Способ геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений с применением технологии лазерного сканирования Российский патент 2019 года по МПК G06T17/05 G06T17/20 G01C3/00 

Данный способ относится к области геодезических измерений, получения, обработки и отображения геопространственной информации, компьютерным средствам преобразования, визуализации и интерпретации цифровых метрических трехмерных моделей геоинформационных систем в трехмерном пространстве с применением технологии лазерного сканирования и может быть использован для создания цифровых трехмерных моделей объектов и территорий с целью геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории крупных рудных месторождений, где разрабатывают открытым способом особо сложные технологические инженерные объекты, например рудные карьеры.

Известен способ измерения, получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных, который заключается в создании цифровых метрических трехмерных моделей объектов и рельефа земной поверхности по данным геодезических съемок методом лазерного сканирования [В.А. Середович, Наземное лазерное сканирование, Новосибирск, СГГА, 2009 г.], взятый в качестве прототипа.

Сущность данного способа состоит в том, что на контролируемой территории проводят геодезическую съемку ситуации и рельефа с помощью технологии лазерного сканирования. По данным геодезической съемки выполняют геодезические измерения контролируемой территории с привязкой к системе координат ПВО. Получают результаты геодезических измерений в определенный период времени, которые передают в ПВЭМ, с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают облако точек геодезических измерений, которое используют для создания цифровых метрических трехмерных моделей объектов и земной поверхности на контролируемой территории.

Недостатком этого способа является недостаточная точность определения деформаций земной поверхности в контрольных точках опорных пунктов ПВО, а так же трудоемкость процесса повторения измерения для уточнения планового или высотного положения объектов местности вследствие необходимости повторного выполнения полевых работ. Как следствие сказанного снижается точность и достоверность определения планово - высотных смещений объектов и земной поверхности контролируемой территории в определенный период времени. Кроме того, данный способ не позволяет выявить связь деформаций земной поверхности с изменениями плотностных характеристик в залегающих породах осадочного чехла месторождения, являющиеся возможными причинами геодинамических процессов на контролируемой территории что, в конечном счете, ведет к снижению достоверности и эффективности работ при геодезическом мониторинге деформационного состояния земной поверхности на территории крупных рудных месторождений, где разрабатывают особо сложные технологические инженерные объекты, например рудные карьеры.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности способа получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных в трехмерном пространстве за счет обеспечения в режиме реального времени оперативного доступа к актуальной информации и повышения ее точности, а значит достоверности, используя технологию лазерного сканирования в трехмерном пространстве, интегрированную в автоматизированную технологию высокоточного спутникового позиционирования, реализованную в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени, высокоточным нивелированием, высокоточными гравиметрическими измерениями с использованием интернет технологии и других источников информации. Технический результат - повышение эффективности и достоверности способа геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений с применением технологии лазерного сканирования в трехмерном пространстве интегрированной в автоматизированную технологию высокоточного спутникового позиционирования, реализованную в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с высокоточным нивелированием и высокоточными гравиметрическими измерениями, а также за счет расширения функциональных возможностей для пользователей через интернет и другие источники информации получать в режиме реального времени оперативный доступ к актуальной информации на конкретную территорию, при этом пользователь в интерактивном режиме может выбирать конкретное место и получать для работы несколько вариантов информации. Это может быть как цифровая трехмерная метрическая модель контролируемой территории, так и ее цифровая трехмерная метрическая деформационная модель и цифровая двухмерная карта поля силы тяжести контролируемой территории. Данная информация будет доступна как по каналу передачи геопространственных данных, так и может высылаться на почту для работы в любом программном обеспечении.

