CC BY
7
© Мади П.Ш., Алькина А.Д., Юрченко А.В., Мехтиев А.Д., Аймагамбетова Р.Ж. УДК 622:004.896
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ СМЕЩЕНИЯ
БОРТОВ КАРЬЕРОВ
Мади1'2 П.Ш., Алькина1 А.Д., Юрченко2'3 А.В., Мехтиев4 А.Д., Аймагамбетова5 Р.Ж.
Некоммерческое акционерное общество «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», Караганда, Казахстан 2Национальный исследовательский Томский политехнический университет,
Томск, Россия 3Томский государственный университет, Томск, Россия 4Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, г. Астана, Республика Казахстан 5Казахстанский институт стандартизации и метрологии, г. Астана, Республика
Казахстан
ORCID*: https://orcid.org/0000-0001-5930-8112, peri@mail.ru
Резюме: ЦЕЛЬ. Разработка лабораторного образца волоконно-оптической системы и аппаратно-программного комплекса для контроля смещения пород прибортового массива с целью повышения безопасности проведения горных работ. Реализация целей данной научной работы позволит создать измерительный комплекс низкой стоимостью одной точки измерения и низким энергопотреблением. Аппаратно-программный комплекс контроля позволяет частично решить проблемы точности и достоверности выходных данных при контроле смещения прибортового массива открытых разработок. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся метод спектрального анализа светового пятна, падающего на поверхность фотоматрицы, установленной на выходе из оптического волокна при расхождении ее торцов внутри оптической ферулы. Это формирует дополнительные потери, которые можно численно преобразовать в картину изменения пикселей и далее уже в численное значение смещений. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности настройки аппаратно-программного комплекса контроля смещения бортов карьера. Предлагается новое техническое решение для контроля смещения бортов, с широким набором возможностей регулирования чувствительности датчика смещения. Анализ выполняется с помощью интеллектуальных инструментов программирования. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование датчиков смещения с аппаратно-программным комплексом контроля дает возможность повышения уровня точности и достоверности полученных данных движения пород прибортового массива. Рассмотренный аппаратно-программный комплекс контроля рекомендован к дальнейшей разработке и внедрению на горных предприятиях с соблюдением требований промышленной безопасности.
Ключевые слова: оптический контроль; смещение бортов карьера; аппаратно-программный комплекс; точность измерения.
Для цитирования: Мади П.Ш., Алькина А.Д., Юрченко А.В., Мехтиев А.Д., Аймагамбетова Р.Ж. Аппаратно-программный комплекс для контроля смещения бортов карьеров // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №3 (55). С. 126-143.
AUTOMATED SYSTEM HARDWARE AND SOFTWARE CONTROL COMPLEX
PSh. Madi1'2, АD. А1кша2, AV. Yurchenko2'3, AD. Mekhtiyev4, RZh. Aimagambetova5
1Non-profit joint stock company «Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov», Karaganda, Kazakhstan Republic of Kazakhstan 2National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia 3Tomsk State University, Tomsk, Russia 4S. Seifullin Knzakh Agrotechnical University, Astana, Republic of Kazakhstan
5Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology, Astana, Kazakhstan Republic
of Kazakhstan
ORCID*: https://orcid.org/0000-0001-5930-8112, peri@mail.ru
Abstract: THE PURPOSE. Development of a laboratory sample of a fiber-optic system and a hardware and software complex for monitoring the displacement of rocks of the instrument array in order to improve the safety of mining operations. The realization of the goals of this scientific work will allow creating a measuring complex with a low cost of one measurement point and low energy consumption. The hardware and software control complex allow partially solving the problems of accuracy and reliability of output data when monitoring the displacement of the instrument array of open developments. METHODS. In solving this problem, the method of spectral analysis of a light spot incident on the surface of a photomatrix was used, installed at the exit from an optical fiber when its ends diverge inside an optical ferule. This generates additional losses, which can be numerically converted into a picture of pixel changes and then into a numerical value of offsets. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, discusses the features of configuring the hardware and software complex for monitoring the displacement of the sides of the quarry. A new technical solution is proposed for controlling the displacement of the sides, with a wide range ofpossibilities for adjusting the sensitivity of the displacement sensor. The analysis is performed using intelligent programming tools. CONCLUSION. The use of displacement sensors with a hardware and software control complex makes it possible to increase the level of accuracy and reliability of the obtained data on the movement of rocks of the instrument array. The considered hardware and software control complex is recommended for further development and implementation at mining enterprises in compliance with industrial safety requirements.
Keywords: optical control; displacement of the sides of the quarry; hardware and software complex; measurement accuracy.
For citation: PSh. Madi, АБ. А1кта, AV. Yurchenko, AD. Mekhtiyev, RZh. Aimagambetova Automated system hardware and software control complex. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022;14;3(55):126-143.
Введение
В настоящее время в Казахстане и других странах мира существует одинаковая проблема безопасности проведения горных работ по выемке полезного ископаемого при обеспечении стабильного состояния бортов карьера на максимальных углах откоса. Это одна из важных проблем в горнодобывающей промышленности, которая в настоящий момент частично решается различными методами и средствами, но пока эффективных решений, удовлетворяющих всем требованиям производства, не предложено. Внезапное обрушение бортов карьеров при проведении добычи полезного ископаемого в забое создает в первую очередь угрозу технологическому персоналу, а также влечет за собой значительные затраты на ликвидацию последствий обрушений. В настоящее время большинство горнодобывающих предприятий переходят на открытые разработки, что экономически более выгодно, особенно в случае добычи энергетического угля. Угол откоса напрямую влияет на технико-экономические показатели и рентабельность горного предприятия. Соответственно горнодобывающему предприятию выгодно, чтобы борта карьера или разреза имели максимальный угол откоса, это существенно уменьшает объем вскрышных работ, а также снижает сумму капитальных вложений. Эти обстоятельства вынуждают горнодобывающие компании формировать план разработки карьера с максимальными углами откоса, что приводит к внезапным обрушениям бортов карьера. Известным фактом является то, что если сделать борта карьера или разреза более пологими всего на 1-2 градуса, то можно получить несколько миллионов тонн породы, что увеличит затраты на проведение вскрышных работ. Если сделать борта более крутыми на несколько градусов, то можно спровоцировать обвал и гибель персонала, находящегося в забое, или полностью нарушить процесс добычи. Каждое горнодобывающее предприятие имеет в своем составе службы главного маркшейдера и главного геолога, которые ведут наблюдение за горным массивом, но не всегда периодичный осмотр позволяет точно спрогнозировать опасность обрушения в том или ином месте проведения горных работ и избежать негативных последствий чрезвычайного
происшествия техногенного характера. Обрушения бортов опасны тем, что под завалом может оказаться горнодобывающее оборудование и персонал. Учитывая вышесказанное, производственной необходимостью являются разработка и внедрение цифровых автоматических систем для контроля смещения бортов карьеров, а также аппаратно -программных комплексов, способных круглосуточно мониторить геотехническое состояние горного массива карьера и разреза. Актуальностью работы является разработка аппаратно-программного комплекса контроля для системы мониторинга, который должен на ранних этапах развития нарушений целостности горного массива уведомить службу маркшейдера и работающий персонал о надвигающейся опасности. Научной и практической значимостью является получение новых результатов, которые позволят разработать аппаратно-программный комплекс контроля смещения бортов горного массива открытых разработок. Значимостью данной работы является переход от традиционных методов средств контроля к цифровым методам контроля в режиме реального времени. Актуальностью является поиск новых методов и средств контроля для повышения уровня безопасности проведения горных работ на открытых разработках. В настоящий момент времени сформировалась реальная потребность в таких системах на горнодобывающих предприятиях Казахстана и других стран, имеющих открытые разработки полезного ископаемых. Важным моментом является желаемая низкая стоимость одной точки измерения и всей системы в целом, так как экономические показатели являются основным критерием внедрения. Горная отрасль достаточно консервативна в плане внедрения новых технологий, в первую очередь из-за жестких нормативных требований ведения горных работ и обеспечения их безопасности, но сейчас намечена тенденция для использования цифровых технологий в горном производстве. Вторым важным моментом для внедрения системы контроля является требование, связанное с внедрением цифровых технологий и Индустрии 4.0. На основании вышесказанного актуальным является поиск новых методов для разработки автоматических систем контроля смещения бортов карьеров ранней диагностики на основе волоконно-оптических цифровых технологий.
