Автоматизация производственных процессов на горнодобывающих предприятиях с использованием спутниковых технологий

С.Р.Мельников, О.В.Дроздов, В.Е.Егоров, Р.В.Подоприхин,

М.Б.Ибрагимов, М.Ю.Люляев, НПП «ГЕОКОСМОС»;

А.И.Перепелицин, глав. инженер, зам. ген. директора,

В.И.Минеев, начальник технич. управления, ОАО «Михайловский ГОК»


В основе автоматизации производственных процессов на горнодобывающих предприятиях, да и автоматизации производства в общем случае, лежит принцип, который мы назвали «принцип 4Е»:

  • Единая цифровая модель предприятия
  • Единая база атрибутивных данных
  • Единое координатное поле
  • Единая система обмена данными

Система автоматизированного управления производством, реализованная по этому принципу, представляет собой единую основу для всех процессов горнодобывающего предприятия — оценки запасов полезных ископаемых, планирования развития предприятия, добычи полезных ископаемых и горной массы внутри предприятия, обслуживания путей транспортировки (промышленные ж/д и автодороги) и т.д. «Принцип 4Е» позволяет избежать сложностей, связанных с несогласованностью информации, получаемой от различных подразделений предприятия, и обеспечивает оперативное получение (фактически в режиме реального времени) информации для принятия решений на любой стадии производственного процесса — от стратегического планирования до выдачи заданий на текущие работы.

НПП «Геокосмос» предлагает технологии автоматизации производственных процессов, основанные на «принципе 4Е» с применением спутникового оборудования для сбора данных.

Единая цифровая модель предприятия. Способы ее создания и поддержания

Цифровая модель местности (ЦММ) содержит метрическую (номера, координаты точек местности), синтаксическую (коды топографических объектов, сведения о порядке и виде соединения точек в контуры), семантическую (различные характеристики объектов), а также служебную информацию о местности. ЦММ может быть представлена графически цифровой картой на магнитных и бумажных носителях, базой атрибутивных данных или их сочетанием.

Единая цифровая модель предприятия является, по сути, пространственной основой автоматизации любого производственного процесса. При всем современном разнообразии технологий получения цифрового картографического материала почти весь он имеет один и тот же источник — бумагу и «наследует» все ее недостатки. Кроме того, не исключены дополнительные потери точности при переходе от бумаги к «цифре». Наше предприятие разработало и успешно применяет новую технологию создания и обновления ЦММ, основанную на использовании спутниковых геодезических систем реального времени и различных инструментов в дополнение к ним (электронный тахеометр, лазерный безотражательный дальномер и т.д.). Коротко суть данной технологии заключается в следующем (подробнее см. «Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации», №1(18), 1999 г.). В поле спутниковыми методами в реальном масштабе времени (Real Time Kinematic - RTK) определяются с точностью до 2–3 см плановые и высотные координаты точек снимаемых объектов. Для досъемки участков, где использование спутниковых методов неэффективно, используется электронный тахеометр и другое оборудование. При сборе данных помимо координат точек фиксируются такие их атрибуты, как код (или собственно описание объекта, или любой другой атрибут, включая показания датчиков, приборов и т.д.) снимаемого объекта, его характеристики, комментарии. Эта информация записывается в накопители в цифровом виде и используется для автоматической рисовки топографического плана и заполнения связанной с ним базы данных. Данные RTK могут быть использованы для определения координат точки стояния электронного тахеометра. Перенеся результаты съемки на компьютер, исполнитель получает цифровой план снятого участка и, при необходимости, дополнив или откорректировав его, может использовать этот план в специализированных программных приложениях. Перенос данных съемки, рисовка плана, его исправления и дополнения могут производиться непосредственно в поле. В тех случаях, когда на участок съемки имеется векторный или растровый цифровой картографический материал, возможно использование «цифровой мензулы». Суть «цифровой мензулы» в том, что исполнитель, используя соответствующее оборудование и программное обеспечение, непосредственно в поле корректирует и/или дополняет существующий цифровой план. Как и при мензульной съемке, исполнитель создает план снимаемого участка сразу в поле, а современное оборудование позволяет получить его в цифровом виде. Сбор и обновление данных о линейных объектах (автомобильные и железные дороги, продуктопроводы и т.п.) с использованием спутникового оборудования может производиться в движении.

