Создание пространственной модели прибортового массива карьера при помощи ГИС ArcGIS Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528.067

СОЗДАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ МОДЕЛИ ПРИБОРТОВОГО МАССИВА КАРЬЕРА ПРИ ПОМОЩИ ГИС ArcGIS

Светлана Борисовна Ожигина

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия», тел. (7212)56-26-27, e-mail: osb66@mail.ru

Толеген Амантаевич Жумабеков

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистрант кафедры «Маркшейдерского дела и геодезии», тел. (7212)56-26-27, e-mail: tolegen_zhumabekov@mail.ru

Генриетта Владимировна Сиренко

Товарищество с ограниченной ответственностью «Temir Zem» (ТОО «Temir Zem»), 101404, Республика Казахстан, Карагандинская область, г.Темиртау, пр. Металлургов, 26, магистр по специальности «Геодезия», тел. (701)8357238, e-mail: gerata_1@mail.ru

Дмитрий Сергеевич Ожигин

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистр, докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», тел. (7212)56-26-27, e-mail: оzhigin.dima@mail.ru

Статья о построении трехмерной модели и картографического изображения приборто-вого массива карьера при помощи ГИС на основе маркшейдерской съемки карьера, полученной в результате лазерного сканирования.

Ключевые слова: мониторинг, ГИС, картографирование, пространственное моделирование, лазерное сканирование.

CREATION OF THE SPATIAL MODEL OF THE CAREER CUTOFF MASSIF BY MEANS OF GIS ArcGIS

Svetlana B. Ozhigina

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, cand. of tech. sci., associate professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: osb66@mail.ru

Tolegen A. Zhumabekov

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, the Department of mine surveying and geodesy, tel. (7212)56-26-27, e-mail: tolegen_zhumabekov@mail.ru

Genriyetta V. Sirenko

«Temir Zem» limited liability company, 101404, Kazakhstan Republic, Temirtau, 26 Metallurgov avenue, master of geodesy, tel. (701)8357238, e-mail: gerata_1@mail.ru

Dmitriy S. Ozhigin

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, master, Ph. D. candidate of «Development of mineral deposits» department, e-mail: ozhigin.dima@mail.ru

The article is about creation of three-dimensional model and of the cartographical image of the career cutoff massif using GIS on the basis of the surveying shooting of a pit received as a result of laser scanning.

Key words: monitoring, GIS, mapping, spatial modelling, laser scanning.

В настоящее время активное развитие геодезии, картографии и маркшейдерии приводит к более интенсивному применению современных технологий и достижений. Так как геодезия, картография и маркшейдерское дело взаимосвязаны между собой, актуальной остается задача внедрения и взаимообмена технологий и знаний, полученных при практическом решении задач.

Достаточно интересным остается вопрос методики мониторинга объектов при помощи технологии лазерного сканирования с последующими обработкой, анализом и прогнозированием в автоматизированной ГИС, так как широкое применение в горной промышленности и геодезии получило лазерное сканирование [1], а в области картографии все более интенсивно во всех странах применяют ГИС, такие как ArcGIS.

1. Практика использования технологий лазерного сканирования в наблюдениях за деформациями бортов карьеров

Систематические инструментальные наблюдения за состоянием бортов карьеров являются одним из основных методов изучения их устойчивости и имеют большое практическое и научное значение.

Практическое значение - результаты наблюдений применяются как исходный материал для характеристики устойчивого состояния карьерных откосов и являются основой изучения характера деформационных процессов, затрагивающих борта карьеров, позволяют сделать прогнозы и составить рекомендации по обеспечению их устойчивости [2].

Наиболее полную информацию о зоне распространения деформаций дают традиционные методики инструментальных наблюдений, основанные на установлении координат ряда жестко закрепленных точек (реперов), располагаемых по определенным схемам, и количественной оценке состояния исследуемого объекта по фиксируемым смещениям. В тоже время высоко-детальное лазерное сканирование бортов карьера позволяет дополнить обычные наблюдения и получить наиболее полное и наглядное представление о механизме деформирования исследуемого объекта [2].

Принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек как при съемке тахеометром, характеризует наземное лазерное сканирование как съемочную систему, результатом работы которой является трехмерное изображение. Формой представления результатов наземного лазерного сканирования является массив точек лазерных отражений от объектов, находящихся в поле зре-

ния сканера, с пятью характеристиками, а именно пространственными координатами (X,Y,Z), интенсивностью отражения и реальным цветом [2].

Для мониторинга устойчивости борта карьера использовалась наземная лазерная сканирующая система Leica HDS8800. Проблема быстрого выполнения трехмерной съемки для учета добычи полезных ископаемых, слежения за состоянием горных склонов или оползней, контроля запасов и отслеживания перемещения сыпучих материалов в горном деле требует больших усилий и ресурсов, предъявляя к измерительным средствам особые требования. Точность измерения расстояния 10 мм на 200 м; 20 мм на 1000 м, максимальное расстояние 2000 м. Частота сканирования до 8800 точек/сек [1,3].