Проблема решается тем, что в представленном способе геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений с применением технологии лазерного сканирования, при котором на контролируемой территории создают планово-высотное обоснование (ПВО), выполняют геодезические измерения с применением технологии лазерного сканирования контролируемой территории с привязкой к системе координат ПВО, получают результаты геодезических измерений на определенный период времени, которые передают в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением обработки, отображения и преобразования геопространственных данных, с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают облако точек результатов сканирования, которое используют для создания цифровых метрических трехмерных моделей объектов и земной поверхности контролируемой территории, согласно изобретению на упомянутой контролируемой территории дополнительно создают геодинамический полигон (ГДП), на котором выполняют упомянутое ПВО в условной системе координат с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования, где в качестве исходных опорных пунктов ПВО служат постоянно действующие базовые станции GPS, между которыми развивают сеть ПВО, в которой положение исходных опорных пунктов ПВО на местности выбирают с учетом геолого-тектонического строения территории ГДП и положения на ней объектов инфраструктуры месторождения. Кроме того, при создании упомянутого ПВО, дополнительно в нулевом цикле геодезических измерений в пределах территории ГДП, создают двухступенчатую опорную плановую сеть, при этом, первую ступень выполняют в виде опорной каркасной сети, где в качестве опорных каркасных пунктов используют пункты GPS, оборудованные постоянно действующими базовыми станциями GPS, а сама опорная каркасная сеть представляет собой геодезический четырехугольник или треугольник с увязкой координат базовых станций GPS, служащих исходными опорными пунктами ПВО, не менее чем на четыре-пять пунктов Международной геодинамической сети GPS (IGS), вторую ступень выполняют в виде тригональной сети опорных пунктов сгущения, развитых между пунктами опорной каркасной сети. По всем пунктам опорной каркасной сети и сети опорных пунктов сгущения выполняют высокоточное нивелирование I или II классов и высокоточные гравиметрические измерения, при этом, координаты опорных каркасных пунктов определяют по методике высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений совместно с кодовыми, за счет использования точных эфемерид и поправок часов навигационных космических аппаратов (НКА), а высокоточные гравиметрические измерения выполняют для создания двухмерной цифровой карты поля силы тяжести на территории ГДП, с возможностью контроля изменения плотностных характеристик горных пород, слагающих осадочный чехол в пределах территории ГДП. Передают результаты высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений, высокоточного нивелирования I или II классов и высокоточных гравиметрических измерений в упомянутую ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением обработки, отображения и преобразования геопространственных данных и дополнительно создают интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, в которой с помощью компьютерной программы, выполняют обработку результатов GPS-измерений, уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов и высокоточных гравиметрических измерений, при этом уравнивание высокоточного нивелирования и высокоточных гравиметрических измерений выполняют параметрическим способом с определением в качестве необходимых неизвестных вероятнейших значений превышений высот и значений приращений силы тяжести в каждом опорном пункте относительно пункта, принятого за исходный, в качестве которого принимается один из опорных каркасных пунктов ПВО в пределах территории ГДП. А упомянутую технологию лазерного сканирования по опорным пунктам ПВО в пределах территории ГДП используют для выполнения геодезических измерений бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП. В результате определяют пространственные координаты по осям X,Y,Z облака точек отражения лазерного луча от поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, которые идентифицируются на сканах, где пространственные координаты по осям X,Y соответствуют плановым координатам плановой сети ПВО, а пространственные координаты по оси Z соответствуют высотным координатам высотной сети ПВО. Передают результаты лазерного сканирования в интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, получают скан. С помощью компьютерной программы регистрируют сканы, получают цифровую метрическую точечную трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, где каждая точка этой модели имеет пространственные координаты по осям X,Y,Z отраженного лазерного луча от поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, с интегрированными в нее пространственными координатами по осям X,Y,Z опорных пунктов ПВО в виде постоянно действующих базовых станций GPS с геопространственными данными по результатам GPS-измерений. Далее, с помощью компьютерной программы, выполняют обработку материалов и получают цифровую метрическую векторную трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с интегрированными в нее