Исследование эффективности использования геоинформационной системы при геологоразведке

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Исследование эффективности использования геоинформационной системы при геологоразведке

Прохоров Максим Алексеевич

Суркова Наталья Евгеньевна

Abstract

RESEARCH OF EFFICIENCY OF THE USE OF GEOINFORMATION SYSTEM FOR GEOLOGICAL EXPLORATION

Maxim Alekseevich Prokhorov

Russian Federation, Undergraduate Student, Department of «Automated Control Systems». State Technical University - MADI, 125319, Russian Federation, Moscow, Leningradsky prospekt, 64. Tel.: +7 (499) 151-64-12. http://www.madi.ru

info@rosdrill.com

Nataliya Evgenievna Surkova

Russian Federation, Ph. D., Associate Professor, Department of «Automated Control Systems». State Technical University - MADI, 125319, Russian Federation, Moscow, Leningradsky prospekt, 64. Tel.: +7 (499) 151-64-12. http://www.madi.ru

sneee@mail.ru

The article investigates the parameters of efficiency of the use of geographic information system (GIS) for geological exploration. We analyzed the spectrum of GIS features, as well as identified the requirements for such systems for integrated use in geological exploration activities.

The basic aspects and features of GIS work. Results of the study confirm the efficiency with geological exploration of geoinformation system, which allows to turn to the issues of the application and implementation of GIS in the company LLC «SBC» to prepare for work on the drilling sites.

Keywords: geoinformation system (GIS), geological exploration, UNIX, Database Management System (DBMS), Database (DB), Semantic information, On-Line Analytical Processing (OLAP)

Аннотация

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДКЕ

Прохоров Максим Алексеевич

Российская Федерация, магистрант кафедры «Автоматизированные системы управления».

ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», 125319, Российская Федерация, г. Москва, Ленинградский проспект, д.64, Тел.: +7 (499) 151-64-12, http://www.madi.ru

it@rosdrill.com

Суркова Наталья Евгеньевна

Российская Федерация, кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Автоматизированные системы управления».

ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», 125319, Российская Федерация, г. Москва, Ленинградский проспект, д.64, Тел.: +7 (499) 151-64-12, http://www.madi.ru

sneee@mail.ru

Статья посвящена исследованию параметров эффективности использования геоинформационной системы (ГИС) при геологоразведке. Проанализирован спектр возможностей ГИС, а также выявлены требования к таким системам для комплексного использования при геологоразведочной деятельности.

Исследованы основные аспекты и особенности работы ГИС. Результаты исследования подтверждают эффективность использования при геологоразведке геоинформационной системы, что позволяет перейти к рассмотрению вопросов применения и внедрения ГИС в компанию ООО «СБК» для подготовки к работам на буровых участках.

Ключевые слова (Keywords):

геоинформационная система (ГИС), геологоразведка, UNIX, системы управления базами данных (СУБД), база данных (БД), семантическая информация, интерактивный анализ данных (OLAP)

Введение

Одной из наиболее сложных проблем, связанных с управлением деятельностью больших компаний, является проблема, связанная с принятием управленческих решений, которые зависят не только от специфики деятельности самого подразделения, но и от его территориального расположения, особенно для компаний, разнесенных по большим территориям. Примером такой компании является ООО «СБК», выполняющая геологоразведочные работы.

Так как многие участки буровых работ находятся в большей удаленности друг от друга, стоит задача в упрощении логистики между участками для транспортировки инструмента и сопутствующего оборудования, а также водоснабжения. Чтобы начать геологоразведочные работы нужно подготовить базу, в которую входят: организация хозяйственной деятельности, построение инженерных сетей и коммуникаций. Такая масштабная деятельность требует непрерывное совершенствование систем информационного обеспечения.

Увеличение показателей качества систем управления может быть достигнуто за счет внедрения современных средств мониторинга, способных обеспечить мгновенное реагирование на изменение ситуаций. Новые системы смогут не только предупреждать о возможных последствиях, но и давать рекомендации по преодолению кризиса и нормализации обстановки.

