Анимационное представление движений и деформаций на техногенном геодинамическом полигоне Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 622.2:528.061.4 Т.В. Лобанова ВостНИГРИ, Новокузнецк

Б.Т. Мазуров, Е.А. Ибатуллина, И.Е. Дорогова, К.В. Дербенев СГГ А, Новосибирск

АНИМАЦИОННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ НА ТЕХНОГЕННОМ ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ

На основе результатов десяти циклов наблюдений горизонтальных смещений GPS-пунктов на техногенном геодинамическом полигоне Таштагольского железорудного месторождения создано анимационное представление основных геомеханических данных, характеризующих деформирование земной поверхности в районе объектов промплощадки, охраняемых от влияния подземных горных разработок. Такая визуализация данных позволила преодолеть различие пространственных и временных масштабов изучаемых геодинамических явлений, выявить новые интересные стороны сложного геодинамического явления, выполнить более точный и комплексный его анализ и моделирование.

T. V. Lobanova

VostNIGRI, 19 Klimasenko Ul., Novokuzneck, 654038, Russian Federation B.T. Mazurov, E.A. Ibatullina, I.E.Dorogova, K.V. Derbenev Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)

10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation

ANIMATION OF MOVEMENT AND DEFORMATIONS ON A TECHNOGENIC GEODYNAMIC GROUND

Initial was GPS data on the technogenic geodynamic ground of Tashtagol'skogo of iron-ore deposit. The presence of results of ten cycles allowed to create animation presentation of basic geodata, characterizing deformations of earthly surface on the technogenic geodynamic ground of Tashtagol'skogo of iron-ore deposit. It allows to notice the new interesting sides of the difficult geodynamic phenomenon, execute his more exact and complex analysis and design.

Одним из важнейших элементов информационной технологии геодинамического мониторинга и математического моделирования природнотехнических систем (ПТС) является визуализация параметров и полей, характеризующих ПТС. В работе [1] понятие визуализации увязано с возможностью сделать видимым для человека какие-либо невидимые данные. В работе [2] дано определение: «Визуализация (visualization, display, viewing) - преобразование невидимых человеческому глазу физических параметров или кодов объекта в удобное для зрительного восприятия черно-белое или цветное изображение». В аспекте решения некоторых задач геодинамики актуальна визуализация разнородных научных данных о ПТС: рельеф местности, геологическая структура, сейсмические данные, данные дистанционного зондирования, расположение объектов, характеристики объектов, экспертные оценки, численное моделирование, динамика во времени.

Примеры визуализации движений и полей, характеризующих напряженно-деформированное состояние земной коры по результатам геодезических наблюдений даны в [3, 4]. В [3] компьютерная визуализация полей деформаций позволила определить место эпицентра Чуйского землетрясения (27 сентября 2003 г.). В работе [4] выполнен анализ полей и моделей постсейсмических смещений Горного Алтая. Основой анализа являлись векторы смещений GPS-пунктов. Были показаны некоторые элементы технологии компьютерной визуализации, позволяющей более наглядно представить поля смещений и деформаций. А это, в свою очередь, позволяет заметить новые интересные стороны сложного геодинамического явления, выполнить более точный и комплексный его анализ и моделирование.

Поле смещений однозначно определяется двумя компонентами вектора смещений 5 в каждой точке:

(1)

Деформация связана со смещениями соотношением:

£ = <

(2)

Используя метод конечных элементов, величины (1) и (2) могут быть рассчитаны для любой точки района. Основные визуализируемые геомеханические данные: поле векторов горизонтальных смещений (1), изменение формы и деформирование границы конечно-элементной области, поля тензоров деформаций и их компонентов (2), поле абсолютных значений

векторов смещений S = +Sy .

Использование спутниковых технологий позволяет уплотнить во времени наблюдение геодинамических объектов и процессов, ПТС, приближаясь даже к мониторингу и параллельно идущей при этом математической обработке в режиме realtime. В нашем случае исходными являлись дискретные во времени и в пространстве данные о горизонтальных смещениях GPS-пунктов на техногенном геодинамическом полигоне Таштагольского железорудного месторождения. GPS-пункты расположены в районах основных объектов промплощадки, охраняемых от влияния подземных горных разработок. В обработку взяты данные о смещениях 11 -ти пунктов в 10-ти циклах наблюдений с 14 июня 2005 года по 19 сентября 2008 года [5]. Наблюдения выполнялись сотрудниками лаборатории сдвижения горных пород Восточного научно-исследовательского горнорудного

института (г. Новокузнецк) и лаборатории горной информатики Института горного дела СО РАН (г. Новосибирск).

Наличие десяти циклов наблюдений горизонтальных смещений GPS-пунктов позволило создать анимационное представление основных геомеханических данных, характеризующих деформирование земной поверхности в районе охраняемых объектов на техногенном геодинамическом полигоне Таштагольского железорудного месторождения. На экране компьютера в течение нескольких секунд возникает представление явлений, которые реально происходят на протяжении нескольких месяцев или лет на территориях размерами до сотен и даже тысяч километров. Изменение в пространстве и во времени векторного изображения величин сдвижений, моделируемого на основе фактических данных, отражает направление развития геодинамических процессов, позволяет визуально оценить влияние развивающихся во времени процессов сдвижения земной поверхности на деформирование расположенных на ней зданий и сооружений, установить причины нарушения охраняемых объектов.

Таким образом, преодолевается различие не только пространственных масштабов изучаемых геодинамических явлений, но и временных. А это позволяет заметить новые интересные стороны сложного геодинамического явления, выполнить более точный и комплексный его анализ и моделирование. Однако при этом необходимо обеспечить достоверность визуализации и анимации геомеханических данных, что обеспечивается правильным выбором граничных условий и расчетной области при моделировании процессов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Берлянт А.М. Свойства визуализации как способа моделирования геоизображений. - Геодезия и картография. - 2005. - №12.

2. Берлянт А.М. Картографический словарь. - М.: Науч. мир, 2005.

3. Мазуров, Б.Т. Поля деформаций Горного Алтая перед Чуйским землетрясением / Б.Т. Мазуров // Геодезия и картография. - 2007. - № 3. - С. 48 - 50.

4. Мазуров, Б.Т. Компьютерная визуализация полей постсейсмических смещений и деформаций / Б.Т. Мазуров // Геодезия и картография. - 2007. - № 4. - С. 51 - 53.

5. Лобанова, Т.В. Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе: автореф. дисс. ... доктора техн. наук / Т.В. Лобанова. -Новосибирск, 2009. - 37 с.

© Т.В. Лобанова, Б. Т. Мазуров, Е.А. Ибатуллина, И.Е. Дорогова, К.В. Дербенев, 2010