельно взятых компаниях могут использоваться как по отдельности, так и совместно, для получения наиболее эффективного результата. Как видно, компаниями используется весь спектр современных технологических решений и тут какие-либо улучшения не требуются.
Хранение, обработка и последующее представление геопространственных данных в угольных компаниях в основном осуществляется с помощью ГИС-систем (например, «Панорама»). Большинство из функций в них отображается либо на 2Б, либо на псевдотрехмерной карте (карта представлена в виде плоской подложки). Трехмерность в такого рода системах достигается за счет размещения на подложке отдельных упрощенных (зачастую, в виде коробок) 3Б-моделей различных объектов. Как уже говорилось ранее, работа в данных системах неспециалистам крайне затруднительна с точки зрения организованности и функционала [2-4].
Последний аспект существенно затрудняет доступ менеджеров высшего и среднего звена к большей части информации, хранимой в ГИС. Исходя из сказанного выше, прослеживается необходимость в современных многомодульных ГИС, способных масштабироваться как самой структурой в целом, так и интерфейсом в частности, исходя из различного рода задач (например, программный комплекс «Талка-ГИС» разработки ИПУ РАН) [5, 6]. В программе «Талка-ГИС» ИПУ РАН масштабируемость выполнена за счет объединения функций в модули, вызываемые отдельно в зависимости от их назначения. Организация подключения этих модулей к ядру системы выполняется только в случае обращения к ним из соответствующего меню программы, что существенно экономит ресурсы системы и позволяет распределять их на визуализацию среды и работу с БД [7]. У данного предложения есть только один минус, связанный с существенным ожиданием по времени при первичном обращении к необходимому модулю после запуска программы.
ПРИКЛАДНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОЦЕССЫ
Рассмотрим реализацию данной концепции работы ГИС на угольном разрезе открытого способа добычи. В данном конкретном случае существует большое количество различных подразделений компании, участвующих в работе карьеров (логистика, геодезисты, маркшейдеры, руководство и т. д.). Все они с разной степенью уверенности ориентируются в стандартных планах и картах, представленных на бумажных носителях, не говоря уже о ГИС-системах.
Для сотрудников, плохо ориентирующихся в планах, картах — ГИС-програм-мный комплекс выглядит максимально упрощенно и интуитивно понятно (рис. 1).
Рисунок 1. Упрощенный интерфейс программного комплекса «Талка-ГИС»
производства ИПУ РАН
В данном варианте сотрудники компании могут:
- просматривать 3Б-модель всего объекта в целом;
- просматривать карту/аэрофотосъемку в режиме «с верху»;
- проводить измерения различного рода;
- просматривать измерения, произошедшие на объекте со временем как дискретно, так и в динамике;
- проводить сравнения между запланированной выработкой и фактической (путем сопоставления эталонных моделей фактическим на конкретный момент времени). Данные функции позволяют пользователю проводить мониторинг текущего состояния выработки относительно запланированного визуально (рис. 2.);
- просматривать атрибутивную информацию по объектам;
- производить пометки/выделения/перемещения объектов.
Рисунок 2. Сравнение фактической модели местности с эталонной моделью для выполнения мониторингов различного рода
Исходя из перечня хорошо видно, что описанного функционала более чем достаточно для обеспечения максимальной информативности менеджеров высшего и среднего звена организации. В данном случае пользователь получает полную, максимально приближенную к действительности, визульно понятную картину объекта во всех возможных ракурсах и со всеми необходимыми данными (рис. 3), без необходимости работы в профессиональном узкоспециализированном вспомогательном программном обеспечении.
Такой режим работы программы обеспечивает пользователя следующими возможностями.
1. Использование окна приветствия с различными проектами в древовидной форме. Данный аспект чем-то похож на приветственное меню OS Windows 8 и позволяет пользователю не разбираться в строении файловой системы в целом, и месте нахождения любого проекта в частности. Следует отметить, что в прототипе ПО, созданным ИПУ РАН на данный момент внедрена лишь часть озвученной выше идеи в виде отображения превью проектов при наведении на их названия курсором (рис. 4).
ПРИКЛАДНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОЦЕССЫ
Рисунок 3. Упрощенный интерфейс с выводом дополнительной информации
2. Легко, быстро и интуитивно понятно разобраться в работе программного комплекса неопытному пользователю (для этого функционал программы разбивается на группы в зависимости от необходимого вида):
двухмерное представление; трехмерное представление; - использование вспомогательной информации.
