CC BY
34
---------------------------------------------- © В.М. Шек, 2005
УДК 622.001.57:681.3 В.М. Шек
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ МЕТОДОЛОГИИ ПРИ СОЗДАНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ
Семинар № 10
орнопромышленная система [1, 2] - совокупность производств, предназначенных для разведки, добычи и комплексной, многостадийной переработки минерально'-сырьевых ресурсов с выпуском конечной продукции различной степени интеграции».
В зависимости от целей исследований в качестве такой системы можно рассматривать широкий спектр объектов - от отдельного малого производства (разведочная партия, выемочный участок) до всей совокупности предприятий и организаций, занятых разведкой, добычей и переработкой минеральных ресурсов в мире. Естественно, что при такой большой вариабельности объектов исследований очень важно учитывать пространственное размещение элементов таких систем, влияние последнего на характер и результаты их взаимодействия.
Предметом труда горнопромышленных систем, их системообразующим признаком являются минерально-сырьевые ресурсы (на стадиях обработки с высокими технологиями - вторичные продукты, полученные из них). Поэтому основная часть этих систем выполняет функцию добычи полезных ископаемых путем разработки соответствующих месторождений. Следует отметить, что в связи с ростом этой области деятельности человечества сейчас наряду с «естественными» возникли и уже частично вовлекаются в производство
техногенные месторождения минеральных ресурсов.
Исследуемые системы относятся к числу сложных, имеющих отличающиеся циклы жизни как по количеству и функциональности стадий последней, так и по «масштабу» длительностей выполняемых операций.
Исследование сложных систем всегда связано с моделированием их элементов или их совокупностей (модели-объекты), а также взаимодействия таких объектов (модели-процессы). При моделировании функционирования (жизни) этих систем используются оба вида моделей.
Нами [1, 2] было предложено использовать объектно-ориентированное моделирование, понимаемое как «процедура составления и реализации композитных моделей сложных систем с использованием компонент объектно-ориентированной методологии». Такое моделирование базируется на системном подходе и строится на следующих принципах: соблюдение иерархичности и стадийности моделей; масштабируемость среды моделирования; сонаправленность (согласование) целей; единство информационной среды; пространственное структурирование элементов модели; унификация методов составления (синтеза) композиционных моделей.
При моделировании большинства горнопромышленных систем первоочередным является моделирование месторож-
дения полезных ископаемых. Оно должно проходить в течение длительного периода времени на протяжении всех стадий жизни последнего: разведки; проектирования,
строительства и функционирования эксплуатирующих его горных предприятий; проведения экологических мероприятий по недопущению (устранению) негативных последствий их деятельности. Поэтому в процессе моделирования месторождения создают и используют не одну, а совокупность (множество) моделей.
Рассмотрим подробнее процессы моделирования месторождений в части ведения цифровой горной графической документации, служащей основным источником пространственной информации для построения модели месторождения, а также ее визуальным отображением на различных стадиях моделирования.
Большинство этих моделей являются «описательными», то есть отображают пространственное размещение отдельных элементов месторождения, выделяемых по их количественным или качественным признакам (пласты, рудные тела, зоны нарушения сплошности массивов горных пород и т.п.), и относятся к моделям-объектам. «Твердые копии» таких моделей в виде планов, разрезов и объемных схем-чертежей используются специалистами (геологами, горняками, проектировщиками горных предприятий) и являются графической частью соответствующей документации.
Современные компьютерные системы геолого-маркшейдерского обеспечения в основном используют графические среды редактирования и отображения векторных изображений (AutoCAD, MicroStation и др.), позволяющие получать последовательности чертежей (моделей-объектов) путем «пополнения» предыдущих. Фактически основной частью «цифровой модели» месторождения в этом случае является множество файлов векторных или скалярных (пиксельных) форматов графических редакторов. Выборка требуемой модели
(чертежа) производится, как правило, по имени файла и дате его создания.
Естественно, такая система моделирования (графического) месторож-дения, несмотря на возможности работы с элементами заданных типов (точек, линий, полигонов и др.), слоями и пр., не может стать объектно-ориентирован-ной, так как здесь и речи быть не может об инкапсуляции методов, полиморфизме и т.д.
Более продвинутыми в этом плане являются ГИС, работающие с атрибутивной информацией и поэтому позволяющие строить модели подсчета объемов (запасов полезных ископаемых) с учетом кондиций. Однако и здесь не могут быть созданы объектно-ориенти-рованные модели.
Имеется большое количество программных комплексов проектирования горных предприятий и ведения графической документации (DATAMINE, GEMCOM, MINES CAPE, SURPAC, MICROMINE, VULCAN, GEOLMARK и др.), позволяющие строить блочные модели месторождений для подсчета запасов полезных ископаемых, а также векторные 3D-изображения (модели) тел полезных ископаемых и горных выработок. Они имеют открытую модульную архитектуру, свойства гибкой настройки, наращивания, дружественный интерфейс с пользователями.
На стадии проектирования горного предприятия рассматриваются несколько альтернативных вариантов (стратегий) вскрытия и отработки месторождения с одновременным определением минимального промышленного содержания полезных компонентов. По каждому из вариантов проводится технико-экономическая оценка с целью выбора среди них наилучшего. При этом могут использоваться несколько видов экономико-
математических моделей.