пространственными координатами по осям X,Y,Z самих опорных пунктов ПВО и геопространственными данными по результатам GPS-измерений, уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов и двухмерной цифровой карты поля силы тяжести на территорию ГДП, по результатам обработки данных высокоточных гравиметрических измерений. С помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают исходную цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП по результатам нулевого цикла геодезических измерений по опорным пунктам ПВО в режиме реального времени. Далее с помощью компьютерной программы в автоматическом режиме по результатам GPS-измерений в каждом последующем цикле автоматически вносят поправки в пространственные координаты опорных пунктов ПВО. Выполняют следующий цикл геодезических измерений с учетом изменения пространственных координат опорных пунктов ПВО в режиме реального времени. Получают цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в этом цикле, используя их текущие значения. Создают интегральную фактическую цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с возможностью визуализации и оценки деформационной ситуации на контролируемом участке с использованием предельно-допустимых критических значений деформации как для земной поверхности, так и для особо сложных технологических инженерных объектов, путем сравнения исходной цифровой метрической трехмерной модели поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с интегральной фактической цифровой метрической трехмерной моделью поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в каждом последующем цикле. Получают фактическую цифровую метрическую трехмерную модель деформационной зоны земной поверхности контролируемой территории для конкретного цикла в режиме реального времени, с возможностью комплексной интерпретации полученных результатов изменения плотностных характеристик горных пород, слагающих осадочный чехол в пределах территории ГДП. При этом в последующих циклах геодезических наблюдений порядок измерений, обработки и уравнивания результатов на территории ГДП соблюдают таким же, как и в нулевом цикле. Затем дополнительно создают и используют административную подсистему в виде сервера геопространственных данных с возможностью анализа, интерпретации и хранения, полученных геопространственных данных, и передают в нее из интерфейсной подсистемы обработки и постоянного обновления геопространственных данных указанную исходную цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, интегральную фактическую цифровую метрическую трехмерную модель поверхности контролируемой территории, фактическую цифровую метрическую трехмерную модель деформационной зоны и двухмерную цифровую карту поля силы тяжести в пределах территории ГДП с возможностью хранения, анализа и интерпретации полученных данных. Далее дополнительно создают и используют интерфейсную подсистему визуализации геопространственных данных путем предоставления по каналу передачи данных сервиса пользователям с возможностью запроса, визуализации и экспорта запрашиваемых геопространственных данных, при этом геопространственные данные используют совместно с возможностью их сопоставления, анализа и интерпретации. Так же дополнительно создают и используют интерфейсную подсистему геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности в пределах территории ГДП, в которой создают систему расчета последствий при чрезвычайных ситуациях в режиме реального времени путем вычисления в автоматическом режиме расхождений пространственных координат одноименных точек между фактическими значениями интегральной фактической цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности контролируемой территории каждого последующего цикла геодезических измерений с соответствующими значениями исходной цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности в пределах территории ГДП в системе координат ПВО, с возможностью визуализации и оценки текущей ситуации в пределах территории ГДП по фактической цифровой метрической трехмерной модели деформационной зоны. Тем самым осуществляют упомянутый геодезический мониторинг деформационного состояния земной поверхности в режиме реального времени в районах ведения горных работ открытым способом, позволяющего оценить степень геодинамического риска или опасности.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность и достоверность способа геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений, где возведены особо сложные технологические инженерные объекты, например рудные карьеры, за счет обеспечения в режиме реального времени оперативного доступа к актуальной информации и повышения ее точности, а значит достоверности, используя технологию лазерного сканирования в трехмерном пространстве, интегрированную в автоматизированную технологию высокоточного спутникового позиционирования, реализованную в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с высокоточным нивелированием и высокоточными гравиметрическими измерениями, а также за счет расширения функциональных возможностей для пользователей через интернет и другие источники информации получать в режиме реального времени оперативный доступ к актуальной информации на конкретную территорию.