CC BY
13
При увеличения производственной мощности ГОКа до 55 млн. т руды в год, и в частности по Северному карьеру до 22 млн. т в год по руде и 28...30 млн. т/год по горной массе, через —. Верхняя транспортируется 13-15 млн. т руды, через ст. Северная с рудного склада - 10 млн. т руды и со вскрышных забоев 5 млн. т вскрыши в год. При введении рудного склада число забойных тупиков Северного карьера сокращается на 1-2 (3-4 экскаватора переведены с железнодорожного на автомобильный транспорт, 2 экскаватора введены в действие на рудном •эсладе), и в этом случае парк поездов остается без изменения.
Предварительное исследование пропускной способности транспортных коммуникаций Северного карьера свидетельствует о том, что увеличение его производительности по руде до 22 млн. т при действующей схеме вскрытия и организации грузопотоков из карьера сдерживается пропускной способностью станции Верхняя, в то время как станция Северная недозагружена и чмеет существенный резерв.
06еспочл»{ие увеличения производственной мощности карьера на настоящий момент времени таким образом может быть достигнуто:
- за счет реконструкции ст. Верхняя;
- путем перераспределения грузопотоков между ст. Верхняя и Северная за счет организации на гор. 310 м внутрикарьерного перегрузочного пункта (ПП) с отработкой верхних горизонтов на автотранспорт.
Вариант введения автомобильного транспорта на верхних горизонтах Северного карьера с .перегрузкой руды в железнодорожные составы на гор. 310 м является технологически целесообразным по условиям транспортирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Стариков А.Д. Имитационное моделирование карьерных горнотранспсртных систем // Изв.вузов.Горный журнал. - 1995. - N9. - С19-25.
2. Стариков АчД^ Принципы создания автоматизированного банка данных системы железнодорожного транспорта на горном предприятии //Известия Уральского горного института. Сер.: Горное дело. -1993. - Вып.3. С126 129.
УДК 622.271.3
Е.В.Ригин
АРХИТЕКТУРА СИСТЕМ ТРЕХМЕРНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ ОБЪЕКТОВ КАРЬЕРА
Графические изображения играют важную роль в науке и технике с самых ранних этапов развития. Поэтому неудивительно, что с появлением электронно-вычислительных машин на стыке инженерной графики и информатики возникло новое направление - компьютерная графика. Давно используется плоская дзумерная графика: это построение различных диаграмм и графиков, картография, моделирование, мультипликация, реклама. Построение трехмерных изображений в горном деле применяется редко ввиду больших вычислительных затрат и относительной сложности алгоритмов обработки. Вместе с тем трехмерная графика позволяет более наглядно представить многие объекты, процессы, взаимосвязи и благодаря этому повысить достоверность и оперативность технологических решений.
Наиболее актуальным направлен см развития машинной графики является создание так называемой «виртуальной реальности» - своеобразной компьютерной модели реальных
объектов и процессов. Прообразами «виртуальной реальности» могут служить тренажера пилотов, водителей, максимально приближающие компьютерную модель к реальному мирЛ Базой этого направления является трехмерная компьютерная графика.
Теоретические основы компьютерной графики освещены в литературе [3,4]. ПриведегчЛ алгоритмы растровой и векторной графики, геометрических преобразований плоских Л объемных объектов, а также изложены основные принципы получения реалистичных изобриН жений трехмерных объектов. Значительная часть работ [2,5] имеет ярко выраженную пракпЛ ческую направленность и позволяет на простых и доступных примерах реализовать некоторнН алгоритмы компьютерной графики общего применения.
Однако в горном деле использование компьютерной графики, как правило, сводится Я плоской двухмерной (различные планы, диаграл\мы, графики и т.д.) и в литературе практичео^И не освещено. Применение объемных изображений ограничено более высокими требованиял|И к аппаратному и программному обеспечению, а также необходимостью высокой наукоемколВ трехмерной графики. Эта задача осложняется еще и тем, что на сегодняшний день не эсгИ теоретические вопросы компьютерной графики исследованы в полной мере. Алгоритмы решен1^И некоторых задач не эффективны или решают задачу в частном виде.
