» » Общие положения и методология автоматизированной геометризации месторождений

Общие положения и методология автоматизированной геометризации месторождений

03.08.2016

Существующие методы геометризации базируются на представлении о размещении показателей месторождения в недрах как геохимическом поле, которое может быть описано некоторой функцией координат точки пространства P = f(x,y) или P = f (х, у, z) в зависимости от того, какой это показатель — структурный или качественный. Исходя из предположения, что функция P удовлетворяет условиям конечности, однозначности, непрерывности и плавности, в геометрии недр разработан метод изолиний — один из основных способов изображения поверхностей топографического порядка.
В зависимости от степени изученности месторождения, формы представления исходных данных (регулярное, нерегулярное или непрерывное опробование) и количественных характеристик изменчивости показателя метод изолиний реализуется одним из его вариантов: инвариантных линий и скатов, многогранника, профилей, статистическим и косвенным. Их логический анализ с целью формализации позволил выделить следующие основные вычислительные, графические и эвристические процедуры автоматизированной геометризации: горно-геометрический анализ исходных данных и выбор конкретного метода графического моделирования или комбинации этих методов; преобразование исходных данных на индуцированную сеть; построение изолиний в линейном приближении с последующим сглаживанием; оформление графического документа.
В результате горно-геометрического анализа геологических данных устанавливают общие закономерности размещения показателя в недрах. На этом этапе намечаются инвариантные линии и скаты изображаемой поверхности, находятся границы областей геометризации. Именно этот этап наиболее трудно формализуется на компьютере.
Изучение изменчивости показателя дает дополнительные материалы для горно-геометрического анализа. Если инвариантные линии близки к прямым, то при исследовании изменчивости главные направления анизотропии приблизительно совпадают или перпендикулярны инвариантным линиям. Количественные оценки параметров изменчивости используются для определения сечения изолиний.
Выбор метода построения изолиний зависит от результатов горно-геометрического анализа и исследования изменчивости. Методы многогранника, инвариантных линий и скатов обычно используются для построения структурных планов при нерегулярной разведочной сети. Так как качественные показатели обычно содержат значительную долю случайной составляющей, то для отображения их свойств применяют различные методы сглаживания.
Преобразование исходных данных с получением регулярной прямоугольной или квадратной сети осуществляется с помощью аналитических моделей размещения показателей или метода сглаживания, включая методы оптимальной статистической интерполяции (кригинга).
Независимо от того, какая используется сеть данных (треугольная или прямоугольная), координаты изолинии на первом этапе устанавливаются с помощью линейной интерполяции на «ребрах» сети по двум близлежащим узлам. После этого ломаные изолинии сглаживаются, т.е. проводится нелинейная аппроксимация изображаемой поверхности.
Большинство перечисленных операций при графическом моделировании достаточно легко формализуется, за исключением ряда эвристических процедур. Например, для выделения инвариантных линий и скатов, а также для триангуляции разведочных сетей требуется привлечение дополнительной геологической информации.
Анализ логических связей между вычислительными, графическими и эвристическими процедурами определяет принцип построения математического обеспечения задач графического моделирования месторождений. Математическое обеспечение автоматизированной геометризации содержит программы трех уровней: базисные, функциональные и прикладные. Разделение математического обеспечения на уровни соответствует степени детализации выводимой графической информации.
Базисные программы, разрабатываемые заводом-изготовителем графопостроителей, позволяют осуществлять построение простейших геометрических элементов (алфавитные и цифровые символы, отрезки прямой, дуги окружности, ломаные линии и т.д.).
Функциональные программы разрабатываются с учетом содержания прикладных задач. В состав функционального математического обеспечения задач графического моделирования входят: построение координатных сеток (сплошных, пунктирных, штрих-пунктирных) с оцифровкой по их периметру, планов опробования (с отрисовкой скважин, их наименований, содержаний компонентов и т.д.), основных элементов планов горных работ; преобразование координат (аффинное, функциональное и пр.); оформление графических документов (нанесение рамок, сопроводительного текста и т.д.); вычерчивание графиков функций, заданных аналитически в явном виде и параметрически, а также заданных таблично, с использованием различных методов интерполяции.
Прикладные программы графического моделирования обеспечивают вычерчивание планов изолиний различными методами, геологических разрезов с изолиниями качественных показателей, планов горных работ, блок-диаграмм, объемных изображений поверхностей топографического порядка, моделей горногеологических объектов в аксонометрических проекциях и т.д. Учитывая, что различные методы графического моделирования содержат идентичные процедуры интерполирования (преобразование координат, сглаживание изолиний, их оцифровку и т.п.), наиболее рациональным принципом формирования пакета прикладных программ следует считать модульный.
Основными методами графического моделирования месторождений полезных ископаемых являются метод изолиний, а также геологических разрезов (сечений) и профилей. Кроме того, при изучении сложных залежей дополнительно используется метод объемных графиков.
Изолинии — геометрические места точек с одинаковыми значениями показателей. Их можно строить, используя ряд способов.
Метод инвариантных линий и скатов. Суть его заключается в следующем. На плане с заданными точками, в которых определены значения изучаемого признака, в результате геометрического анализа намечаются инвариантные линии и скаты изображаемой поверхности. На линиях скатов с помощью линейной интерполяции находятся ступенчатые отметки для заданного набора сечений. После этого точки с одинаковыми отметками соединяются плавными линиями (рис. 7.9).
Общие положения и методология автоматизированной геометризации месторождений