Главная задача любой геологоразведочной компании - идеальным образом совместить потребности заказчиков и собственные возможности. Только информационные системы, в которых используется грамотно построенная географическая информационная система (ГИС), призванная предоставлять достоверную информацию о пространственном положении объектов и их состоянии, способны эффективно справиться с поставленными задачами. В этом случае геологоразведочная компания сможет доказать неоспоримое превосходство предлагаемых услуг и получить конкурентное преимущество в борьбе за клиента.

1. Постановка задачи по теме исследования

Задачей исследования эффективности геоинформационных систем при геологоразведке является анализ возможности построения пространственных данных, их отображения и использования при решении расчетных задач, подготовке и принятии решений. Основное назначение ГИС при геологоразведке заключается в формировании знаний о территориях, местности, а также своевременном доведении необходимых и достаточных пространственных данных до исполнителя с целью достижения наибольшей эффективности работы в компании.

В геологоразведке ГИС может играть важную роль, которую на данный момент выполняет стандартный макет карты. С помощью ГИС на карте можно обозначить точное расположение всех буровых участков и путей к ним подъездов. На основе спроектированный карты можно применять различные решения, способствующий рациональному подходу к выполнению заказа. Так ГИС подразумевает под собой не только карту, но и возможность послойной работы с ней, то это дает исполнителю развернуто просматривать и наносить на другие слои, к примеру, коммуникации или типы пород, полученные в ходе геофизического исследования.

2. Модели и методы решения поставленной задачи

Так как в ГИС осуществляется комплексная обработка информации (от ее сбора до хранения, обновления и предоставления), их можно рассматривать со следующих различных точек зрения:

ГИС как система управления - предназначена для обеспечения поддержки принятия решений на основе использования картографических данных;

ГИС как автоматизированная информационная система - объединяет ряд технологий известных информационных систем (САПР и других);

ГИС как геосистема - включает технологии фотометрии, картографии;

ГИС как система, использующая БД - характеризуется широким набором данных, собираемых с помощью разных методов и технологий;

ГИС как система моделирования, система предоставления информации - является развитием систем документального оборота, систем мультимедиа и т.д.

Полнофункциональная современная ГИС для использования в геологоразведке должна обеспечивать:

двустороннюю связь между картографическими объектами и записями табличной базы данных;

управление визуализацией объектов, обеспечивающее выбор состава и формы отображения;

работу с точечными, линейными и площадными объектами;

ввод карт с дигитайзера или сканера и их редактирование;

поддержку топологических взаимоотношений между объектами и проверку с их помощью геометрической корректности карты, в т.ч. замкнутости площадных объектов, связности, прилегания и др.;

поддержку различных картографических проекций;

геометрические измерения на карте длины, периметра, площади и др.;

построение буферных зон вокруг объектов и реализацию других оверлейных операций;

создание собственных обозначений, в том числе новых типов маркерных знаков, типов линий, типов штриховок и др.;

создание дополнительных элементов оформления карты, в частности подписей, рамок, легенд;

вывод высококачественных твердых копий карт;

решение транспортных и других задач на графах, например, определение кратчайшего пути и т.п.;

работу с топографической поверхностью.

К настоящему времени число ГИС-пакетов, предлагаемых на рынке, исчисляется несколькими тысячами. Однако в большинстве это специализированные системы. Реальных полнофункциональных ГИС-пакетов общего назначения на рынке несколько десятков. В основном программное обеспечение для ГИС разрабатывают специализированные фирмы, только в некоторых случаях это продукты крупных фирм, для которых ГИС - не основной продукт. По числу известных пакетов и по числу инсталляций преобладают ПК (MS DOS, MS Windows) и UNIX- рабочие станции.