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений, где возведены особо сложные технологические инженерные объекты, например рудные карьеры, с применением технологии лазерного сканирования в трехмерном пространстве, интегрированной в автоматизированную технологию высокоточного спутникового позиционирования, реализованной в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с высокоточным нивелированием и высокоточными гравиметрическими измерениями и чертежами фиг. 1, 2, где на фиг. 1 представлена условная схема создания ГДП на контролируемой территории; на фиг. 2 представлена структурная схема взаимодействия блоков сервиса предоставления геопространственных данных с применением технологии лазерного сканирования в трехмерном пространстве интегрированной в автоматизированную высокоточную цифровую спутниковую технологию GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с высокоточным нивелированием и высокоточными гравиметрическими измерениями.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. До начала геодезических измерений на контролируемой территории крупного рудного месторождения, где разрабатывают открытым способом особо сложный технологический инженерный объект, например рудный карьер 1(далее - карьер 1), создают ГДП (см. фиг. 1), на котором выполняют ПВО в условной системе координат с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования, где в качестве опорных каркасных пунктов ПВО 2 (далее - опорные каркасные пункты 2) служат постоянно действующие базовые станции GPS и опорных пунктов сгущения 3 (далее - опорные пункты 3), размещенные по определенной проектной схеме с учетом геолого-тектонического строения контролируемой территории, выявленных зон разломов осадочного чехла верхней части земной коры 4 (далее - зоны разломов 4) и расположения на ней объектов инфраструктуры месторождения (см. фиг. 1). Геодезические измерения нулевого цикла выполняют с использованием технологии воздушного или наземного мобильного лазерного сканирования земной поверхности контролируемой территории по опорным каркасным пунктам 2 и опорным пунктам сгущения 3 ГДП (см. фиг. 1). При создании упомянутого ПВО в нулевом цикле геодезических измерений на территории ГДП (см. фиг. 1) создают двухступенчатую опорную плановую сеть, где первую ступень выполняют в виде опорной каркасной сети, где в качестве опорных каркасных пунктов 2 используют пункты GPS, оборудованные постоянно действующими базовыми станциями GPS, при этом сама опорная каркасная сеть представляет собой геодезический четырехугольник или треугольник с увязкой координат базовых станций GPS, служащих исходными опорными пунктами ПВО, не менее чем на четыре-пять пунктов Международной геодинамической сети GPS (IGS) (на чертеже не показаны). Вторую ступень выполняют в виде тригональной сети опорных пунктов сгущения 3 (далее - опорные пункты 3), развитых между опорными каркасными пунктами 2 опорной каркасной сети, связанных между собой базовыми линиями 5 (см. фиг. 1). По всем опорным каркасным пунктам 2 опорной каркасной сети и опорным пунктам 3 сети опорных пунктов сгущения выполняют высокоточное нивелирование I или II классов и высокоточные гравиметрические измерения (линии нивелирования и гравиметрии 6). Координаты опорных каркасных пунктов 2 определяют по методике высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений совместно с кодовыми, за счет использования точных эфемерид и поправок часов навигационных космических аппаратов (НКА). Высокоточные гравиметрические измерения выполняют для создания цифровой двухмерной карты поля силы тяжести на территории ГДП (на чертеже не показана), с помощью которой контролируют изменения плотностных характеристик горных пород, слагающих осадочный чехол в пределах территории ГДП (см. фиг. 1). Затем передают результаты высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений, высокоточного нивелирования I или II классов и высокоточных гравиметрических измерений в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением обработки, отображения и преобразования геопространственных данных и создают интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных 7 (далее - интерфейсная подсистема 7) (см. фиг. 2), в которой с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов GPS-измерений, уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов и высокоточных гравиметрических измерений. При этом уравнивание высокоточного нивелирования и высокоточных гравиметрических измерений выполняют параметрическим способом с определением в качестве необходимых неизвестных вероятнейших значений превышений высот и значений приращений силы тяжести в каждом опорном пункте относительно пункта, принятого за исходный, в качестве которого принимается один из опорных каркасных пунктов 2 ПВО в пределах территории ГДП. Далее выполняют геодезические измерения бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с помощью технологии лазерного сканирования по опорным каркасным пунктам 2 и опорным пунктам сгущения 3 ПВО в пределах территории ГДП. В результате определяют пространственные координаты по осям X,Y,Z облака точек отражения лазерного луча от поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, которые идентифицируются на сканах, где пространственные координаты по осям X,Y соответствуют