Принципы создания инфраструктуры пространственных данных по техногенным отходам горнопромышленных производств

Ю.Н. Малышев, академик РАН, директор Государственного Геологического музея РАН им. В.И. Вернадского (ГГМ РАН);

В.М. Ряховский, д.г.-м.н., зав. сектором мониторинга геотехногенных образований, ГГМ РАН;

С.В. Булов, зав. сектором, ГГМ РАН; А.В. Ряховский, младший научный сотрудник, ГГМ РАН

Техногенные отходы относятся к специфической группе геологических объектов, сформировавшиеся последние столетия в районах горнорудной промышленности (отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетических комплексов, шлаки и шламы металлургического производства и пр.) «Технологическая платформа твердых полезных ископаемых» была утверждена 1 апреля 2011 г. Правительственной комиссией по высоким технологиям и инновациям. Но одна из ведущих проблем технологической платформы – отсутствие комплексного изучения техногенных отходов горнопромышленных производств.

104 1

Отвалы горнодобывающих и металлургических предприятий как перспективные источники сырья для различных областей индустрии издавна привлекали внимание. Исследованиями последних лет установлено, что в России к настоящему времени накоплено более 80 млрд т техногенных отходов, содержание металлов в которых нередко превышает их содержание в рудах, извлекаемых из недр и поступающих на обогащение [1–3]. Особенно это относится к старым отвалам и хвостохранилищам, которые формировались в 1940–50-е годы прошлого столетия, когда не уделялось должного внимания комплексному изучению минерального сырья, а кондиции добычи и переработки были значительно выше современных. Однако до настоящего времени техногенные месторождения используются в незначительных масштабах. Основная причина этого заключается в том, что для широкого вовлечения их в переработку требуется строительство практически новых производств, реализующих современные технологические принципы и решения, которые разработаны, как правило, на уровне научных открытий, лабораторных или полупромышленных исследований и редко доведены до промышленного производства. Перспективность использования техногенных месторождений очевидна, так как их использование позволяет одновременно решать целый ряд экономических, социальных и экологических проблем.

Целесообразность переработки техногенных отходов с последующим извлечением полезных компонентов диктуется постоянным удорожанием сырья, извлекаемого из недр. Последние 30 лет себестоимость сырья неуклонно растёт (на 5–10% в год), в связи с разработкой месторождений на всё более значительных глубинах, часто с закономерным понижением содержания ценных компонентов. Это происходит, несмотря на внедрение новой техники и даже автоматизацию некоторых производств. Немаловажную роль в повышении стоимости играет также истощение запасов полезных ископаемых в недрах Земли, а также снижение производительности труда и уменьшение темпов добычи полезных ископаемых в связи с постоянным ухудшением горно-геологических условий добычи (большие глубины, бедные руды).

104 2

Однако, техногенные отходы недостаточно охарактеризованы, как в правовом, так и в прикладном отношении. Так в Российском Федеральном Геологическом Фонде (Росгеолфонд) имеется более 35 тысяч паспортов месторождений полезных ископаемых, и лишь 60 паспортов по техногенным отходам. Анализ паспортов по техногенным образованиям отдельных горнопромышленных регионов (Кольского, Свердловской области, Казахстана и др.) показал, что такой документ необходим для учета и предварительного анализа эколого-экономической оценки техногенных образований, равно как и создание Кадастра техногенных образований, который, в свою очередь, должен опираться на компоненту или систему, отвечающую за картографическое представление пространственных данных. В связи с этим, создание инфраструктуры пространственных данных по техногенным отходам (ИПД ТО) на современном этапе – весьма актуально.

На первом этапе необходимо сформулировать принципы, положенные в ее основу, определить ее архитектуру, организацию, структуру и функции, предложить технологические решения, наметить пути, методы и этапы ее реализации. Под инфраструктурой пространственных данных (ИПД) понимается «информационно-телекоммуникационная система поддержки метаданных, наборов пространственных данных и геоинформационных услуг, обеспечивающая доступ пользователей к распределенным ресурсам пространственных данных, их распространение и обмен ими, с использованием Интернета или иной общедоступной глобальной сети, в целях повышения эффективности их производства и использования» [5, 6]. ИПД ТО – система управления распределенными ресурсами пространственных данных и сервисов в интересах учреждений, организаций, коллективов и сотрудников Российской академии наук, научно-образовательного сообщества в целом, а также органов государственного управления и гражданского общества.

При создании (ИПД ТО) для сводного Кадастра необходимо привлекать достижения современных геоинформационных технологий – распределенные ГИС, представляющие собой распределенные базы данных, распределенные вычисления и стандарты взаимодействия открытых систем. Это позволит решить проблемы электронного обмена пространственными данными между порталами разной специализации, а также обеспечит массовый доступ к картографическим материалам, космо- и аэроснимкам, базам данных и пр. на основе современных информационно-коммуникационных технологий (Интернет). Архитектура ИПД будет реализована в виде модулей – систем, отвечающих за различные операции с данными [4].

104 3

Создание банков данных на основе ГИС-технологий базируется на их иерархической структуре и, соответственно, распределении различных видов информации по уровням иерархии. Обеспечение интеграции и координации возможно с помощью создания архитектуры, которая перекрывает организационные границы между отдельными организациями и частями одной организации, находящимися на разных иерархических уровнях.

Рассмотрим особенности этой информации.

1. Считается, что около 80% данных, образующих национальные (в том числе государственные) информационные ресурсы, снабжены или без существенных затрат могут быть снабжены координатным описанием, фактически или потенциально представляя из себя пространственные данные.