Литературный обзор
Литературный анализ показал [1-3], что смещения формируются на внутренних слоях откоса и практически невидимы на поверхности, так как в процессе добычи полезных ископаемых формируются различные вибрационные и механические воздействия на горные породы и сформировавшиеся в них трещины легко и быстро увеличиваются. При существующем периодическом визуальном осмотре маркшейдерской службы горного предприятия данный процесс не всегда может быть вовремя зафиксирован. При этом рост трещин может происходить достаточно быстро и при достижении определенных параметров борт может сползти на нижний уступ. При наличии автоматической системы контроля возможно определить и прогнозировать на ранней стадии смещение горной породы, а также своевременно информировать персонал о надвигающейся опасности. Важным моментом является обеспечение возможности дистанционного непрерывного мониторинга геомеханического и геотехнического состояния устойчивости бортов во время эксплуатации карьера. В связи с этим горные предприятия должны быть оснащены автоматизированной системой дистанционного контроля устойчивости бортов карьера [4].
Ученые разных стран занимаются решением рассмотренной выше проблемы и ищут различные пути её решения. Отечественные школы исследований принадлежат выдающимся ученым из России, таким как Фисенко Г.Л., Саваренский Ф.П., Маслов Н.Н, Панюков П.Н, Ломтадзе В.Д., Емельянова Е.П., Демина, Галустьян Э.Л. и другие, которые заложили основу для решения проблемы устойчивости бортов карьера, а также создали различные методы и технические средства, которые в настоящий момент времени используются на отдельных горных предприятиях.
Одним из примеров является создание геотехнического радара, методов геосканирования, флуориметрического метода и т.д. Существующие методы и средства контроля достаточно хорошо изучены и описаны в работах [5-7]. Однако проблема обеспечения устойчивости и безопасности бортов карьера не решена в полной мере и требует дальнейших улучшений и поиска решений для разнообразия и сложности горных работ, проводимых на карьере или разрезе в зависимости от вида добываемого полезного ископаемого с учетом горно-геологических условий [8]. Некоторые инновационные средства имеют ограниченное применение из-за высокой стоимости капитальных и эксплуатационных затрат, которые несоизмеримы с традиционными инструментальными измерениями.
В настоящий момент времени в горнодобывающей промышленности используются
основные методы наблюдения за смещением, такие как (геометрические, тригонометрические, нивелирование, геодезические) полигонометрия, триангуляция, (трилатерация), стереофотограмметрия, которые приведены в работе [9], и относятся к традиционным методам. К преимуществам традиционных методов относится дешевое и доступное геодезическое оборудование с высокой точностью. Недостатками являются неполный охват наблюдения труднодоступных и опасных участков деформации на карьерах, а также сложность полевых и лабораторных работ.
Среди существующих двенадцати методов [10] измерения и контроля состояния бортов карьера наиболее предпочтительными методами являются: геометрическое и гидравлическое выравнивание, планирование и пространственное трехслойное измерение, измерение расстояния до линии профиля с помощью светомеров, измерение наклона линии профиля, измерение специального грунтового светового камня и автоматическая система дистанционной передачи информации для определения относительного смещения контрольной точки. Последний из перечисленных приоритетный метод является наиболее многообещающим и приемлемым для современной горнодобывающей промышленности, стремящейся использовать цифровые технологии.
Научная основа геологического обеспечения контроля устойчивости бортов карьера позволяет разрабатывать и внедрять методы наблюдения с использованием современного геодезического оборудования и технологий, таких как высокоточные наблюдения с использованием электронных тахеометров; инструментальные наблюдения с использованием глобальных навигационных спутниковых систем; автоматизированная система «GEOMOS»; наземное лазерное сканирование; использование радиолокационной интерферометрии для наблюдения за движением горных пород и земной поверхности.
Наиболее широко стали использоваться высокоточные наблюдения с использованием электронных тахеометров. Преимущества этого метода: он значительно сокращает время на выездные работы и внутреннюю обработку результатов измерений [11, 12]. Недостатки этого метода: невозможно полностью охватить недоступные и опасные участки деформации в карьере наблюдений; в опасной зоне есть наблюдатели; и стабильность обеих сторон карьера систематически контролируется локально.
Приборные наблюдения с использованием глобальных навигационных спутниковых систем также широко используются на карьерах. Этот метод имеет значительные преимущества перед традиционными методами. Преимущества этого метода: независимость от погодных условий, времени суток и года; независимость от взаимной видимости между опорными точками; высокая степень автоматизации; широкий диапазон точности; возможность непрерывного перемещения и работы. Недостатки этого метода: зависимость от препятствий; подвержен радиопомехам; требует использования дорогостоящего оборудования. В работах [13-15] рассмотрена технология GPS-мониторинга стабильного состояния бортов карьера. Принимая во внимание преимущества и недостатки электронного тахеометра и измерения GPS, авторами разработан способ проведения инструментальных наблюдений с использованием комбинации электронного тахеометра и системы GPS.
Система автоматизации GEOMOS - это система автоматизации, используемая для контроля состояния устойчивости бортов карьера, включая непрерывный автоматизированный контроль и мониторинг объектов исследования на основе использования глобальных навигационных спутниковых систем. Автоматизированная система GEOMOS позволяет производить автоматические измерения деформации с применением целого ряда различных датчиков (температуры, осадков, наклона и т.п.). Сведения о системе «GEOMOS» приведены в работе [16]. Однако из-за высокой стоимости эта технология пока не получила широкого применения в странах СНГ.
Наземное лазерное сканирование является самым быстрым и высокопроизводительным методом получения точной и наиболее полной информации о пространственных объектах, особенно о карьерах. Поэтому технология лазерного сканирования в настоящее время активно внедряется в горнодобывающее производство. Авторы в своих работах [17] подробно представили технологию лазерного сканирования.
Существующие меры по контролю устойчивости бортов карьера в основном зависят от точности условий и причин деформации. Прогнозирование и мониторинг устойчивости бортов карьера является основной задачей открытой добычи полезных ископаемых. Принимая во внимание факторы, влияющие на устойчивость бортов карьера, необходимо понимать следующее: тип нарушения, активность процесса разрушения, его характер и конфигурацию, тип деформации и ее продолжительность, параметры массива инструментов, характеристики бортов. Без систематического наблюдения такую
информацию трудно получить.