плановым координатам плановой сети ПВО, а пространственные координаты по оси Z соответствуют высотным координатам высотной сети ПВО. Передают результаты лазерного сканирования в интерфейсную подсистему 7 и получают скан. С помощью компьютерной программы регистрируют сканы, получают цифровую метрическую точечную трехмерную модель поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, где каждая точка этой модели имеет пространственные координаты по осям X,Y,Z отраженного лазерного луча от поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхностив пределах территории ГДП, в системе пространственных координат по осям X,Y,Z опорных каркасных пунктов ПВО 2 в виде постоянно действующих базовых станций GPS с геопространственными данными по результатам GPS-измерений. Далее с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают цифровую метрическую векторную трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с интегрированными в нее пространственными координатами по осям X,Y,Z самих опорных каркасных пунктов 2 ПВО и геопространственными данными по результатам GPS-измерений, уравнивания высокоточной нивелирной сети I или II классов и цифровую двухмерную карту поля силы тяжести на территорию ГДП, по результатам обработки данных высокоточных гравиметрических измерений. Затем с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают исходную цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП по результатам нулевого цикла геодезических измерений по опорным пунктам ПВО в режиме реального времени. Далее с помощью компьютерной программы в автоматическом режиме по результатам GPS-измерений в каждом последующем цикле автоматически вносят поправки в координаты опорных каркасных пунктов ПВО 2. Выполняют следующий цикл геодезических измерений с учетом изменения координат опорных каркасных пунктов 2 ПВО в режиме реального времени, получают цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в этом цикле, используя их текущие значения и создают интегральную фактическую цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с возможностью визуализации и оценки деформационной ситуации на контролируемом участке с использованием предельно-допустимых критических значений деформации, как для земной поверхности, так и для особо сложных технологических инженерных объектов путем сравнения исходной цифровой метрической трехмерной модели поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с интегральной фактической цифровой метрической трехмерной моделью поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в каждом последующем цикле. В результате получают фактическую цифровую метрическую трехмерную модель деформационной зоны земной поверхности контролируемой территории для конкретного цикла в режиме реального времени. Комплексная интерпретация полученных данных изменения плотностных характеристик горных пород, слагающих осадочный чехол в пределах территории ГДП, деформаций на различных участках ГДП позволяет оценить степень геодинамического риска и опасностей на контролируемой территории. При этом в последующих циклах геодезических измерений порядок измерений, обработки и уравнивания результатов на территории ГДП соблюдают таким же, как и в нулевом цикле. Далее создают и используют административную подсистему в виде сервера геопространственных данных с возможностью анализа, интерпретации и хранения полученных геопространственных данных 8 (далее - административная подсистема 8) (см. фиг. 2) и передают в нее из интерфейсной подсистемы 7 исходную цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера 1 и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, интегральную фактическую цифровую метрическую трехмерную модель поверхности контролируемой территории, фактическую цифровую метрическую трехмерную модель деформационной зоны и двухмерную цифровую карту поля силы тяжести в пределах территории ГДП с возможностью хранения, анализа и интерпретации полученных данных. Далее создают и используют интерфейсную подсистему визуализации геопространственных данных 9 (далее - интерфейсная подсистема 9) (см. фиг. 2) путем предоставления по каналу передачи данных сервиса пользователям с возможностью запроса, визуализации и экспорта запрашиваемых геопространственных данных, при этом геопространственные данные используют совместно с возможностью их сопоставления, анализа и интерпретации. Также создают и используют интерфейсную подсистему геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности 10 (далее - интерфейсная подсистема 10) (см. фиг. 2) в пределах территории ГДП, в которой создают систему расчета последствий при чрезвычайных ситуациях в режиме реального времени путем вычисления в автоматическом режиме расхождений пространственных координат одноименных точек между фактическими значениями интегральной фактической цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности контролируемой территории каждого последующего цикла геодезических измерений с соответствующими значениями исходной цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности в пределах территории ГДП в системе координат ПВО, с возможностью визуализации и оценки текущей ситуации в пределах территории ГДП по фактической цифровой метрической трехмерной модели деформационной зоны. Тем