Введение к работе
Актуальность работы. В горном деле существует большой объем графических работ, который по имеющимся данным по трудоемкости составляет 40 - 70 % от общего объема работ при проектировании и планировании на горном предприятии.
По данным отдела САПР ОАО «Институт Уралгипроруда» за 1996 год структура проектных работ распределилась следующим образом: 48% - графические работы, 30% - расчетные работы, 22% - оформление. Уровень же автоматизации этих работ следующий: 9% - графические работы, 41% - расчетные работы, 50% - оформление. На основе этих данных можно сделать вывод о том, что при проектировании графические работы имеют наибольший объем в структуре проектных работ. Однако па сегодняшний день они являются наименее автоматизированными.
Решение задач трехмерного моделирования объектов в горном проюводстве позволяет повысить наглядность принимаемых проектных решений, увеличить оперативность планирования и управления и снизить затраты на проектирование в целом.
Целью работы является создание горной геоинформационной графической системы для объемного моделирования объектов геометрического пространства открытых горных работ (ОГР).
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи, определившие структуру диссертации:
выделены типовые объекты геометрического пространства открытых горных работ: рельеф местности, карьер, отвал, их типовые элементы, а также технологические объекты (сооружения, оборудование и коммуникации);
предложена архитектура, методики кодирования и структуры данных горной геоинформационной графической системы для моделирования объектов геометрического пространства ОГР, и проведена оценка адекватности полученных моделей;
создано программное обеспечение графической системы «3DView» с использованием оригинальных и адаптированных алгоритмов визуализации трехмерных объектов.
Объектом исследования являются способы математического представления и визуального отображения объектов открытых горных работ.
Основная идея работы заключается в объемном геоинформационном представлении объектов горного производства с целью их визуализации и дальнейшего решения технологических задач на полученных моделях.
Научные положения, защищаемые автором:
при объемном графическом моделировании объектов геометрического пространства ОГР (карьер, отвал, траншея, съезд и т.д.) основными составляющими являются два базовых элемента: участок горизонтальной плоскости (площадка уступа) и участок наклонной плоскости (откос уступа);
доказана адекватность полученных объемных моделей при заданной вычислительной погрешности и соответствующей геоинформационной плотности;
повышение эффективности существующих алгоритмов удаления невидимых поверхностей возможно при дифференцированной сортировке элементов модели.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается их соответствием практическим результатам.
Научная новизна работы:
в результате декомпозиции объектов геометрического пространства ОГР выявлены два основных образующих элемента: участок горизонтальной плоскости и участок наклонной плоскости;
в составе созданной горной геоинформационной трехмерной графической системы разработаны оригинальная архитектура и структуры данных, основанные на полученной элементной базе;
на базе геоинформационной плотности математической модели объекта горного производства предложена методика оценки степени адекватности геоинформационной модели реальному объекту;
создано алгоритмическое, информационное и программное обеспечение геоинформационной системы «3DView», в основе которого лежат алгоритмы, модифицированные и адаптированные автором.
Практическая ценность работы: разработанная
автоматизированная система объемного моделирования может применяться для моделирования геологических и горно-технических объектов (подземные работы, географические информационные системы, экологические геоинформационные системы и т.д.)- Открытая архитектура и модульность разработанной системы, позволяй провести интеграцию с предыдущими разработками кафедры в данной области.
Личный вклад автора состоит в декомпозиции и классификации геометрических элементов объектов ОГР, разработке архитектуры геоинформационной графической системы, обосновании используемых структур данных, дополнении комбинированного алгоритма удаления невидимых поверхностей, оценке степени адекватности и разработке программного обеспечения системы объемного моделирования ОГР.
Результаты работы реализованы в виде программного комплекса "3DView", позволяющего моделировать любые объекты, представленные в виде полигонального поля с высокой скоростью при достаточно скромных вычислительных ресурсах.
Апробация и внедрение работы: основные результаты работы представлены в докладах на 2 региональном симпозиуме АРСОМ-97 «Применение компьютеров и исследование операций в горной промышленности» (Москва, 1997 г.) и конференции «Компьютерные технологии в горном деле» (Екатеринбург, 1996 г.). Разработанное программное обеспечение принято к использованию в ОАО «Институт Уралпшроруда», ОАО «Качканарский ГОК» и в учебном процессе на кафедре разработки месторождений открытым способом (РМОС) Уральской государственной горно-геологической академии (УПТА).
Публикации: по результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 66 наименований, изложенных на 138 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 9 таблиц.