В современных условиях потребность в трехмерной компьютерной графике ¿-хИ проектирования и планирования горного дела становится очевидной. Задача использован*« компьютерной графики органически входит в процесс комплексной автоматизации горногЛ производства в соответствии с растущими требованиями сегодняшнего дня. Например, во всем отраслях науки прослеживается тенденция к замене дорогостоящих или небезопаснь^Я экспериментов их компьютерными моделями. В приложении к открытым горным работам :то1 значит, что проектировать карьер или любой другой объект можно на экране компьютера. Прм этом в диалоговом режиме возможно провести изменения проекта и побывать в любой точкеИ карьера, не вставая с места. Решение задачи трехмерного моделирования объектов в горновЛ производстве позволяет повысить наглядность принимаемых проектных решений, увеличивает! оперативность планирования и управления и может снижать затраты на проектирование.
Первые опыты применения компьютерной графики в горном производстве позволили выявить ряд особенностей, обусловленных спецификой горного дела. К ним относятся:
Во-первых, высокая трудоемкость создания моделей рельефа и горных выработок. Автол-.--1 тизация этой задачи сводится к анализу и распознаванию изображений. Поэтому в настоящее! время полная автоматизация этого процесса невозможна, и этап подготовки информации является одним из самых трудоемких. Эта задача также осложнена постоянной динамикой! объектов вследствие развития горных работ.
Во-вторых, математические модели, используемые в этих системах, имеют приближенны*! характер вследствие сложности оцифровки таких объектов, как рех\ьные горные выработкчЛ карьеры, отвалы и т.д. Отсюда следует, что использование более простых алгоритмов (например. I аппроксимация кривой ломаной, а не сплайном) может дать такие же результаты, имея при этом! значительный выигрыш в скорости. Основное внимание в таких случаях следует уделить оценке погрешности получаемых результатов.
В -третьих, разнообразные объекты обуславливают системы, построенные на базе не одном геометрической модели, а нескольких - соответствующих каждому типу объектов. Это модели поверхностные для рельефа и горных выработок; сплошных тел - для оборудования, зданий, сооружений, рудных тел; «проволочные» - для быстрых динамических изменений изображения.
При автоматизации моделирования, проектирования и планирования в горном производстве широко используется геоинформационный метод математического моделирования [5]. Его основные положения заключаются в следующем:
- моделируемый объект характеризуется комплексом связанных массивов данных;
- моделируемый объект имеет единую пространственно-временную систему отсчета;
- геометрической основой информационной базы является массив точек, описанных не только координатами, но и некоторым набором параметров.
Используя геоинформационный метод математического моделирования, автор разработал \ графическую геоинформационную систему, позволяющую моделировать трехмерные объекты горного производства.
Структура графической системы представлена на рис.1. Особенностью графической
Лм»/
АГвГ/Л»
1/гл%лт*г
является различное представление данных для пользователя - внешнее представление Iсистемное внутреннее. Подготовку и трансформацию данных осуществляет препроцессор, контроля целостности данных позволяет выявить грубые ошибки оцифровки и тем самым допустить сбоев графического процессора. Диалоговый модуль осуществляет взаимодействие пользователем. Библиотека стандартных объектов содержит подмодели таких объектов, как ^дование, типовые сооружения и т. д. Графический процессор производит перевод 4срной модели каждого объекта изображения в его плоское представление на устройстве >да (дисплей, принтер, плоттер).