Одним из решений является использование волоконно-оптической техники и технологий. Создание цифровой системы контроля, использующей в своей работе энергию световой волны, а не электрического сигнала, позволит частично решить данную проблему. При этом можно достичь существенной экономии средств при создании комплекса контроля устойчивости бортов карьера, а также достичь цифровизации отдельных процессов горного производства. Оптическое волокно имеет ряд известных преимуществ по сравнению с традиционными инструментальными и электрическими измерительными системами, например тахеометрами, так как не использует в своей работе электрический ток. Оптическое волокно имеет низкий коэффициент затухания сигнала, невосприимчивость к электромагнитным помехам и является пожаробезопасным [18].
Были рассмотрены и проанализированы работы зарубежных ученых: Т. Ли, Ч. Ванг, Ю. Чао, Ю. Нинг, Х.-Н. Лю, К.Ван, Т.-Ю. Лю, Ю.В. Вэй, Ли Чэ-Сиэнь, Кисида Кинзо, Нисигути Кенити, Гузик Артур, Макита Ацуси, Ямаути Йосиаки, Atul Kumar, Dheeraj Kumar, U. K. Singh, P. S. Gupta and Gauri Shankar, Мадждабади Б, Долина Б, Дюссо М.Б, Kaiser P.K, Имин Чжао, Нонг Чжан и Гунъяо Си, Тао Ху, Гунюй Хоу, Цзысян Ли, Кьяра Ланчано и Риккардо Сальвини, Свадеш Чауля, Г.М. Прасад и др. в направлении создания волоконно-оптических датчиков в различных отраслях промышленности. Интерес ученых всего мира к разработке и созданию автоматических измерительных систем на основе волоконно-оптических технологий ежегодно возрастает [19-21]. Это можно объяснить некоторыми существенными преимуществами, которые ранее были описаны в работах [2225]. С точки зрения масштабного внедрения это очень важно.
При контроле устойчивости бортов особенно важно измерять параметры поля деформации прибортового массива, в котором зарождается трещиноватость. Способом решения существующих проблем является использование физико-технической основы волоконно-оптических датчиков физических величин в качестве основных чувствительных компонентов измерительной продукции нового поколения - интеллектуальных информационно-измерительных устройств и систем [26].
Для решения недостатков традиционных методов авторы в работе [27] предложили использование беспилотного летательного аппарата, также известные как дроны, с примерами и результатами. Улучшение с точки зрения надежности, размера и управляемости этих самолетов в значительной степени дополняется высоким разрешением и спектральными диапазонами, обеспечиваемыми датчиками различных камер, которые могут быть встроены в их конструкцию. С учетом функциональных возможностей и улучшения, которые претерпели программы фотограмметрии в последние годы, можно сделать вывод, что произошел качественный скачок в возможностях не только геометрического документирования и представления археологических данных, но и включения ненавязчивой аналитики высокого разрешения.
В материалах [28,29] представлен опыт использования технологии лазерного сканирования для мониторинга и управления исследуемым объектом. Сделаны выводы, основанные на преимуществах технологии трехмерного лазерного сканирования: экспериментальные результаты обработки данных процесса деформации являются высокоэффективными. Преимущества этого метода: высокая точность измерений, высокая скорость и высокая плотность. Недостатки метода: зависимость от отражающей поверхности (способности) наблюдаемого объекта; диапазон измерений ограничен.
Наблюдение за смещением горных пород и земной поверхности с помощью радиолокационной интерферометрии (радиолокационный мониторинг) успешно проводится за рубежом с середины 1990-х годов. Существует два метода радиолокационной интерферометрии: спутниковый и наземный. Целью использования радиолокационных данных для контроля и мониторинга является своевременное обнаружение смещения и деформации земной поверхности и структуры на основе регулярного получения информации об исследуемом объекте с помощью дистанционных методов.
С учетом вышесказанного в Казахстане тоже ведется работа в этом направлении, и с 2012 года ученые НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Савинова» используют технологию спутниковой радиолокационной интерферометрии для проведения научных исследований состояния угольных шахт в Карагандинской области [16,30]. Также ведутся работы по созданию аппаратно-программного комплекса для контроля устойчивости бортов карьеров, использования волоконно-оптических датчиков смещения, а полученные предварительные результаты представлены в [22].
Материалы и методы
Исследование проводилось с использованием способа измерения дополнительных
потерь при механическом воздействии и формировании изгиба на оптическом волокне. Способ основан на изменении свойств света, испускаемого от источника лазерного излучения.
На основе физической кинетики, статистической теории и электродинамики сплошных сред был разработан собственный метод. В данной работе, согласно разработанной экспериментальной схеме измерений, чувствительность фотоприемника определяется динамическим диапазоном измерений (мощность источника излучения (лазера), количество измерительных каналов, потери оптической мощности импульса света, распространяющегося по сердцевине оптического волокна, вносимые каждым соединителем потери (конвекторы, места сварки оптического волокна), оптическая длина канала, уровень отраженной мощности, микроизгибы оптического волокна и его параметры) с целью сравнения расчетных результатов с экспериментом при определении влияний малых деформаций образца на основе оптического волокна на показания датчика деформаций.
В соответствии с методологией и уровнем научных исследований, решение этой довольно сложной аналитической задачи будет рассматриваться в будущем с помощью физической динамики, статистической теории и электродинамики сплошных сред.
На основе классических физических законов оптики был разработан собственный метод. Источник лазерного излучения представляет собой лазерный диод с длиной волны 650 нм, мощностью 30 мВт, принцип действия которого основан на возникновении изменения заселенности в области pn-перехода во время инжекции носителей заряда. При механическом воздействии излучаемый свет имеет свойство изменения светопропускания при прохождении через оптическое волокно. В случае микроизгиба возникает влияние фотоупругости, что приводит к изменению показателя преломления между оболочкой и сердечником. В случае микроизгиба дополнительные потери, возникающие в оптическом волокне при механическом воздействии на него, увеличиваются, а также происходят изменения интенсивности световой волны и фазы ее распространения. Может преобразовывать изменение фазы в изменение амплитуды. Следовательно, во время механического воздействия на оптическое волокно наблюдаются изменения в характере световых волн, проходящих через сердцевину оптического волокна и падающих на поверхность фотоприемника, в котором регистрируются все изменения. Роль фотоприемника на выходе оптического волокна исполняет фотоэлектрическая матрица KMOП (CMOS) с графическим процессором измерительного канала для предварительной обработки сигналов высокого разрешения. На конце оптического волокна установлен оптоволоконный соединитель типа SC с наконечником диаметром 2,5 мм, а также физический контактный разъем UPC Ultra. Это позволяет формировать более четкие пятна света в отличие от ситуации при резке оптических волокон ножом. В процессе настройки определяется фокусное расстояние между концом разъема и поверхностью фотоматрицы. Эта настройка позволяет аппаратно-программному комплексу контроля записывать все изменения светового пятна при воздействии на оптическое волокно.