самым осуществляют упомянутый геодезический мониторинг деформационного состояния земной поверхности в режиме реального времени в районах ведения горных работ открытым способом, позволяющего оценить степень геодинамического риска или опасности. Далее создают систему поиска нужного фрагмента контролируемой территории в системе координат ПВО и доступа к нему, выделяя вышеуказанный фрагмент на модели по координатам путем предоставления по каналу передачи данных сервиса пользователям 11 с возможностью запроса, визуализации и экспорта запрашиваемых геопространственных данных через интерфейсную подсистему 9. Затем используют интерфейсную подсистему 10 в которой создают систему расчета последствий при деформации земной поверхности с возможностью запроса, визуализации и формирования отчетов в виде сводных таблиц, ведомостей, графиков и ситуационных карт для планирования мероприятий либо ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на контролируемом участке путем вычисления в автоматическом режиме расхождений пространственных координат одноименных точек между фактическими значениями интегральной фактической цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности контролируемой территории каждого последующего цикла геодезических измерений с соответствующими значениями исходной цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности в пределах территории ГДП в системе координат ПВО, с возможностью визуализации и оценки текущей ситуации в пределах территории ГДП по фактической цифровой метрической трехмерной модели деформационной зоны, с возможностью визуализации текущей ситуации на контролируемом участке. Пользователь 11, имеющий аккредитацию на сервисе, получает нужный фрагмент в виде цифровой метрической точечной модели заданной территории на свой рабочий компьютер (см. фиг. 2), обрабатывает этот фрагмент средствами, размещенными в административной подсистеме 8 или в собственных программах и получает результат для дальнейшего использования в виде цифровой метрической и визуальной информации. Таким образом, пользователям 11 предоставляется возможность получать оперативный доступ к актуальной информации на конкретный участок в виде цифровых метрических трехмерных моделей земной поверхности на конкретную территорию. При этом пользователь 11 в интерактивном режиме может выбирать на модели конкретное место и получать для работы несколько вариантов информации. Это может быть как цифровая трехмерная точечная метрическая модель земной поверхности контролируемой территории, так и интегральные цифровые трехмерные модели территории. Данная информация может высылаться на электронную почту для работы в любом программном обеспечении. После интерпретации и анализа полученных данных делают заключение о деформационном состоянии земной поверхности в пределах территории ГДП в определенный период времени. Тем самым осуществляют упомянутый геодезический мониторинг деформационного состояния земной поверхности в режиме реального времени в районах ведения горных работ открытым способом.

Предлагаемый инновационный способ геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории крупных рудных месторождений, где разрабатывают открытым способом особо сложные технологические инженерные объекты, например рудные карьеры, основанный на неразрушающих методах геодезического контроля, дает возможность:

- выполнять сопоставление получаемых параметров: плановых координат, высот, значений силы тяжести, трехмерной модели карьера и территории ГДП;

- выполнять сравнение аномальных полей силы тяжести в пределах территории ГДП, что позволяет судить о возможном перемещении масс в недрах месторождения;

- сопоставлять результаты комплексной интерпретация геодезических, гравиметрических измерений, а также изменений трехмерной модели деформационной зоны в различных циклах, что дает возможность сформировать представление о происходящих геодинамических процессах на месторождении;

- оценки геодинамического риска и геодинамической опасности территории, которую производят по вычисленным деформационным характеристикам и сопоставлению их с критериальными значениями, для принятия превентивных мер и обеспечения безопасной эксплуатации крупных рудных месторождений.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат - повышение эффективности и достоверности геодезического мониторинга. Способ геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений с применением технологии лазерного сканирования, при котором на контролируемой территории создают планово-высотное обоснование (ПВО), выполняют геодезические измерения с применением технологии лазерного сканирования контролируемой территории с привязкой к системе координат ПВО, получают результаты геодезических измерений на период времени, которые передают в ПЭВМ с программным обеспечением обработки, отображения и преобразования геопространственных данных, и получают облако точек результатов сканирования, которое используют для создания цифровых метрических 3D моделей объектов и земной поверхности контролируемой территории, причем на контролируемой территории дополнительно создают геодинамический полигон (ГДП), на котором выполняют ПВО в условной системе координат с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования. 2 ил.