Основной моделью горной графической системы является модель рельефа и горных выработок, являющаяся базой для дальнейших построений. Для описания таких поверхностей автором предлагается использовать полигональные поля (сетки) [ 1 ]. Такое поле представляет собой совокупность смежных многоугольников, состыкованных без разрывов между собой. С целью повышения эффективности алгоритмов обработки многоугольники ограничиваются выпуклыми и плоскими. Все другие случаи, Рис.1. Структура графической такие, как неплоскость и невыпуклость, могут
геоинформационной системы 6ыть С8едены к указанному ^^ аппроксима-
ции треугольниками (на одной прямой) или разбиением на выпуклые подмногоугольники. Как -равило, реальные поверхности в горном деле - криволинейные, поэтому описание в виде полигонального поля является приблизительным. При визуализации поверхности этот фактор не имеет существенного значения, но при использовании модели в технологических расчетах и проектировании его необходимо учитывать.
В памяти компьютера такая модель хранится в виде трех таблиц (рис. 2). Каждый многоугольник представляется в виде совокупности ребер. В таблице многоугольников содержатся номера этих ребер для всех многоугольников. Сами ребра в свою очередь представлены в виде пар номеров точек. 2>ги пары номеров хранятся в таблице ребер. Таблица вершин состоит из троек физических координат х. у. г каждой вершины многоугольника. Таким образом, построение конкретного .многоугольника происходит в два этапа:
- выбор ребер данного многоугольника по ссылкам из таблицы многоугольников;
- выборка точек данного многоугольника по ссылкам из таблицы ребер.
Подобная схема хранения данных и косвенной адресации при обработке дает следующие преимущества. Во-первых, исключается дублирование информации. Все ребра и вершины многоугольииков хранятся только один раз. Для полигональных полей, где большинство вершин и ребер являются смежными, т. е. принадлежат двум и более многоугольникам, решение этой задачи является особенно важным. Во-вторых, для каждого многоугольника легко определить все ребра, так как они хранятся в явном виде в форме ссылок на таблицу ребер. В-третьих, простота получения «проволочного» изображения полигональной сетки. Для получения изображения достаточно "отрисовать" все ребра из таблицы ребер.
Подобное представление данных является внутренним представлением данных системы. При всех его достоинствах, связанных с машинной обработкой и хранением, оно неудобно для ввода первичной информации. С этой целью было разработано внешнее представление данных системы.
Первичная информация для ввода в систему должна быть представлена в виде плана горных работ. Масштаб плана выбирается исходя из размеров получаемого изображения: чем больше размеры будущего изображения, тем крупнее должен быть масштаб первичных планов. При этом выбирается компромисс между сложностью оцифровки (крупные масштабы) и качеством
Рис.2. Схема размещения данных в памяти
получаемого изображения (мелкие масштабы). В примере к данной работе использовался генеральный план Первоуральского карьера в масштабе 1:5000. Поверхность карьера разбивается на многоугольники, и координаты полученных вершин оцифровываются любым доступным • способом. Порядок съема точек заключается в последовательном обходе всех вершин многоуголь-.
ника. Направление обхода может бьгть выбрано произвольным. Все тройки точек одного многоугольника помечаются уни-
X Y Z ЩИ
0.00 330.00 0.00
0.00 330.00 130.00
10.00 330.00 95,00
10.00 330,00 25.00
20.00 330.00 0.00
20.00 0.00 2
10,00 25,00 2
20.00 320,001 28.00 2
26.00 0.00 2
10.00 25.00 3
10.00 95,00 3
17.00 320.00 95.00 3
20.00 320,00 26.00 3
Рис.З. Фрагмент таблицы оцифрованной модели карьера
кальным идентификатором многоугольника - его номером. Фрагмент внешнего представления данных дан на рис.3.
Такая схема представления данных обеспечивает гибкость при вводе первичной информации. С изменением методики получения первичных данных в системе меняется только препроцессор обработки данных. Все остальные модули системы и идеология ее работы остаются неизменными.