Аппаратно-программный комплекс контроля (АПКК) разработан с использованием элементов библиотеки OpenCV (Open Source Computer Vision Library) [31]. OpenCV - это библиотека компьютерного зрения с открытым исходным кодом, библиотека алгоритмов теории и технологии создания машин, которые могут производить обнаружение, отслеживание и классификацию объектов. OpenCV реализована на основании компилируемых статистически типизированных языков программирования, в данном комплексе используется версия для языка Python [32]. Генерация и отображение графиков производится в библиотеке Matplotlib [33] на языке программирования Python для визуализации данных с использованием двумерной (2D) графики (также поддерживается 3Б-графика). Интерфейс был реализован с помощью библиотеки Tkinter. Tkinter - кросс-платформенная событийно-ориентированная графическая библиотека на основе средств Tk [34], входит в стандартную библиотеку Python [35].
На рисунке 1 показан опытный образец датчика смещения и АПКК, который оценивает изменения пикселей световых пятен, образующихся на выходе оптического волокна и падающих на поверхность телевизионной матрицы. В качестве источника излучения используется твердотельный лазер от визуального локатора с длиной световой волны 650 нм (видимый диапазон света).
Рис.1. Метод контроля изменения пикселей Fig.1. Method of control of change of pixels of light светового пятна spot
Рис.2. Волоконно-оптический датчик смещения (ВОДС) а) в начальный момент раскрытия трещины б) процесс раскрытия трещины: 1 - оптическое волокно, 2 - неподвижный коннектор, 3 - подвижный коннектор, 4 -ферула, 5 - пружина, 6 - основание, 7 - репер неподвижный, 8 - репер подвижный, 9 -трещина, 10 - грунт.
Fig.2. Fibre optic offset sensor (WOSM) a) at the initial crack opening b) crack opening process; 1 - optical fiber, 2 - fixed connector, 3 -movable connector, 4 - ferule, 5 - spring, 6 - base, 7 - fixed, 8 - movable reference, 9 - crack, 10 -ground.
Волоконно-оптический датчик смещения (ВОДС), представленный на рисунке 2, имеет две основные части: подвижную и неподвижную. Подключение ВОДС к АПКК выполнялось по средствам волоконно-оптических патч-кордов с коннекторами типа SC. Полировка концов оптических волокон осуществлялась по требованиям стандарта иТР. Подвижная и неподвижная части закрепляются к реперам, погруженным в грунт. Все изменения фиксируются фотоматрицей и обрабатываются АПКК в режиме реального времени.
Неподвижная часть ВОДС устанавливается на одном репере, а подвижная часть ВОДС крепится к другому реперу при помощи металлического или синтетического каната небольшого сечения. При сползании горного массива в карьер репер расходится, и это будет зафиксировано АПКК. При помощи реперов контролируется прибортовой массив, это уже отработанный и сложившийся визуальный маркшейдерский метод, только автоматика берет на себя роль человека в течение длительного времени в непрерывном режиме. Лабораторный образец ВОДС может контролировать смещение до 30 мм, но при необходимости предел может быть расширен. ВОДС имеет достаточно простую конструкцию, а принцип его работы основан на методе измерения дополнительных потерь, которые формируются при расхождении двух прямых торцов одномодовых оптических волокон стандарта G652, помещенных внутрь оптической ферулы. Соответственно, чем дальше отходят друг от друга концы оптических волокон, тем больше становятся показатели дополнительных потерь. При помощи натяжных муфт 7 выполнялась растяжка подвижной и неподвижной частей относительно друг друга. АПКК с 4 каналами способен работать с процессором 13 и выше. Для увеличения числа каналов понадобится большая вычислительная мощность и количество ядер процессора. Численные показания смещения фиксировались при помощи цифрового измерителя смещения. Схема проведения эксперимента представлена на рисунке 3.
Лабораторный образец ВОДС имеет достаточно высокую точность и линейность измерения смещения. Измерения точности смещения были произведены с помощью измерительного устройства, показанного на рисунке 4, с точностью 0,01 мм.
Простота конструкции ВОДС обеспечивает его невысокую стоимость производства и не вызывает проблем с эксплуатацией в условиях холодного климата Казахстана.
Лабораторный образец АПКК может работать одновременно с четырьмя ВОДС, в дальнейшем их количество будет увеличено до 32, что вполне достаточно для контроля зоны проведения горных работ.
АПКК состоит из блока обработки данных с источником видимого излучения с длиной волны 650 нм и четырех фотоматриц с графическими процессорами на каждый канал. Источник излучения используется один, световая волна разделяется в равных долях между всеми каналами. Мощность лазера составляет от 20 до 100 мВт в зависимости от числа каналов и дистанции от блока обработки данных до точки установки ВОДС. Важным моментом является обеспечение когерентности источника излучения и стабилизация его частоты. Допустимые отклонения при длине световой волны 650 нм не более 5 нм.
АПКК содержит программное обеспечение, которое устанавливается на компьютер. Интерфейс программы, показанный на рисунке 5, представляет собой главное окно, предоставляющее: 1) блок запуска в фоне и кнопку стоп, 2) блок настройки камер, 3) блок мониторинга активности, 4) - блок индикаторов состояния и сигналов, блок регистрации движения с ведением логов по времени; 5) - кнопку сохранения настроек «Применить».
В блоке 1 - кнопка «Запуск в фоне», запускает программу в нормальном режиме. При запуске программы берется эталонное изображение для сравнения всех следующих с ним для измерения изменений. Кнопка «Стоп» - остановка программы.
В блоке 2 - настройки камер, существуют четыре вкладки, для настройки каждого канала отдельно, в каждой вкладке имеются шесть полей ввода параметров и две функциональные кнопки «Настройка камеры» и «Запуск камеры в режиме отладки».
Рис.3. Схема проведения эксперимента 1 - блок обработки данных с источником видимого излучения с длиной волны 650 нм (полупроводниковый лазер) и фотоматрица с графическим процессором, 2 оптический коннектор SC, 3 - входной патч-корд, 4 -выходной патч-корды, 5 - волоконно-оптический датчик смещения, 6 - пружина, 7 - натяжная муфта, 8 - измеритель смещения, 9 - основание, 10 - шпилька натяжения, 11 - гайка натяжения, 12 - соединительный кабель USB, 13 -персональный компьютер, 14 - соединительный кабель USB, 15 - персональный компьютер
Fig.3. Experimental scheme
1 - data processing unit with a source of visible radiation with a wavelength of 650 nm (semiconductor laser) and a photomatrix with a graphic processor, 2 optical connectors SC, 3 - input patch cord, 4 - output patch cord, 5 - fiber-optic offset sensor, 6 - spring, 7 - tension clutch, 8 -deflection meter, 9 - base, 10 - tension stud, 11 -tension nut, 12 - USB connecting cable, 13 -personal computer, 14 - USB connecting cable, 15 -personal computer
Рис. 4 Измерительное устройство, фиксирующее Fig.4. Measuring device for the offset pitch шаг смещения
1 I 3 4
2 ппп ппп и и и, и и и mm 1 и 1
KMt^i 1 >»и(12 Ии>и M C«0/wO &0«r» • -о (редко* мичвмив <мепамку|
2 *оп*ы*аъа среди*! ru«» 1Ь ПОРОГ С ••■ОЙ ар>ос 1и п ia»w)(up'>M(M> ы период ■ сели 6ve»i белыми 01 0 до îSB ппп ппп и и и, и и и mm 1 и 1
3 •кщрийо ЧИвИМИМИ 5000 l...-o-р* г»!»« ofMluniMOCIH р»'*с'р»ции ДМж*мИЙ ппп ппп и и и у и и и mm 1 и 1
ппп ппп и и и, и и и mm I и 1
HtnWia 1 niipii iiii)U tauNn ■ днмя оинцш
Рис.5. Главное окно интерфейса АПКК Fig.5. Main window of the APCC interface
В блоке настройки камеры поля параметров обозначают: 1 - количество кадров с камеры, которое будет усреднено в одно изображение, применяется для снижения шумов камеры. Увеличение значения также увеличивает время реакции детектирования. В среднем камера снимает 30 кадров в секунду. Например, при значении этого параметра, равном 10, займет 10/30 = 1/3 = 0.33 секунды на каждое получение изображения. При изменении этого параметра в момент работы программы необходимо перезапустить программу (нажать стоп и запустить повторно). Прямо влияет на чувствительность детекции и время реакции.