Способ геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений с применением технологии лазерного сканирования, при котором на контролируемой территории создают планово-высотное обоснование (ПВО), выполняют геодезические измерения с применением технологии лазерного сканирования контролируемой территории с привязкой к системе координат ПВО, получают результаты геодезических измерений на определенный период времени, которые передают в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением обработки, отображения и преобразования геопространственных данных, с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают облако точек результатов сканирования, которое используют для создания цифровых метрических трехмерных моделей объектов и земной поверхности контролируемой территории, отличающийся тем, что на упомянутой контролируемой территории дополнительно создают геодинамический полигон (ГДП), на котором выполняют упомянутое ПВО в условной системе координат с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования, где в качестве исходных опорных пунктов ПВО служат постоянно действующие базовые станции GPS, между которыми развивают сеть ПВО, в которой положение исходных опорных пунктов ПВО на местности выбирают с учетом геолого-тектонического строения территории ГДП и положения на ней объектов инфраструктуры месторождения, кроме того, при создании упомянутого ПВО дополнительно в нулевом цикле геодезических измерений в пределах территории ГДП создают двухступенчатую опорную плановую сеть, при этом первую ступень выполняют в виде опорной каркасной сети, где в качестве опорных каркасных пунктов используют пункты GPS, оборудованные постоянно действующими базовыми станциями GPS, а сама опорная каркасная сеть представляет собой геодезический четырехугольник или треугольник с увязкой координат базовых станций GPS, служащих исходными опорными пунктами ПВО, не менее чем на четыре-пять пунктов Международной геодинамической сети GPS (IGS), вторую ступень выполняют в виде тригональной сети опорных пунктов сгущения, развитых между пунктами опорной каркасной сети, по всем пунктам опорной каркасной сети и сети опорных пунктов сгущения выполняют высокоточное нивелирование I или II классов и высокоточные гравиметрические измерения, при этом координаты опорных каркасных пунктов определяют по методике высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений совместно с кодовыми, за счет использования точных эфемерид и поправок часов навигационных космических аппаратов (НКА), а высокоточные гравиметрические измерения выполняют для создания двухмерной цифровой карты поля силы тяжести на территории ГДП, с возможностью контроля изменения плотностных характеристик горных пород, слагающих осадочный чехол в пределах территории ГДП, передают результаты высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений, высокоточного нивелирования I или II классов и высокоточных гравиметрических измерений в упомянутую ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением обработки, отображения и преобразования геопространственных данных и дополнительно создают интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, в которой с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов GPS-измерений, уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов и высокоточных гравиметрических измерений, при этом уравнивание высокоточного нивелирования и высокоточных гравиметрических измерений выполняют параметрическим способом с определением в качестве необходимых неизвестных вероятнейших значений превышений высот и значений приращений силы тяжести в каждом опорном пункте относительно пункта, принятого за исходный, в качестве которого принимается один из опорных каркасных пунктов ПВО в пределах территории ГДП, а упомянутую технологию лазерного сканирования по опорным пунктам ПВО в пределах территории ГДП используют для выполнения геодезических измерений бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, в результате определяют пространственные координаты по осям X,Y,Z облака точек отражения лазерного луча от поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, которые идентифицируются на сканах, где пространственные координаты по осям X,Y соответствуют плановым координатам, а пространственные координаты по оси Z соответствуют высотным координатам, передают результаты лазерного сканирования в интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, получают скан, с помощью компьютерной программы регистрируют сканы, получают цифровую метрическую точечную трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, где каждая точка этой модели имеет пространственные координаты по осям X,Y,Z отраженного лазерного луча от поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в системе пространственных координат ПВО по осям X,Y,Z опорных