Данные группы позволяют пользователю не искать необходимый в работе функционал в большом количестве иконок.
3. Существенно облегчить труд клиента программы, позволяет использование интернет-технологий и браузеры для запуска приложения из любой точки, имеющей доступ в сеть, без необходимости скачивания и установки ПО. Этот аспект говорит о возможности кроссплатформенного применения, а значит, возможности запуска такого рода приложений на планшетных персональных компьютерах без какой-либо потери функционала.
4. Ограничивать функционал для проведения безопасных удаленных презентаций и отчетов. В данном случае можно отключать такие возможности программы, как:
выполнение измерений; просмотр объекта в динамике;
получение сопутствующей информации различного рода; проводить сравнения фактических моделей с эталонными;
- выборочно отображать вспомогательные объекты местности (краны, бытовые городки, линии связи и электропередачи и т. д.).
Рисунок 4. Выбор проекта с предпросмотром
В профессиональной компоновке программы добавляются следующие необходимые профессиональным узкоспециализированным сотрудникам функциональные модули:
- создания и загрузки ЗО-моделей — модуль поддерживает все основные форматы программ создания трехмерных моделей (3Ds MAX, AutoCad, и т. д.), а также позволяет моделировать примитивные трехмерные модели непосредственно в программном продукте (дома, линии связи и электрификации, дороги и проч.;
- редактирования атрибутивных данных — редактирование осуществляется по средствам добавления тех или иных данных об объекте, по кликанью на него правой кнопки мышки и выбору соответствующей функции в ниспадающем меню (рис. 5);
- редактирования данных — редактирование осуществляется как векторных, так и растровых данных; кроме того, с помощью данной функции возможно проводить векторизацию отсканированных или отснятых материалов;
- работы с БД — представляет собой конструктор форм и запросов, позволяющий не только заполнять базу данными, но и создавать новые таблицы на каждый отдельный объект в частности и проект в целом;
ПРИКЛАДНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОЦЕССЫ
- проведения вычислений — позволяет проводить вычисления различного рода, такие как ортофототриангуляция, интерполяция, фильтрация данных и т. д.;
- моделирование движения техники и объектов — модуль опционален и используется при проектировании систем автоматизированного управления объектами на площадке (экскаваторами, кранами, и другими системами);
- автоматизированный контроль и управление — модуль может не использоваться на шахтах в данное время, тем не менее развитие эффективной добычи невозможно без систем автоматизированного контроля и управления. Такого рода системы позволяют существенно повысить выработку и получать более точные данные о состоянии объекта в режиме реального времени;
- и т. д.
Рисунок 5. Вариант ниспадающего меню, появляющегося по кликанью правой кнопкой по объекту или проекту
Все вышеперечисленные модули подключаются к ядру системы только после их первого вызова, при условии наличия клиента с установленными в него библиотеками данных. Данные модули позволяют использовать функционал геоинформационных систем и простых графических редакторов в приложении к угольным разрезам как открытого, так и закрытого типов [6].
Не следует забывать и о современных тенденциях использования стереоизображений для построения систем, максимально приближенных к трехмерному отображению. Это позволит программным комплексам быть еще более реалистичными и наглядными.
В настоящее время вопросом стереоотображения занимается большое количество коммерческих и государственных компаний. Среди них есть и такие промышленные гиганты, как: Сони, Панасоник, ЭлДжи, Самсунг, АМД, Интел и другие. Данный аспект позволяет с еще большей уверенностью говорить о грядущей перспективе и актуальности данного решения.
В разрабатываемом ИПУ РАН программном продукте такой подход впервые реализован в полном объеме. Пользователи ГИС могут, кроме всего прочего, совершать трехмерные (с помощью стереоскопического режима) виртуальные прогулки и работать с картой в таком режиме. Кроме того, интерфейс предполагает разбитие рабочей зоны на несколько окон, в которых могут находиться совершенно независящие друг от друга данные (табличные данные могут сосуществовать с трехмерной стереоскопической моделью местности). Последний аспект создается благодаря использованию концепции выяснения точки пристального взгляда наблюдателя на мониторе. Это позволяет экономить ресурсы как на качестве отображения картинки в целом, так и на отображении 3D-стереоэффекта на мониторе только при пристальном взгляде в данную область экрана. Следует отметить, что такого рода ГИС-система, до настоящего времени, существует в единственном исполнении и проходит различного рода тестирования на выявление ее эффективности и повышение скорости ее реакции на изменение точки пристального взгляда оператором.