2 - Количество изображений (измерений значений) за один период детекции. Служит для построения графиков скорости изменения и величин значений (белых пикселей) и указания периода - раз в сколько изображений (измерений значений) выявлять движение Минимальное значение = 2
3 - Пороговое значение цвета пикселя в градациях серого (от 0 до 255), при котором произойдет срабатывание (превращение его в белый) для подсчета. 0 = черный 255 = белый 1-254 = оттенки серого. Прямо влияет на чувствительность детекции.
4 - Количество срабатываний (детекции движения) подряд до сигнала ТРЕВОГИ.
5 - Значение порога срабатывания детекции движения (количество белых пикселей), при превышении которого будет зарегистрировано движение.
6. Значение увеличения порога чувствительности на величину N при регистрации движений подряд. При отсутствии движения значение будет сброшено к исходному значению из поля 6.
При нажатии кнопки «Настройки камеры» - открывается браузер с IP-адресом текущего канала для настройки IP-камеры в веб-интерфейсе, показанный на рисунке 6, для наладки аппаратных характеристик матрицы.
Рис.6. Веб-интерфейс настроек камер Fig.6. Web interface of camera settings
Во вкладке «Picture», показанной на рисунке 7, производится настройка параметров картинки светового пятна: яркости, контрастности, цветности, резкости, гамма, отражения, вращения.
Sty* впдМпм!
Сощгм S«lur«bO№ S*wpnm» Gamma Шп* ГЦ)
Day V I
Standard 4/ I
_/■*_
1 U \ T 1 3
u- 1 * £
pri_ ~u 1+3 —r+i 5
С On • "y Oft -05
. 0- -1
50 SO iO
so so
Рис.7. Вкладка «Picture»
Fig. 7. Picture tab
Во вкладке «Exposure», показанной на рисунке 8, производится настройка параметров экспозиции, выбирается режим работы затвора.
При нажатии кнопки «Запуск в режиме отладки» - запускается режим отладки. Режим отладки в состоянии покоя представляет собой стандартное окно, представленное на рисунке 9.
Запуск в режиме отладки запускает программу в режиме показа поступающих и обрабатываемых значений, состоящих из трех окон:
Первое окно показывает разницу между эталоном и текущим изображением;
Второе окно показывает, сколько пикселей (серых точек) сработало - превысило пороговое значение и перешло в белые пиксели;
Третье окно показывает графики. Верхний график показывает разницу (мгновенную скорость изменения количества белых пикселей) между двумя последовательными значениями количества белых пикселей во времени. Нижний график показывает общее количество белых пикселей в каждом последовательном изображении.
Рис. 8. Вкладка «Exposure»
Fig. 8. Exposure tab
Рис. 9. Окно режима отладки в состоянии покоя Fig. 9. Debugging mode window at rest
Запуск в режиме отладки запускает программу в режиме показа поступающих и обрабатываемых значений. В окне, показанном на рисунке 10, представлены результаты при смещении на разные расстояния, где первое окно показывает разницу между эталоном и текущим изображением, а второе окно показывает, сколько пикселей (серых точек) сработало - превысило пороговое значение и перешло в белые пиксели.
Для остановки программы в режиме отладки, достаточно закрыть окно режима отладки. В блоке мониторинга активности показаны размеченные шкалы,
обозначенные цифрой 3, соответственно для каждой камеры (рисунок 5).
Блок индикаторов состояния и сигналов указан цифрой 4 (рисунок 5). Индикатор состояния программы при запуске становится зеленым. Индикатор детекции движения при срабатывании становится желтым. Индикатор детекции тревоги при срабатывании заданного количества сигналов «движение» становится красным.
Блок регистрации движения с ведением логов по времени записывается на жесткий диск до востребования. Все блоки предоставляют полную информацию об изменениях абсолютных и скоростных изменений пятна в режиме реального времени с сохранением времени срабатывания сигналов, возможностью полной настройки с мгновенным применением параметров.
Кнопка сохранения настроек кнопки «Применить». Кнопка «Применить» изменяет значения переменных и сохраняет их в файл «config.ini», который всегда должен находиться в той же папке, что и программа, при ее запуске все значения загружаются из этого файла. Кнопку «Применить» можно использовать при работающей программе без остановки для изменения параметров и чувствительности в реальном времени.
а) - при смещении на 5 мм a) - when offset by 5 mm
б) - при смещении на 20 мм b) with an offset of 20 mm
Ф
в) - при смещении на 25 мм c) - when offset by 25 mm
Рис. 10. Окно режима показа поступающих и Fig. 10. Window for displaying incoming and
обрабатываемых значений при различных processing values at different offset
смещениях
Обсуждение
Аппаратно-программный комплекс контроля показал способность установить величину смещения торцов оптического волокна внутри ферулы и преобразовать возникающие дополнительные потери в численные значения показателей смещения. При расхождении торцов оптического волокна внутри ферулы количество белых пикселей увеличивается пропорционально их величине смещения. Дополнительные потери, возникающие при расхождении торцов оптического волокна, вызвали снижение интенсивности светового пятна. При снижении интенсивности количество белых пикселей увеличивается, так как снижение интенсивности напрямую зависит от роста дополнительных потерь, возникающих в оптических волокнах при расхождении их торцов на определенное расстояние. В процессе экспериментов установлено, что аппаратно-программный комплекс контроля способен реагировать на изменение интенсивности светового пятна, падающего на поверхность фотоматрицы в режиме реального времени. Также в процессе эксперимента установлено, что источник излучения вносит помехи, которые необходимо отслеживать, а их значения исключать из общего процесса выдачи результатов измерения. Источник излучения должен быть когерентным, и любые изменения длины световой волны 650 нм более чем на 10 нм приводят к нарушению системы и выдачи ложных результатов. Для доказательства выдвинутой гипотезы стабильность источника излучения была нарушена путем изменения тока накачки лазера в течение времени. Это вызвало пульсации и колебания длины волны, превышающие 10 нм (рисунок 11). На графике отмечены изменения интенсивности светового пятна, которые были преобразованы в численные значения изменения пикселей. Наблюдался временный всплеск, который прекратился после включения стабилизатора тока накачки лазера. Для стабилизации тока накачки лазера необходимо использовать параметрический стабилизатор с низким коэффициентом пульсации.