2. Благодаря новым методам сбора пространственных данных неуклонно растет их объем, повышается оперативность их получения, завершается переход на качественно новые, цифровые технологии их сбора, обработки, распространения и использования. Для получения исходных данных используются системы дистанционного зондирования Земли из космоса, цифровые системы наземного и воздушного лазерного сканирования, другие цифровые и электронные геодезические приборы, цифровые аэросъемочные камеры, глобальные навигационные спутниковые системы GPS/ГЛОHACC. Новая цифровая и электронная среда существования пространственных данных создает условия для использования современных средств ГИС, совершенствуются программные средства ГИС, используется и разрабатывается как коммерческое, так и свободно распространяемое программное обеспечение.

Предполагается, что принципы, положенные в основу ИПД ТО, используемые в ней технологии, модели и форматы данных, программы, обеспечат ее интеграцию с иными системами, оперирующими пространственными данными, в частности Российской ИПД [7, 8]. Возможность взаимодействия с зарубежными системами обеспечивается использованием международных стандартов и спецификаций, адаптированных к российским условиям, гармонизации отечественной нормативно-правовой базы и стандартов с международными. При разработке состава тематических слоев должен быть согласован с процессом создания онтологий (и веб-онтологий) предметных областей, соответствующих каждому из наборов данных. В качестве временного их заместителя могут использоваться классификаторы и тезаурусы предметных областей.

Геопортал ИПД ТО, кроме предоставления пользователям всех стандартных функций геопортала для доступа к геоинформационным ресурсам разделен на внешний и внутренний сегменты (рис. 1). Внешний сегмент доступен всем пользователям сети интернет и предоставляет средства поиска ресурсов по метаданным, публикации метаданных, обмена метаданными, отображения наборов БПД в картографическом виде на экране компьютера без доступа к самим данным. Внутренний сегмент геопортала ограничен узким кругом пользователей в рамках локальной компьютерной сети организации, проводящей исследование территории. Здесь пользователям предоставляется возможность анализа наборов базовых пространственных данных БПД в соответствии со структурой слоев базы пространственных данных, в которой они хранятся, а также получения цифровых копий наборов БПД, снабженных метаданными и картографическими легендами. Особенность локальной ИПД также состоит в том, что для нее, как правило, достаточно создания одного геопортала без формирования сети из нескольких взаимосвязанных геопорталов (рис. 2).

Анализ существующих серверных и инфраструктурных ГИС-технологий создания баз пространственных данных, ГИС-серверов и ГИС-сайтов показал, что набор технических средств, достаточных для разработки компонентов ИПД любого типа, уровня и характера уже существует. Поэтому основное внимание при создании ИПД ТО было уделено теоретическому обоснованию и разработке структуры, содержания и функций ее компонентов. В качестве примеров программных продуктов можно привести Esri ArcSDE для формирования хранилища базовых данных и метаданных, Esri ArcGIS Server, ConTerra sdi.suite для формирования элементов структуры и интерфейса геопортала, ArcGIS Server Geoportal Extension для разработки структуры профиля метаданных.

Для разворачивания ИПД был выбран Esri Geoportal Server, который позволяет каталогизировать местоположения и описания геопространственных ресурсов в центральном хранилище.

Геопортал публикуется в Интеренете и обеспечивает доступ к данным широкому кругу лиц. Посетители геопортала могут производить поиск и доступ к этим ресурсам для использования их с собственными проектами. Посетителям Геопортала предоставляется возможность зарегистрироваться и более широкие возможности его использования.

Таким образом, Геопортал дает возможность учета геопространственных ресурсов на корпоративном уровне независимо от их типа и расположения. Ресурсы регистрируются на геопортале с использованием метаданных, которые описывают местоположение, возраст, качество и другие характеристики ресурсов. Имея доступ к этой информации о ресурсах, организация может принимать решения, основанные на их качестве.

Учитывая то, что задачи связанные с техногенными отходами весьма актуальны, а проработка вопроса явно недостаточна, создание инфраструктуры пространственных данных по техногенным отходам (ИПД ТО) на современном этапе полагается весьма востребованным. Представленная концепция предлагает последовательное и системное решение на самом современном техническом уровне.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Карнилков С.В., Яковлев В.Л., Саканцев С.Г. Селеванов Е.Н. Технологии формирования и отработки техногенных месторождений. Проблемы и решения. Международный конгресс «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов». Техноген 2012, 13–15 июня 2012 Екатеринбург, с. 31–41.

2. Шадрунова И.В., Савин А.Г.. Волкова Н.А., Горлова О.Е. Технологическое, экономические и экологические аспекты переработки техногенного сырья горно-металлургических предприятий Урала. Международный конгресс «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов». Техноген 2012, 13–15 июня 2012 г., Екатеринбург, с. 31–41.

3. Малышев Ю.Н., Титова А.В., Ряховский В.М. «Твердые отходы промышленности – потенциальные техногенные месторождения, дополнительная сырьевая база стратегического минерального сырья» Международный конгресс «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов». Техноген 2012, 13–15 июня 2012 г., Екатеринбург, с. 61–66.

4. Ряховский В.М., Щульга Н.Ю. Принципы работы и архитектура Интернет-портала «Геология» В журн. «Мониторинг. Наука и Технологии» 2009 г., с. 78–88.

5. Ряховский В.М. Шульга Н.Ю. Портал «Геология» В кн. «Электронная земля». 2009 г., с. 153–162.

6. Ряховский В.М. Юбко А.В. Швычко П.А. Огиенко С.А. Теоретические предпосылки создания интегральной аналитической геоинформационной системы в области наук о Земле на основе технологий GRID. В кн. «Наука и просвещение», Москва, 2009 г., с. 355–365.

7. Кошкарев А.В., Ряховский В.М., Серебряков В.А. Инфраструктура распределенной среды хранения, поиска и преобразования пространственных данных. Журнал «Открытое образование» №4, 2010, с. 24–31.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2013, стр.104