Slice3d ru

Валерий Хронусов Михаил Барский

2005

Slice3d V 1.0.2 обзор

возможностей

Slice3d обзор возможностей.

2

Введение. Для чего эта программа? Для кого эта программа? Системные требования. Среда разработки. Ресурсы в Internet. Развертывание приложения. Теоретические основы и определения. Геоинформационная модель разреза. Краткое описание компонентов программы. Краткое описание возможностей. Этапы работы в Slice3d. Пример 1. Создание базового профиля.

Введение. Создание информационной геологогеофизической модели породного массива является одним из необходимых условий рационального недропользования. Практика разведки и эксплуатации крупных месторождений полезных ископаемых показывает, что круг производителей и потребителей информации о строении и свойствах породного массива достаточно широк. В течение жизненного цикла месторождений (разведки, эксплуатации, консервации) происходит постоянный рост объема информации о породном массиве, изменяются ее источники и методы получения. Каждый новый элемент данных или способ их интерпретации, как правило, требует сопоставления результатов с ранее имеющимися и их переинтерпретации.

Существующая практика показывает недостаточный уровень повторного

использования геологогеофизических данных о породном массиве. Как правило, это отдельное включение либо чисто графической, либо текстовой описательной информации. Во многом это связано с тем, что геологические графические данные—это не только карты, но и специализированные вертикальные построения—колонки и разрезы. Для информационного обеспечения построений и расчетов, связанных с разрезами, было создано специализированное расширение—Slice 3D.

Для чего эта программа? При анализе данных изучения породного массива перед горными специалистами постоянно встают следующие вопросы: • Как наиболее просто выполнить специальные

графические построения, по возможности не используя других программ, кроме линейки ArcGIS?

• Как сопоставить числовые и описательные данные? • Как получить обновляемые план, семейство разрезов и

3d модель на единых атрибутивных данных? • Как проводить геологические построения в одной

плоскости разреза и переносить их в другую? • Как найти пересечения поверхности разреза с другими

объектами? • Как построить проекции объектов на поверхность

разреза? • Как организовать двухмасштабные построения? Для решения значительной части этих вопросов создан программный модуль Slice3d, являющийся инструментом для создания информационной геологогеофизической

Авторы выражают благодарность А. Коноплеву и специалистам «Дата+» за советы и рекомендации при создании программного модуля.


3

модели породного массива средствами ArcGIS.. Для кого эта программа? Авторам хотелось бы надеяться, что для читателя. Элементы программы создавались с 2000 года в процессе автоматизации геологического обслуживания калийных рудников, реализации географического постпроцессора при моделировании и анализе геофизических (геомеханических) полей в породном массиве и участии в проектировании магистральных газопроводов. Расширение представляется интересным для геологов, гидрогеологов, геофизиков при выполнении работ как на стадии разведки, так и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Возможно использование модуля при выполнении проектно изыскательских работ для линейных и площадочных объектов. Интеграция модуля в ArcGIS позволяет в полной мере использовать возможности этой системы для ведения масштабируемых баз геоданных, визуализации и анализа.

Системные требования. ArcView 9x + 3DAnalyst (опционно). Для работы программы ArcGIS должна быть установлена с поддержкой NET.

Среда разработки. Расширение разработано в среде VB.NET с использованием библиотек ArcObjects. Базовые классы и методы доступны для разработчиков как в среде Net через механизмы Namespace, так и в COM.

Ресурсы в Internet. Домашняя страница программы—http:// www.gis lab. info/programs/slice3d/ index

rus.html. Здесь вы можете найти актуальную версию расширения, руководство пользователя, примеры использования. Можно ознакомиться с условиями лицензирования и приобретения программы, обратиться с вопросами в форуме или непосредственно к авторам. Общая подписка на новости сайта позволит вам следить за всеми обновлениями и изменениями в программе. Часть системы, имеющая достаточно общее назначение, выходящее за рамки решаемой задачи, реализована в виде группы расширений ArcMap. Расширения доступны для загрузки с http://www.gislab.info/programs/index.html.

Разверты вание приложения . Программа имеет стандартную процедуру установки для внешних расширений ArcGIS9x + .NET запускается установочный файл slice3d.msi. Если не оговаривается особо, этот же файл последующих версий является обновлением. После установки в ArcMap появляется новый набор инструментов Slice3d, который нужно активизировать в окне Инст румент ы>Дополнит ельные модули. Программа активизируется в режиме 20дневной версии. По окончании указанного срока для активизации функций расширения необходимо получить и ввести индивидуальный код регистрации. Язык расширения выбирается автоматически в зависимости от настроек операционной системы—русский или английский.