пунктов ПВО в виде постоянно действующих базовых станций GPS с геопространственными данными по результатам GPS-измерений, далее с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают цифровую метрическую векторную трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в системе координат ПВО в пределах территории ГДП с интегрированными в нее пространственными координатами по осям X,Y,Z самих опорных пунктов ПВО и геопространственными данными по результатам GPS-измерений, уравнивания высокоточной нивелирной сети I или II классов и цифровую двухмерную карту поля силы тяжести на территорию ГДП, по результатам обработки данных высокоточных гравиметрических измерений, с помощьюкомпьютерной программы выполняют обработку материалов и получают исходную цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в системе координат ПВО в пределах территории ГДП по результатам нулевого цикла геодезических измерений по опорным пунктам ПВО в режиме реального времени, далее с помощью компьютерной программы в автоматическом режиме по результатам GPS-измерений в каждом последующем цикле автоматически вносят поправки в пространственные координаты опорных пунктов ПВО, выполняют следующий цикл геодезических измерений с учетом изменения пространственных координат опорных пунктов ПВО в режиме реального времени, получают цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в этом цикле, используя их текущие значения и создают интегральную фактическую цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с возможностью визуализации и оценки деформационной ситуации на контролируемом участке с использованием предельно-допустимых критических значений деформации, как для земной поверхности, так и для особо сложных технологических инженерных объектов, путем сравнения исходной цифровой метрической трехмерной модели поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП с интегральной фактической цифровой метрической трехмерной моделью поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП в каждом последующем цикле, получают фактическую цифровую метрическую трехмерную модель деформационной зоны земной поверхности контролируемой территории для конкретного цикла в режиме реального времени в системе координат ПВО и с возможностью комплексной интерпретации полученных результатов изменения плотностных характеристик горных пород, слагающих осадочный чехол в пределах территории ГДП, при этом в последующих циклах геодезическихнаблюдений порядок измерений, обработки и уравнивания результатов на территории ГДП соблюдают таким же, как и в нулевом цикле, затем дополнительно создают и используют административную подсистему в виде сервера геопространственных данных с возможностью анализа, интерпретации и хранения полученных геопространственных данных и передают в нее из интерфейсной подсистемы обработки и постоянного обновления геопространственных данных указанную исходную цифровую метрическую трехмерную модель поверхности бортов карьера и прилегающей земной поверхности в пределах территории ГДП, интегральную фактическую цифровую метрическую трехмерную модель поверхности контролируемой территории, фактическую цифровую метрическую трехмерную модель деформационной зоны и двухмерную цифровую карту поля силы тяжести в пределах территории ГДП с возможностью хранения, анализа и интерпретации полученных данных, далее дополнительно создают и используют интерфейсную подсистему визуализации геопространственных данных путем предоставления по каналу передачи данных сервиса пользователям с возможностью запроса, визуализации и экспорта запрашиваемых геопространственных данных, при этом геопространственные данные используют совместно с возможностью их сопоставления, анализа и интерпретации, так же дополнительно создают и используют интерфейсную подсистему геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности в пределах территории ГДП, в которой создают систему расчета последствий при чрезвычайных ситуациях в режиме реального времени, путем вычисления в автоматическом режиме расхождений пространственных координат одноименных точек между фактическими значениями интегральной фактической цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности контролируемой территории каждого последующего цикла геодезических измерений с соответствующими значениями исходной цифровой метрической трехмерной модели земной поверхности в пределах территории ГДП в системе координат ПВО, с возможностью визуализации и оценки текущей ситуации в пределах территории ГДП по фактической цифровой метрической трехмерной модели деформационной зоны, тем самым осуществляют упомянутый геодезический мониторинг деформационного состояния земной поверхности в режиме реального времени в районах ведения горных работ открытым способом, позволяющий оценить степень геодинамического риска или опасности.