Следует отметить, что в настоящее время полнофункциональные ГИС общего назначения в основном ориентированы на рабочие станции с операционной системой UNIX. На ПК, как правило, функционируют системы с редуцированными возможностями. Отчасти это определяется спецификой пользователей ПК, для многих из которых простая ГИС нужна только как дополнение к обычному офисному ПО. Но главная причина - в требованиях, которые мощная ГИС предъявляет к аппаратным средствам компьютера.

Топологические векторные структуры данных по своей природе сложны, а процессы их использования требуют интенсивных расчетов, существенно больших, чем работа с обычной векторной графикой, в том числе и в части операций с плавающей точкой. Серьезные приложения часто требуют работы с длинными целыми и действительными числами двойной точности. Для работы с ГИС нужны дисплеи высокого разрешения и быстрый графический адаптер или акселератор, причем требования к палитре большие.

Серьезные проекты с использованием ГИС требуют работы с большими объемами данных, от сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт. Особенно высокие требования к объемам дисковой и основной памяти, а также к быстродействию компьютера, предъявляют ГИС с обработкой изображения в виде растровых структур, например, в задачах геометрической коррекции аэроснимков, моделирования природных процессов и при работе с рельефом земной поверхности. Один цветной аэроснимок высокого разрешения стандартного формата, если перевести его в цифровую форму без потери "точности" (24 bit, 1200 dpi) занимает около 200 Мб. Во многих задачах регионального характера требуется использовать совмещенную и геометрически откорректированную мозаику из мйогих таких снимков, тем более, что признано целесообразным использовать растровую подложку из такой мозаики аэро- или космических снимков (digital orthophoto) в качестве базового слоя для векторных карт, т.е. фотоснимки "впечатываются" в изображение карты. То же замечание справедливо и для работы с аэрокосмическими снимками, которые, как правило, должны обрабатываться различными способами, чтобы избирательно выделить на них различную информацию (операции различного рода фильтрации, преобразования контраста, операции с использованием быстрого преобразования Фурье, классификационные алгоритмы, дискриминантный, кластерный и факторный анализ, а также метод главных компонент). Поэтому вместо того, чтобы хранить десятки версий обработки, что потребовало бы до сотен Гбайт на 1 кадр, рациональнее выполнять их по требованию.

Следует отметить, что скорость накопления объемов аэрокосмических (особенно космических) данных пока идет в том же темпе или даже опережает темпы роста вычислительных мощностей ПК и рабочих станций.

Разрешение систем сбора дистанционной информации постоянно растет, а увеличение геометрического разрешения на местности с 20 до 10 м увеличивает объем данных в 4 раза.

Так как современные ГИС представляют собой, как правило, сложные программно-информационные комплексы, разработанные специально для применения в конкретных областях информационной деятельности или для решения специализированных задач, то в их состав входят:

операционная система;

ядро прикладного программного обеспечения;

модули тематической обработки данных;

интерактивный интерфейс пользователя.

К модулям тематической обработки данных относятся:

программное обеспечение ввода-вывода данных;

прикладное программное обеспечение анализа векторной и растровой информации;

СУБД;

программное обеспечение распознавания образов;

программное обеспечение выбора картографической проекции;

программное обеспечение для преобразования изображений;

программное обеспечение картографической генерализации;

программное обеспечение генерации условных знаков и т.д..

В качестве исследуемой ГИС была выбрана ГИС Zulu для работы с картами и схемами. Это программа российского производства с открытой структурой для разработки карт, планов, схем различного предназначения и сложности, с возможностью получать данные из различных источников (BDE, ODBC и ADO).

Достоинства ГИС Zulu:

Высокая скорость работы;

Работа со слоями;

Моделирование инженерных сетей;

Автоматическое кодирование топологии;

Открытая архитектура.

Рисунок 1 Пример послойной организации ГИС Zulu

Благодаря послойной организации данных можно использовать: векторные слои, растровые слои и слои рельефа. Слои, отображаемые в одной карте, могут находится либо локально на ПК, либо на сервере предприятия. ГИС Zulu позволяет работать с большим количеством растровых данных, где привязка растра к местности производится по точкам либо вручную.