Опорной основой для лазерного сканирования является сеть рабочих реперов наблюдательной станции и временных съемочных точек, координаты которых предварительно определяются по результатам спутниковых наблюдений. Точки выбираются исходя из конфигурации бортов карьера для обеспечения перекрытия облаков точек, то есть полноты съемки объекта. Карьер был отснят с трех точек, в результате было получено три базы данных, три массива (облака) точек (рис. 1).

Рис. 1. Облака точек результат лазерного сканирования карьера

2. Построение трехмерной модели карьера в ЛгсОК В программной среде Лгс01б выполнены систематизация и обобщение данных, полученных в результате съемки и исследования карьера. Все имеющиеся сведения, были сконцентрированы в едином ГИС-проекте, программная среда которого позволяет осуществлять как легкий поиск любой специализированной информации, так и ряд операций по ее анализу.

Исходные облака точек - это массивы точек, имеющих значения х, у, 7, а также дополнительную атрибутику. Конкретные поверхности, отразившие сигнал, классифицируются после начальной обработки облака точек. Обработка точечных данных проходила в 3 основных этапа: Первый этап: слияние трех баз данных в единую базу, и очистка от данных - помех. Результат - база данных, содержащая массив из 274639 точек (рис. 2)

Рис. 2. Проект с открытой базой данных содержащей массив точек

Второй этап: построение TIN- поверхности.

В ArcGIS цифровую модель рельефа возможно создать при помощи интерполированных поверхностей (grid) и методом аппроксимации поверхности элементарными треугольниками - метод TIN(Triangulated Irregular Network) [4].

Преимуществом метода TIN является минимальное количество ошибок интерполяции, но он требует больших вычислительных ресурсов при отображении. Процесс создания отображен на рис. 3.

Рис. 3. Процесс создания поверхности на основе облака точек полученого

при сканировании

В целом, в качестве исходных наборов данных могут быть точки, полигоны и полилинии. После отработки утилитой выходными данными является следующее отображение (рис. 4).

Рис. 4. Построенное изображение поверхности карьера

Третий этап - построение трехмерной пространственной модели карьера. Для отображения этой поверхности в трехмерном пространстве используется приложение ЛгсБсепе, в которое загружается полученная растровая модель какой-либо системы (рис. 5).

О Зс) - АгсБсепе

Файл Правка Вид Закладки Выборка Геообработка Настройка Окна Справка

□ й в © * • 'фи да тяг. з«^ ~ о о,« ?•• о ф - * о рк: © 5

(»' Лап_1 ЗШ К-тонш ^ О ч» , Ред.пор ЗР-| ► | У г МЮ _

Таблица содержания ' X

д_

=4 Слои сцены

В □ I

Рис. 5. Трехмерная модель карьера

В результате работы построена трехмерная модель бортов карьера, с выделением основных структурных элементов. Полученная поверхность в дальнейшем способствует проведению анализа и мониторинга карьера. Полученная модель является основой мониторинга, т.к. предполагается при помощи функциональных возможностей Лгс01Б сравнение последующих циклов измерений, для проведения автоматического анализа поведения бортов карьера.

При практическом построение модели для ведения маркшейдерского мониторинга карьера можно сделать вывод, что программа Лгс01Б действительно может быть использована при решении геодезических и маркшейдерских задач,

связанных с 3D- визуализацией различных объектов, а также функциональные возможности системы позволяют создать банк данных, который возможно использовать при решении различных картографических задач, и задач геодезического обеспечения, касающихся территории снимаемого объекта.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Жумабеков, Т.А. Создание пространственной модели структуры прибортового массива при помощи ГИС-системы ArcGIS [Текст] / 6-я всероссийская научно- техническая интернет-конференция «Кадастр недвижимости и мониторинг природных ресурсов»: сб. науч. трудов -Тула: ТулГУ 2016г.

2. Кольцов П.В, Иванов Ю.С. Практика использования технологий лазерного сканирования в наблюдениях за деформациями бортов карьеров [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://art-geo.ru/solution/praktika_ispolzovaniya_tekhnologiy_lazemogo_skanirovaniya v_nablyudeniyakh_za_deformatsiyami_bortov.

3. Сканирующая система Leica HDS8800 [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rusgeocom.ru/lazernyj-skaner-leica-hds8800

4. Сайт компании ООО «Дата+». Обзор настольных ГИС от ESRI. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://dataplus.ru/arcrev/number_19/17_GIS.html

© С. Б. Ожигина, Т. А. Жумабеков, Г. В.Сиренко, Д. С. Ожигин, 2016