Но и здесь нет возможности использовать объектно-ориентированное моделирование, все модели «разовые»: на каждой стадии жизни месторождения при существенном изменении количества
и/или качества исходной информации все модели необходимо создавать заново.
В ЦСИ МГГУ разрабатывается информационно-интеллектуальная система [1,2] моделирования объектов и процессов функционирования горнопромышленных систем с использованием объектноориентированной методологии. Здесь необходимо оперировать с пространственными объектами, которые требуют возможности инкапсулирования графических объемных данных в множество однородных объектов (блоков) со стандартным информационным интерфейсом между ними.
Наиболее приемлемыми и понятийно простыми для пользователей-практи-ков были бы объекты этой методологии, схожие с геологическими блоками. Из многолетней практики [3 и др.] известно, что наибольшее распространение получили два метода подсчета запасов месторождений: метод геологических блоков и метод параллельных сечений. Существует несколько способов формирования геологических блоков. В подавляющем большинстве горных компьютерных систем при подсчете запасов используется модель с блоками в виде прямоугольных параллелепипедов. Проведенный анализ показал, что ни один из существующих способов формирования объектов-блоков не может быть использован в рамках объектноориентированного моделирования. Наибольшим препятствием здесь является невозможность обособленного изменения формы и/или свойств одного блока без совокупного изменения параметров других объектов множества.
Нами был предложен способ создания регулярных блоков [4] для математического описания массивов горных пород месторождения. Однако, для того, чтобы моделирование месторождений полезных ископаемых с использованием таких блоков было объектно-
ориентированным, необходимо в системе компьютерного моделирования также создать базы данных и знаний объектно-
ориентированными, позволяющими работать с СОМ-техноло-гиями.
В качестве блока (базисного объекта модели) в разрабатываемой системе используется призма, в основании которой находится шестиугольник. Верхние и нижние грани блоков одного слоя (пласта) моделируют двумя непрерывными и сглаженными поверхностями, проходящими соответственно через верхние и нижние граничные точки описываемого слоя с соседними (верхним и нижним) слоями, с последующей линеаризацией внешних (для слоя) граней в каждом блоке. Это позволяет аппроксимировать рельеф кровли и почвы слоя. При необходимости можно изменять (корректировать) форму бло-ка(его высоту, наклоны верхней и нижней граней призмы) и местоположение в пространстве (перемещение вдоль вертикальной оси). Полученное множество блоков можно пополнять или усекать в произвольном порядке. Объект-блок имеет свои внутренние данные (пространственные и атрибутивные), унифицированный интерфейс.
Из подмножеств базисных объектов (групп сопряженных блоков, слоев) строятся более сложные объекты, представляющие интерес для дальнейшего анализа. К таким объектам можно отнести геологические пласты, пачки и свиты пластов, сложное рудное тело и т.д.
Работа с описанными объектами (моделирование) ведется с использованием моделей- процессов (модулей), реализующими соответствующие методы обработки информации. Обеспечение информационного обмена системы моделирования с другими системами обработки и представления информации (текстовыми и графическими редакторами, ГИС, СУБД и др.) осуществляют модули-моникеры.
В настоящее время для ввода пространственной и атрибутивной информации и осуществления визуализации, хранения и вывода промежуточных и конечных результатов моделирования программные комплексы AutoCAD и ArcView
3.1, электронные таблицы Excel, SQL-сервер.
Для объектно-ориентированного моделирования горнопромышленных систем на этапах проектирования и эксплуатации горных предприятий будут использоваться модели-объекты «Сегмент горной выработки», хранящие внутри себя данные о геометрии описываемого участка выработки, наличии и состоянии горных сооружений и оборудования, проектных и фактических параметров и режимов протекающих в них процессов. Это позволит осуществлять моделирование горно-техноло-гических объектов и процессов,
1. Пучков Л.А., Шек В.М. Методология
объектно-ориентированного пространственно-
временного моделирования горнопромышленных систем./ В сб. «20 лет кафедры Автоматизированные системы управления». - М.: МГГУ, 2000. - с. 8 - 14.
2. Шек В.М. Объектно-ориентирован-ное моделирование горнопромышленных систем. -М.: Изд-во МГГУ, 2000. -304 с.
сопряженное с моделированием горногеологических объектов.
Для осуществления визуализации результатов непосредственно в системе объектно-ориентированного моделирования горно-геологических и горнотехнических объектов и процессов создаются соответствующие модули с использованием ОрепвЬ. Это позволит расширить функции системы моделирования, сократить затраты времени и количество ресурсов, задалживаемых в настоящее время на преобразование данных, хранимых и создаваемых внутри нее, во внешние форматы используемых графических редакторов и ГИС.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Коган И.Д. Подсчет запасов и геологопромышленная оценка рудных месторождений. -М.: Недра, 1974 г.
4. Пучков Л.А. Шек В.М. Патент № 2130548 от 26 сентября 1997 г. Способ определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------
Шек В.М. - профессор, доктор технических наук, кафедра «Автоматизированные системы управления», Московский государственный горный университет.
^---------
---------- © А.Е. Толкачев, С. С. Кубрин,
2005