Система выполнена в виде программы для компьютера IBM PC. В состав системы также входит набор аппаратных графических драйверов вывода для большинства популярных принтеров и плоттеров. 2>го позволяет вывести полученное изображение на бумагу практически на любом устройстве вывода. Разработка основных модулей проводилась на языке Turbo С с использованием графического ядра BGI и может быть легко перенесена на другие типы компьютеров и рабочих станций. Препроцессор написан на языке ассемблера, что позволяет обрабатывать большие массивы данных с высокой скоростью. Графическая система использует открытый формат данных DBF и может импортировать данные из любого пакета, поддерживающего этот формат, либо входить как подсистема визуализации в состав такого пакета. При использовании в составе СУБД система позволяет в диалоге манипулировать трехмерным изображением (поворачивать вдоль координатных осей, перемещать, масштабировать).
Фрагмент плана Первоуральского карьера размером 500x500 м, выбранный в качестве примера работы системы, показан на рис.4,а. Также на этом рисунке показаны точки 1 и 2, являющиеся точками зрения двух изображений. Их высота в пространстве равна 500 м. При работе системы точка зрения
г/
Рис.4. Графическое изображение
открытых горных работ. ж - фрагмент плана участка рабочей зоны Первоуральского карьера; б -объемное изображение участка рабочей зоны карьера из точки 1; в - объемное изображение участка рабочей зоны карьера из точки 2
может быть выбрана произвольно или с помощью поворотов вокруг осей X, Y, Z и переносов модели сведена к требуемой.
Использование предлагаемой системы дает результаты моделирования, представленные на рис.4,б и 4,в. На них показаны трехмерные изображения описанного выше фрагмента плана из
к 1 и 2 соответственно. В качестве примера на поверхность карьера нанесены высотные етки и технологическое оборудование. Для этого были использованы схематические изобра-ия экскаватора ЭКГ-5А и бурового станка СБШ-250 из библиотеки стандартных объектов, еры изображаемых единиц оборудования соответствуют их физическим размерам и олнены в масштабе изображения.
Таким образом, данное приложение подтверждает пригодность предлагаемой архитектуры структур данных для использования и дальнейшего развития графических систем горного зводства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иванов В.П., Батраков A.C. Трехмерная компьютерная графика /Под ред. Г. М.Поли гуука. -М.: Радио и связь, 1995. - 224 е., ил.
2. Котов Ю.В. Как рисует машина. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 224 с.
3. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики /Пер. с анг. - М.: Мир, 1989. - 512 е., ил.
4. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. Кн.1, кн.2 / Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 368 е., ил.
5. Хирн Д., Бейкср М. Микрокомпьютерная графика /Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 352 е., ил.
6. Хохрягков B.C. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов. -3-е изд., перс раб. и доп. - М.: Недра,
1992. - 383 е., ил.
УДК 622.271:625.16.7
В.Л.Беляев , А.Д.Стариков , Е.В.Ригин
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГРАФИКОВ РЕЖИМА ГОРНЫХ РАБОТ В КАЛЕНДАРНЫЕ ГРАФИКИ ОТРАБОТКИ КАРЬЕРА
Методы проектирования производственной мощности карьеров, используемые при обучении студентов специальности «Открытые горные работы» в Уральской государственной горногеологической академии, апробировались в течение 10-12 лет и к настоящему времени представлены методикой трансформации графиков режима горных работ У,Р=Г(Н) в календарные графики ведения горных работ У,Р={Г(Т).
Методика трансформации графиков [2] очень удачно вписалась в процесс проектирования карьеров, изучаемый студентами на старших курсах, который включает в себя следующие разделы:
1. Поиск и анализ исходной геологической информации по месторождению (геологические разрезы).
2. Создание математической модели месторождения.
3. Определение конечной глубины карьера по граничному коэффициенту вскрыши.
4. Создание математической модели конечных контуров карьера.
5. Проведение горно-геометрических расчетов (отдельные подпункты могут не выполнять-
ся):
5.1. подсчет общих слоевых объемов горной массы по сортам в контурах карьера;
5.2. выбор рационального направления развития горных работ;
5.3. горно-геометрический анализ.
6. Определение скорости углубки в карьере.
7. Проектирование производственной мощности карьера (трансформация графиков)
8. Экономическая оценка вариантов отработки карьера