4
1 2
м, А*" * , . А
•■ji
Рис. 11. Режим показа при нестабильной работе Fig. 11.Display mode for unstable laser operation лазера
Для борьбы с помехами и вышеописанными явлениями используется интеллектуальная обработка данных с использованием инструментов Open Source Computer Vision Library на языке программирования Python с генерацией и отображением графиков библиотеки Matplotlib и Tkinter. Аппаратно-программный комплекс контроля имеет функции обучения для распознавания помех, которые отличаются от полезного сигнала. Изменения интенсивности помех отличаются от изменения данного параметра в случае возникновения смещения.
В окне программы камеры можно четко видеть световое пятно, которое имеет различную степень градации интенсивности. Сердцевина является более яркой, а оболочка более темной. При этом программный комплекс контроля представляет негативное изображение, когда сердцевина является более темной. При отсутствии смещения количество черных пикселей максимально, при начале смещения черные пиксели заменяются белыми.
Выводы
Проведенные лабораторные испытания показали, что ВОДС имеет достаточно высокую точность и линейность измерения смещения. Аппаратно-программный комплекс контроля, оснащенный ВОДС, имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими реперными наблюдательными станциями, которые не имеют возможности автоматизировать процесс контроля смещения бортов горных пород и своевременно предупреждать работающий персонал об опасности. Важным моментом является то, что предлагаемый ВОДС является полностью взрывобезопасным, так как в нем применяется оптическое волокно, по которому распространяется световая волна. Кроме того, можно отметить, что конструкция ВОДС достаточно простая и позволяет обеспечить невысокую стоимость его производства и не создает проблем с эксплуатацией в условиях холодного климата Казахстана. Созданный АПКК может работать одновременно с четырьмя ВОДС, но в дальнейшем их количество будет увеличено до 32 для одного измерительного модуля, что вполне достаточно для контроля зоны проведения горных работ на открытых разработках.
Разработанный аппаратно-программный комплекс контроля устойчивости бортов карьера с использованием волоконно-оптических датчиков смещения доказал свою работоспособность и имеет перспективу промышленного использования при соответствующей доработке. Аппаратно-программный комплекс контроля позволит повысить безопасность проведения горных работ по выемке полезного ископаемого на открытых разработках.
Литература
1.Ожигина С.Б., Сашурин А.Д., Ожигин С.Г., Ожигин Д.С., Кулыгин Д.А. Мониторинг состояния устойчивости карьерных откосов. Интерэкспо Гео-Сибирь. 2016. V. 1. no. 2. pp. 161-166
2.Низаметдинов Ф.К., Мустафин М.Г., Ожигин С.Г., Туякбай А.С. Геомониторинг состояния устойчивости карьерных откосов. Интерэкспо Гео-Сибирь. 2020. Vol. 1. no. 1. pp. 176-185.
3.Ситникова Е.В., Ожигин С.Г., Кулыгин Д.А. Анализ деформаций прибортовых массивов на разрезе «Каракомир» и разработка проекта наблюдательных станций для мониторинга их состояния. Интерэкспо Гео-Сибирь.2019. Vol. 1. no. pp. 279-288.
4.Дорохов Д.В., Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г. и др. Методика съемки деформаций поверхности земли в шахтном поле. J Min Sci 54, 874-882 (2018). https://doi.org/10.1134/S1062739118055011.
5.Glisic B., Inaudi D. Fibre Optic Methods for Structural Health Monitoring. Chichester: Johh Wiley & Sons, Ltd, 2007. 276 p.
6.Ozhigin S, Ozhigina S, Ozhigin D 2018 Method of Computing Open Pit Slopes Stability of Complicated-Structure Deposits Journal of the Polish Mineral Engineering Society. Inzynieria Mineralna 41(1) pp. 203-207 doi: 10.29227/IM-2018-01-32
7.V.V. Yugay, P.Sh.Madi, S.B.Ozhigina, D.A.Gorokhov, A.D.Alkina. Questions of application of fiber-optic sensors for monitoring crack growth during rock deformations. Actual Problems of Radiophysics International Conference (APR 2021) Journal of Physics: Conference Series 2140 (2021) 012037 doi:10.1088/1742-6596/2140/1/0120373.
8.Mikiko Kikuchi, Toshio Ogasawara, Shunpei Fujii, Shin-ichi Takeda. Application of machine learning for improved accuracy of simultaneous temperature and strain measurements of carbon fiber-reinforced plastic laminates using an embedded tilted fiber Bragg grating sensor // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2022, 107108, ISSN 1359-835X, doi.org/10.1016/j .compositesa.2022.107108.
9.U.M.N. Jayawickrema, H.M.C.M. Herath, N.K. Hettiarachchi, H.P. Sooriyaarachchi, J.A. EpaarachchTO Fibre-optic sensor and deep learning-based structural health monitoring systems for civil structures: A review // Measurement, 2022, 111543, ISSN 0263-2241, doi.org/10.1016/j .measurement.2022.111543.
10.Wenbo Yu, Mengfei Hu, Wuzhen Qi, Leina Dou, Yantong Pan, Yuchen Bai, Shibei Shao, Minggang Liu, Jianhan Lin, Yuebin Ke, Kai Wen, Jianzhong Shen, Zhanhui Wang. From pretreatment to assay: A chemiluminescence- and optical fiber-based fully automated immunosensing (COFFAI) system // Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 362, 2022, 131820, doi.org/10.1016/j .snb.2022.131820.
11.Yugay, V.; Mekhtiyev, A.; Madi, P.; Neshina, Y.; Alkina, A.; Gazizov, F.; Afanaseva, O.; Ilyashenko, S. Fiber-Optic System for Monitoring Pressure Changes on Mine Support Elements. Sensors 2022, 22(5), 1735; https://doi.org/10.3390/s22051735.
12.Автоматизированная волоконно-оптическая система мониторинга устойчивости прибортового массива карьера и отвалов / А. Д. Мехтиев, Е. Г. Нешина, П. Ш. Мади, Д. А. Горохов // Безопасность труда в промышленности. - 2021. - № 4. - С. 19-26. - DOI 10.24000/0409-2961-2021-4-19-26. - EDN XJYQED.
13.Обеспечение безопасности горных работ с использованием волоконно-оптической системы / А. Д. Мехтиев, А. И. Солдатов, Е. Г. Нешина [и др.] // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2021. - № 1(60). - С. 13-22. - EDN HQHNID.
14.Fiz, J.; Martín, P.; Cuesta, R.; Subías, E.; Codina, D.; Cartes, A. Examples and Results of Aerial Photogrammetry in Archeology with UAV: Geometric Documentation, High Resolution Multispectral Analysis, Models and 3D Printing. Drones 2022, 6(3), 59; https://doi.org/10.3390/drones6030059.
15.Григоренко А.Г. Измерение смещений оползней. - М.:Недра, 1988. - 144 с.