В целях обеспечения безопасности ГИС Zulu семантическая информация хранится в локальных таблицах (Paradox, dBase), так и в базах данных Microsoft Access, Microsoft SQL Server, Oracle, MySQL, Sybase и других источников ODBC или ADO. Для удобства доступа к семантическим данным Zulu предлагает свои «источники данных». Подобно источникам данных ODBC DSN или связям с данными OLEDB UDL эти источники данных можно использовать при добавлении таблиц в базу данных или выборе таблиц для других операций.

Таким образом, проанализировав возможности ГИС Zulu, было принято решение о послойной организации данных об участке геологоразведочных работ с последующим хранением данных в БД.

Рисунок 2 Трансформация слоев и конвертирование данных в итоговый вариант

3. Результаты решения поставленной задачи

В ГИС Zulu выявлено пять основных функциональных процедур для послойной организации:

ввод,

манипулирование,

управление,

запрос и анализ,

визуализация.

Ввод данных. Географические данные (числа, текст, изображения) для использования в ГИС Zulu вводятся в векторном или растровом виде, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо предварительно оцифровываются на месте проведения геологоразведочных работ.

При этом всегда следует иметь в виду, что технологии оцифровки или занесения данных в конкретный тематический слой, а также наложение и сведение слоев могут сопровождаться значительными ошибками, которые в дальнейшем приведут к заметным искажениям картографических данных и визуализации результата (рис. ниже).

Рисунок 3 Пример ошибок оцифровывания и сведения слоев

Средства манипулирования представляют собой различные способы выделения, группировку и преобразования данных, например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции на определенный слой для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС Zulu используются реляционные базы данных с элементами OLAP-технологий.

Запрос и анализ можно выполнять на разных уровнях сложности -- от самых простых вопросов: где находится объект и каковы его описательные свойства -- до поисков и компиляции данных по сложным сценариям вида "А что если..." и поиска наилучшего решения поставленных задач.

Визуализация. Результаты различных операций можно просто отображать на экране или же создавать новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства и способы визуализации позволяют ГИС Zulu легко управлять отображением данных. Результатом обработки, анализа и отображения пространственных географических данных является карта, которая дополняется отчетными документами, рельефными цветными изображениями реальных и смоделированных объектов, фотографиями, таблицами, диаграммами..

В совокупности использование ГИС обосновано при должном обучение персонала и наличие специализированного ПО. Рациональное использование должно способствовать поиску верных решений для различных задач, таких как поиск кратчайшего пути от одного участка к другому или планированию по организации инфраструктуры места проведения геологоразведочных работ

геоинформационный месторождение пространственный

Заключение

Эффективность использования ГИС для больших компаний, разнесенных по большим территориям, чей бизнес связан с освоением этих территорий очевиден. Но для я эффективного использования ГИС в геологоразведке требуется информационная система, которая каждые 2-4 года должна в несколько раз увеличивать производительность своей вычислительной сети, чтобы не отстать от темпов развития устройств сбора информации. В статье продемонстрированы возможности по применению ГИС на практике на примере компании по геологоразведке, а так же выявлены требования для комплексного использования.

На данный момент для включения в производственный цикл ГИС требуются незапланированные капиталовложения на внедрение специализированного ПО и обучение персонала. Рынок предложений ГИС растет и модернизируется, наблюдается определенная тенденция по снижению цен, что, безусловно, расширить список сфер эффективного использования ГИС.

Список информационных источников

1. ROSDRILL LLC - международная буровая компания [Электронный ресурс] - URL: http://rosdrill.ru/. Дата обращения: 11.07.2016.

2. Способы и цели бурения скважин [Электронный ресурс] - URL: http://www.biiks.ru/.Дата обращения: 12.07.2016.

3. ZuluGis [Электронный ресурс] - URL: https://www.politerm.com/products/geo/zulugis/Дата обращения: 13.07.2016.

Размещено на Allbest.ru