В заключение следует отметить, что описанный выше подход к построению ГИС систем может быть реализован и на другого рода объектах (строительство, добыча нефти и газа и т. д.). Внедрение ГИС-технологий нового поколения позволит повысить эффективность использования баз данных и сделать системы доступными большему кругу пользователей, таким как менеджеры среднего и высшего звена. Это существенно повысит степень их информирования и скорость принятия важных решений. Нельзя не отметить и факт получения данных в режиме реального времени, что тоже благотворно влияет на систему управления объектом в целом.
Литература
[1] Жигалов К. Ю. Адаптация и использование современных ГИС для визуализации информации в корпоративных системах на примере угольной добычи открытыми способами // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С 151. (http://www.science-education.ru/120-16076)
ПРИКЛАДНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОЦЕССЫ
[2] Жигалов К. Ю. Использование ГИС для автоматизации систем управления и мониторинга процессов строительства // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2014. Т. 10. Вып. 1. С. 543-546.
[3] Жигалов К. Ю. Использование геоинформационных систем для управления механизмами на объектах строительства автодорог // Научное обозрение. 2014. № 11-1. С. 93-96.
[4] Жигалов К. Ю. Методика фотореалистичной векторизации данных лазерной локации с целью дальнейшего использования в ГИС // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2007. № 6. С. 138-140.
[5] Алчинов А. И., Иванов А. В. Разработка многооконных интерактивных систем для обработки трехмерных изображений с использованием датчика направления взгляда оператора // Датчики и системы. 2014. № 4. С. 2-7.
[6] Алчинов А. И., Подловченко А. Б., Викторов А. В., Иванов А. В. Способ создания стереоскопического графического интерфейса пользователя компьютера / Патент на изобретение № 2380763 РФ; Зарег. 27.01.2010.
[7] Жигалов К. Ю. Адаптация современных ГИС под задачи автоматизации процессов управления механизмами на примере строительства автодороги // Естественные и технические науки. 2012. № 5. С. 235-236.
Автор.
Жигалов Кирилл Юрьевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории 22 Института проблем управления им. В. А. Трапезникова
Российской академии наук, доцент кафедры информатики и автоматизации Московского технологического института
Visualization of information in corporate systems on the example of coal production in the outdoor ways
Kirill Yu. Zhigalov1'2
1V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences 65, Profsoyuznaya Street, Moscow, Russia, 117997
2Moscow Technological Institute 38A' Leninskiy prospect, Moscow, Russia, 119334
e-mail: kshakalov@mail.ru
Abstract. Article is devoted to a actual for today problem of a providing of the main information to all staff of the coal company, as a narrow experts (to surveyors, geodezist etc.), and to managers of an average and the top management, wich are not an experts in geographic information systems. The main volume of information in such areas as coal mining, building of large objects, providing the enterprises coal (crushed stone, sand, etc.) stocks, and so on contains in GIS. However, as practice shows us, it is required to possess certain skills for proper use of such systems. Possibility of use of one information system by different groups of persons requires its maximum visualization and simplification of the initial interface. For realization marked above a task it is offered by the author of article to group the main functions of the software. By default GIS has to be started only with the simplest set of functions and have the WEB interface.
Keywords: geographic information systems (GIS), monitoring sustems, 3D.
Reference
[1] Zhigalov K. Ju. (2014) Sovremennye problemy nauki i obrazovanija, 6, 151. (In Rus)
[2] Zhigalov K. Ju. (2014) Geopolitika i jekogeodinamika regionov, 10(1), 543-546. (In Rus)
[3] Zhigalov K. Ju. (2014) Nauchnoe obozrenie, 11-1, 93-96. (In Rus)
[4] Zhigalov K. Ju. (2007) Izvestija vysov. Geodezija i ajerofotosemka, 6, 138-140. (In Rus)
[5] Alchinov A. I., Ivanov A. V. (2014) Datchiki i sistemy, 4, 2-7. (In Rus)
[6] Alchinov A. I., Podlovchenko A. B., Viktorov A. V., Ivanov A. V. (2010) Sposob sozdanija ste-reoskopicheskogo graficheskogo interfejsa pol'zovatelja komp'jutera. Patent № 2380763 RF; 27.01.2010.
[7] Zhigalov K. Ju. (2012) Estestvennye i tehnicheskie nauki, 5, 235-236. (In Rus)