16.Chiara Of Lanciano, Riccardo Salvini 2020 Monitoring of deformation and temperature in a career with the help of distributed fiber-optic Brillouin sensors Earth and physical Sciences and CGT Geotechnology Center, Department of environment, University of Siena, Via Vetri Vecchi 34, 52027 San Giovanni Valdarno (AR), Italy 20 (7), 1924; doi.org/10.3390/s20071924
17.Туринцев Ю.И., Половов Б.Д., Гордеев В.А. Геомеханические процессы на открытых горных работах. - Свердловск: УГГУ, 1984. - 56 с.
18.Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Ожигин Д.С. Мониторинг устойчивости бортов карьеров Казахстана // Маркшейдерский вестник. - 2013. - № 3(95). -С. 19-23.
19.Низаметдинов Р.Ф., Низаметдинов Н.Ф., Ожигин Д. С. Мониторинг устойчивости бортов карьеров// Труды университета, КарГТУ. - Караганда, 2013. - № 4. - С. 38- 42
20.Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Долгоносов В.Н. и др. Устойчивость карьерных откосов /под. ред. Ф.К. Низаметдинова. - Караганда: КарГТУ, 2014. - 348 с.
21.Ожигин С.Г., Низаметдинов Ф.К., Шпаков П.С., Ожигина С.Б. Обеспечение устойчивости прибортовых массивов карьеров Казахстана. - Караганда: Казахстанско-Российский университет, 2014. - 307 с
22.Мозер Д.В., Ожигин С.Г., Долгоносова Е.В., Ожигин Д.С. Исследование деформаций прибортового массива Соколовского карьера с применением глобальных навигационных систем // Труды университета, КарГТУ. - Караганда, 2011. - № 1(42). - С. 47- 50
23.Ожигин С.Г., Низаметдинов Ф.К., Ожигина С.Б., Ожигин Д.С. Инновационные методы мониторинга состояния устойчивости горных пород и земной поверхности // X Междунар. выст. и науч. конгр. «Интерэкспо Гео-сибирь- 2014». - Новосибирск: СГГА, 2014.- С.104 - 109.
24.Долгоносов В.Н., Шпаков П.С., Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Старостина О.В. Аналитические способы расчета устойчивости карьерных откосов. -Караганда: «Санат-Полиграфия», 2009. - 332 с.
25.Лютак А. И. Технология создания цифровых моделей карьеров с применением лазерных сканеров // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. - 2014. - № 1. - С. 386-388.
26.Середович В.А., Комиссаров А.В., Комиссаров Д.В., Широкова Т.А. Наземное лазерное сканирование. - Новосибирск: СГГА, 2009. - 261 с.
27.Barbarella M., Fiani M. Monitoring of large landslind es by Terrestrial Laser Scanning techniques: field data collection and processing // European Journal of Remote Sensing. - 2013. -Vol. 46.- P. 126-151.
28.Bin Liang, Chong Yue, Xu Hui Chen, Bing Wang, Xing Kai Sun. The Study of Deformation Monitoring Based on the Ground Three-Dimensional Laser Scanning Technology // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 1022. - P.387-391.
29.Ozhigina S. B., Mozer D. V., Ozhigin S. G., Ozhigin D. S., Bessimbayeva O. G., Khmyrova E. N. Monitoring of the undermined territories of karaganda coal basin on the basis of satellite radar interferometry//XXIII ISPRS Congress 2016 (Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., III-6, 37-40,doi:10.5194/isprs- annals-III-6-37-2016). - Prague: Congress Hall, 2016
30.Yugay, V.; Mekhtiyev, A.; Madi, P.; Neshina, Y.; Alkina, A.; Gazizov, F.; Afanaseva, O.; Ilyashenko, S. Fiber-Optic System for Monitoring Pressure Changes on Mine Support Elements. Sensors 2022, 22(5), 1735; https://doi.org/10.3390/s22051735
31.https://docs.opencv.org/4.x/d9/df8/tutorial root.html
32.Сидорова, А. В. Python как инструментарий оптимизации режима ГЭС в составе ЭЭС / А. В. Сидорова, А. А. Черемных, А. Г. Русина // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2021. - Т. 13. - № 2(50). - С. 119-132. -EDN RXEUZU
33.https://www.w3schools.com/python/matplotlib pyplot.asp
34.https://python-scripts.com/tkinter-introduction
35.Использование Python в Windows для начинающих | Microsoft Docs Авторы публикации
Мади Перизат Шаймуратовна - аспирант Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ), г. Томск; старший преподаватель кафедры «Энергетические системы» Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова (КарТУ), г. Караганда, Республика Казахстан.
Алькина Алия Даулетхановна - старший преподаватель кафедры «Информационные технологии и безопасность» КарТУ, г. Караганда, Республика Казахстан.
Юрченко Алексей Васильевич - д-р техн. наук, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ), г. Томск.
Мехтиев Али Джаванширович - канд. техн. наук, ассоциированный профессор, профессор кафедры «Эксплуатация электрооборудования» Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина, г. Нур-Султан, Республика Казахстан.
Аймагамбетова Раушан Жанатовна - заместитель руководителя департамента стратегического развития и науки Казахстанского института стандартизации и метрологии Комитета технического регулирования и метрологии Министерства торговли и интеграции, г. Нур-Султан, Республика Казахстан.
References
l.Ozhigagina S.B., Sashurin A.D., Ozhigagin S.G., Ozhigagin D.S., Kulygin D.A.
Monitoring the state of stability of the career slopes. Interexpo Geo-Siberia. 2016. V. 1. no. 2. pp. 161-166
2.Nizametdinov F.K., Mustafin M.G., Uzhigin S.G., Tuyakbay A.S. Geomonitoring the state of stability of the career slopes. Interexpo Geo-Siberia. 2020. Vol. 1. no. 1. pp. 176-185.
3.Sitnikova E.V., Uzhigin S.G., Kulygin D.A. Analysis of deformations of instrument arrays at the section «Karakomir» and development of a project of observation stations for monitoring their condition. Interexpo Geo-Siberia.2019. Vol. 1. no. pp. 279-288.
4.Dorokhov D.V., Nizametdinov F.K., Uzhigin S.G. et al. Methods of surveying deformations of the ground in the mine field. J Min Sci 54, 874-882 (2018). https://doi.org/10.1134/S1062739118055011
5.Glisic B., Inaudi D. Fibre Optic Methods for Structural Health Monitoring. Chichester: Johh Wiley & Sons, Ltd, 2007. 276 p.
6.Ozhigin S, Ozhigina S, Ozhigin D. 2018 Method of Computing Open Pit Slopes Stability of Complicated-Structure Deposits. Journal of the Polish Mineral Engineering Society. Inzynieria Mineralna 41(1) pp. 203-207 doi: 10.29227/IM-2018-01-32
7.V.V. Yugay, P.Sh.Madi, S.B.Ozhigina, D.A.Gorokhov, A.D. Alkina. Questions of application of fiber-optic sensors for monitoring crack growth during rock deformations. Actual Problems of Radiophysics International Conference (APR 2021) Journal of Physics: Conference Series 2140 (2021) 012037 doi:10.1088/1742-6596/2140/1/0120373.
8.Mikiko Kikuchi, Toshio Ogasawara, Shunpei Fujii, Shin-ichi Takeda. Application of machine learning for improved accuracy of simultaneous temperature and strain measurements of carbon fiber-reinforced plastic laminates using an embedded tilted fiber Bragg grating sensor. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2022, 107108, ISSN 1359-835X, doi.org/10.1016/j .compositesa.2022.107108.