Несомненными преимуществами предлагаемых технологий перед традиционными способами производства геодезических работ являются высокое качество результатов (точность, оперативность, цифровой вид) и сокращение времени и стоимости работ. Особо следует отметить, что все собранные в поле данные (как пространственные, так и атрибутивные) имеют окончательный вид и ни на одном из последующих этапов использования не изменяются, что обеспечивает их высокую надежность и достоверность. Цифровой вид и унификация обменных форматов данных позволяют экспортировать их (полностью или отдельными участками) в различных форматах для работы в специализированных программных приложениях (ГИС, САПР, программах горного планирования и др.).

Предлагаемые технологии создания и актуализации «не конфликтуют» с традиционными — в случаях, когда это целесообразно, разумное их сочетание (например, RTK и стереотопографическая съемка) окажется выгодным.

Единая база атрибутивных данных

База атрибутивных данных предприятия описывает объекты местности и производства. Как отмечалось выше, важной особенностью предлагаемых технологий создания и актуализации ЦММ является одновременный сбор координатной и атрибутивной информации об объектах местности и производства. Благодаря этому каждый атрибут или группа атрибутов объекта имеют однозначно определенное местоположение. Применяемое оборудование позволяет фиксировать различные характеристики — геологические данные, данные о состоянии машин и агрегатов, объемах выполненных работ, данные диагностики ж/д путей и т.д. Фиксация этих данных может выполняться как исполнителем, например, при съемке, так и автоматически. Единая база координатно привязанных атрибутивных данных является основой для выполнения различных аналитических операций с данными и согласованного обмена этими данными между подразделениями предприятия.

Единое координатное поле

Цель формирования единого координатного поля — возможность в любом месте в реальном масштабе времени определить местоположение объектов в единой системе координат, зафиксировать изменения местности или положения объекта. Единое координатное поле обеспечивается базовым комплектом RTK (Real Time Kinematic). Базовый комплект состоит из спутниковой антенны, приемника и передающего радиомодема с радиоантенной. Используемый формат генерируемых базовыми станциями данных позволяет использовать их как для местоопределения с высокой точностью — 1–3 см, так и для более простых субметровых и метровых определений. Маркшейдер, используя подвижный комплект спутникового оборудования, проводит съемку изменений местности, привязку буровых установок, вынос проектов работ в натуру и другие топографо-геодезические работы, определяя пространственное положение объектов в единой системе координат предприятия и обновляя тем самым ЦММ. Местоположение и перемещения машин и агрегатов, на которых тоже могут быть установлены комплекты спутникового оборудования, определяются в той же системе координат и в реальном масштабе времени отображаются на экране диспетчера.

Для сбора полевых данных маркшейдером, на подвижных объектах или для подготовки управляющих команд используются специализированные многофункциональные полевые или бортовые контроллеры.

Единая система обмена данными

Единая система обмена данными обеспечивает передачу и обмен данными между всеми потребителями:

  • передачу координатных данных при выполнении топографо-геодезических работ и определении местоположения подвижных объектов в реальном масштабе времени;
  • передачу группам потребителей, для которых это необходимо, заданий и исходных данных для их исполнения, включая ЦММ и БД;
  • обеспечение приема на диспетчерских пунктах данных с производственных объектов об их местоположении и отчетов об исполнении заданий.

В конечном итоге полная реализация «принципа 4Е» должна вывести организацию, управление, учет и контроль производственных процессов на принципиально новый уровень качества и производительности. Использование автоматизированных систем определения местоположения и обмена данными на подвижных объектах (локомотивах, экскаваторах, грейдерах и т.д.) неизбежно приводит к изменению роли маркшейдера — он становится системным инженером, а его задачами становятся планирование и подготовка проектных данных, формирование заданий, контроль выполнения и качества и слежение за работоспособностью систем.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2000