Метод многогранника. Заключается в аппроксимации изображаемой поверхности многогранником, каждая грань которого представляет собой треугольник с вершинами в близлежащих точках с заданными числовыми отметками. В первом приближении изолинии для каждого сечения находятся в виде ломаных линий. При этом каждое звено ломаной в плане представляет собой проекцию линии пересечения плоскости сечения с одной из граней многогранника. Окончательно изолинии строятся с помощью «сглаживания» полученных таким образом ломаных.
Метод профилей. Состоит в том, что на план наносятся проекции профилей изображаемой поверхности, а на них — исходные точки. С помощью профилей строятся ступенчатые (кратные выбранному сечению) отметки высот. Затем линии равных высот соединяются плавными кривыми.
Статистический метод. Заключается в построении изолиний поверхности по средним групповым отметкам. В отличие от рассмотренных методов данный способ использует не исходные данные опробования, а преобразованные с помощью статистического сглаживания на регулярную квадратную или прямоугольную сеть. Параметры регулярной сети выбираются в зависимости от масштаба плана, изменчивости показателя, расстояния между исходными точками и др. Выбор окна сглаживания осуществляется обычно из практических соображений.
Косвенный метод. Применяется при построении изолиний поверхности, являющейся функцией некоторой величины в изолиниях другой поверхности. В этом методе используется аппарат математических действий с поверхностями топографического порядка (сложение, умножение, дифференцирование).
Метод геологических разрезов. Служит способом отображения формы тела и высотного положения линии, являющейся следом от пересечения некоторой поверхности (поверхности раздела литологических разновидностей пород, типов и сортов руд или поверхности сместителя). Более полное представление о пространственном положении геометризуемой поверхности в пределах участка, вскрытого разведочными пересечениями, обеспечивается совокупностью разрезов. Обычно при построении геологических разрезов используются данные геологоразведочных скважин и горных выработок. На вертикальных разрезах по линии разведочных скважин строят высотную сетку, профиль земной поверхности, профили осей разведочных выработок, на которые наносят границы литологических разновидностей горных пород, полученные по результатам бурения, а затем проводят увязку стратиграфически одинаковых горных пород и залежей по соседним выработкам. Для более полного представления формы залежи, характера изменения компонента, применения физико-технических и горно-геологических свойств залежи строят геологические разрезы с изолиниями.
Метод объемных графиков. Представляет собой блок-диаграммы; применяется для наглядного и объемного представления сложных по форме геологических структур. Построение блок-диаграмм сводится к аффинному проектированию участка для всего месторождения с изображением особенностей его строения.
Рассмотренные методы графического моделирования месторождений полезных ископаемых позволяют эффективно решать многие задачи проектирования, планирования и управления горным производством. Очевидно, что прогресс в области применения средств вычислительной техники для автоматизации моделирования месторождений, помимо их совершенствования, может быть достигнут за счет формализации существующих традиционных методов и создания соответствующего программного обеспечения.