9.U.M.N. Jayawickrema, H.M.C.M. Herath, N.K. Hettiarachchi, H.P. Sooriyaarachchi, J.A. Epaarachchiю Fibre-optic sensor and deep learning-based structural health monitoring systems for civil structures: A review. Measurement. 2022, 111543, ISSN 0263-2241, doi.org/10.1016/j .measurement.2022.111543.
10.Wenbo Yu, Mengfei Hu, Wuzhen Qi, Leina Dou, Yantong Pan, Yuchen Bai, Shibei Shao, Minggang Liu, Jianhan Lin, Yuebin Ke, Kai Wen, Jianzhong Shen, Zhanhui Wang. From pretreatment to assay: A chemiluminescence- and optical fiber-based fully automated immunosensing (COFFAI) system. Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 362, 2022, 131820, doi.org/10.1016/j.snb.2022.131820.
11 .Yugay V, Mekhtiyev A, Madi P, Neshina Y, et al. Fiber-Optic System for Monitoring Pressure Changes on Mine Support Elements. Sensors 2022, 22(5), 1735; https://doi.org/10.3390/s22051735.
12. Mehdiyev A.D., Neshin E.G., Madi P.S., Gorokhov D.A. Automated Fiber Optic Stability Monitoring System of Quarry and Pile Instrumentation. Safety of work in industry. -2021. 4. P. 19-26. DOI 10.24000/0409-2961-2021-4-19-26. - EDN XJYQED.
13.Ensuring the safety of mining operations using the fiber optic system / A. D. Mehdiyev, A. I. Soldatov, E. G. Neshina [et al. ]. Bulletin of the Pacific State University. 2021. 1(60). P. 13-22. EDN HQHNID.
14.Fiz J, Martín P, Cuesta R, et al. Examples and Results of Aerial Photogrammetry in Archeology with UAV: Geometric Documentation. High Resolution Multispectral Analysis, Models and 3D Printing. Drones 2022, 6(3), 59; https://doi.org/10.3390/drones6030059.
15.Grigorenko A.G. Measurement of displacement of landslides. - M.:Nedra, 1988. - 144
p.
16.Chiara Of Lanciano, Riccardo Salvini. 2020 Monitoring of deformation and temperature in a career with the help of distributed fiber-optic Brillouin sensors Earth and physical Sciences
and CGT Geotechnology Center, Department of environment, University of Siena, Via Vetri Vecchi 34, 52027 San Giovanni Valdarno (AR), Italy 20 (7), 1924; doi.org/10.3390/s20071924
17.Turintsev Y.I., Polov B.D., Gordeev V.A. Geomechanical processes on open mining. -Sverdlovsk: UGGU, 1984. - 56 p.
18.Nizametdinov F.K., Uzhigin S.G., Ozhigina S.B., Ozhigin D.S. Monitoring the stability of the sides of the quarries of Kazakhstan. Marksheider Bulletin. 2013. 3(95). P. 19-23.
19.Nizametdinov R.F., Nizametdinov N.F., Uzhigin D. S. Monitoring of sustainability of boards of quarries. Works of the University, KarGTU. Karaganda, 2013. - 4. - P. 38 - 42
20.Nizametdinov F.K., Uzhigin S.G., Ozhigina S.B., Dolgonosov V.N. and others. Stability of career slopes /sub. ed. F.K. Nizametdinova. Karaganda: KarGTU, 2014. - 348 p.
21.Uzhigin S.G., Nizametdinov F.K., Shpakov P.S., Uzhigina S.B. Ensuring the stability of instrument arrays of quarries of Kazakhstan. Karaganda: Kazakh-Russian University, 2014. - 307 s
22.Moser D.V., Ozhigin S.G., Dolgonosova E.V., Uzhigin D.S. Study of deformations of the instrument array of Sokolovsky quarry with the use of global navigation systems. University works, KarGTU. - Karaganda, 2011. - 1(42). - P. 47-50
23.Uzhigin S.G., Nizametdinov F.K., Uzhigina S.B., Uzhigin D.S. Innovative methods of monitoring the state of stability of rocks and ground surface. X Intersunar. Rev. and Novosibirsk. Kongr. «Interexpo Geo-Siberia- 2014». - Novosibirsk: SGGA, 2014. - P.104 - 109.
24.Dolgonosov V.N., Shpakov P.S., Nizametdinov F.K., Uzhigin S.G., Uzhigina S.B., Starostina O.V. Analytical methods of calculation of stability of career slopes. Karaganda: «Sanat-Polygraphy», 2009. - 332 p.
25.Lutak A. I. Technology of creation of digital models of quarries using laser scanners. Problems of development of hydrocarbon and ore mineral deposits. 2014. 1. P. 386-388.
26.Seredovich V.A., Commissars A.V., Commissars D.V., Shirokova T.A. Ground laser scanning. Novosibirsk: SGGA, 2009. 261 p.
27.Barbarella M., Fiani M. Monitoring of large landslind es by Terrestrial Laser Scanning techniques: field data collection and processing. European Journal of Remote Sensing. 2013.V. 46.P. 126-151.
28.Bin Liang, Chong Yue, Xu Hui Chen, Bing Wang, Xing Kai Sun. The Study of Deformation Monitoring Based on the Ground Three-Dimensional Laser Scanning Technology. Advanced Materials Research.2014. V. 1022. P.387-391.
29.Ozhigina S.B., Mozer D.V., Ozhigin S.G., Ozhigin D.S. Monitoring of the undermined territories of karaganda coal basin on the basis of satellite radar interferometry. XXIII ISPRS Congress 2016 (Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., III-6, 37-40,doi:10.5194/isprs-annals-III-6-37-2016). - Prague: Congress Hall, 2016
30.Yugay V, Mekhtiyev A, Madi P, et al. Fiber-Optic System for Monitoring Pressure Changes on Mine Support Elements. Sensors 2022, 22(5), 1735; https://doi.org/10.3390/s22051735
31 .https://docs.opencv.org/4.x/d9/df8/tutorial root.html
32.Sidorova, A. V. Python as a tool for optimizing the regime of hydroelectric power plants in the UES. Bulletin of the Kazan State Energy University. 2021. T. 13. 2(50). P. 119132. EDN RXEUZU/
33.https://www.w3schools.com/python/matplotlib pyplot.asp
34.https://python-scripts.com/tkinter-introduction
35. Using Python in Windows for beginners. Microsoft Docs.
Authors of the publication
Madi P. Shaimuratovna - National Research Tomsk Polytechnic University (TPU), Tomsk; Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov (KarTU), Karaganda, Republic of Kazakhstan.
Aliya D. Alkina - KarTU, Karaganda, Republic of Kazakhstan.
Alexey V. Yurchenko - Research School of Physics of High-Energy Processes of the National Research Tomsk Polytechnic University (TPU), Tomsk.
Ali D. Mekhtiyev - Kazakh Agrotechnical University named after S. Seifullin, Nur-Sultan, Republic of Kazakhstan.
Raushan Z. Aimagambetova - Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology of the Committee for Technical Regulation and Metrology of the Ministry of Trade and Integration, NurSultan, Republic of Kazakhstan.
Получено 23.08.2022г.
Отредактировано 10.09.2022г.
Принято 10.09.2022г.