Теоретические основы и определения. Исходные данные


4

Атрибуты базового профиля

для построения разрезов находятся в обычном фрейме данных (data frame) в дальнейшем вид карты (Map View). При генерации слоев разреза создается новый фрейм данных в координатах разреза расстояниеотметка (LZ) в дальнейшем вид разреза (Slice View). Каждый компонент фрейма разреза отвечает за свою категорию информации и имеет свой, присущий только ему, набор атрибутов. Все слои вида разреза доступны для редактирования геометрии и пополнения атрибутивной информации. Вновь созданные слои могут быть перенесены обратно в вид карты и в 3D Scene. Вид разреза является полноценным фреймом проекта и позволяет использовать все стандартные возможности оформления.

Геоинформационная модель разреза. Для разреза на основе стандартных классов данных ArcGIS создана специальная геоинформационная модель, включающая в себя следующие компоненты: 1. Базовый профиль (base profile) точечная тема (Points

MZ). В результате расчета содержит координаты опорных и дополнительных точек с расчетными отметками залегания пластов и расстояниями от начальной и конечной точек исходной линии. Горизонтальные координаты вычисляются на основе любой линейной темы или графики L, содержащейся в текущем проекте. Базовые высоты вычисляются на основе выбранных из списка растровых или TIN слоев проекта. В качестве исходных данных может также быть использован один из векторных

полигональных или линейных слоев проекта.

z

x

y

L

1

2

3

4

5

4

3

5

1

вид разреза

вид карты

3D вид

Геоинформационная модель разреза


5

Векторный слой в этом случае должен быть 3dслоем, либо содержать атрибут абсолютных отметок. Ниже приведен пример таблицы Атрибуты базового профиля. В случае, когда базовым слоем высот является векторный слой, в таблицу переносятся также все атрибуты этого слоя.

2. Вещественный состав (natur a l consistence) полигональная тема. Строится на пересечении поверхности разреза с пластами. В атрибутах хранит названия верхней и нижней границ раздела пластов. Может быть дополнена данными о строении пластов, особенностями распределения вещественного состава пород.

3. Горизонты (horizons) линейная тема. Строится на пересечениях поверхности разреза с границами раздела пластов. В атрибутах хранит названия границ раздела пластов. Может быть дополнена данными о характере поверхности раздела (складчатость, трещиноватость, отражающие свойства).

4. Вертикали (verticals) линейная тема. Состоит из сегментов расчетных колонок, построенных от кровли к подошве пересекаемых пластов в точках базового профиля. В атрибутах хранит названия верхней и нижней границ раздела пластов.

5. Пластопересечения (intersections) точечная тема. Образована пересечением расчетных колонок с границами раздела пластов. В атрибутах хранит названия границ

<ProfileProperty>

Отношение вертикального масштаба к горизонтальному <SR>1</SR>

Координаты профиля <XYZ>5878.21289298538 18571.1919150106;6085.37614344374 18344.7576645096;6227.4997687582 18115.9145390033</XYZ>

</ProfileProperty>

Дополнительные метаданные для слоев разреза (XML)

раздела пластов. 6. Координатные сетки (coordinate mesh) состоят из

двух линейных тем—вертикальной и горизонтальной сетки. Используются как косметический слой для отображения значений LZ координат разреза при просмотре и печати. Необходим в случае, когда вертикальный и горизонтальный масштабы не совпадают. В атрибутах хранит значения координат.

7. Пользовательские слои (user layers). Пользователь может создавать собственные векторные или растровые слои на поверхности разреза или проецировать существующие. Возможно создание новых слоев, например, для отображения смены вещественного состава, аномальных зон различной природы и тп.

8. Метаданные (metadata). Для всех компонентов разреза программно автоматически создаются специальные разделы метаданных, необходимые для корректных переходов вид карты—вид разреза—3d вид.


6

Краткое описание компонентов программы. Диалог Базовый профиль (Base profile) (1) Предназначен для создания базовой точечной темы, на основе которой проводятся последующие расчеты и построения. В результате расчета тема содержит координаты опорных и дополнительных точек с расчетными отметками залегания пластов и расстояниями от начальной и конечной точек исходной линии. Диалог состоит из следующих управляющих групп. Исходные данные (Input data) (a) Подготовка данных абсолютных отметок проводится по набору слоев Растры и TIN (Rasters and TIN), как правило содержащих абсолютные отметки поверхностей раздела пластов (структурные горизонты) (b). В качестве исходных данных может также быть использован один из векторных полигональных или линейных слоев вида карты (c). Векторный слой в этом случае должен быть 3dслоем, либо содержать атрибут абсолютных отметок, который задается в Поле выбранного слоя (Elevation field of a selected layer) (d). Расположение точек на профиле определяется параметрами группы Точки на профиле (Profile’s points) (e). В случае использования в качестве источника высот векторного слоя расположение точек определяется пересечениями линии разреза с границами векторного слоя. Исходными данными для горизонтальных координат профиля могут быть любая линейная тема или графика, содержащиеся в текущем проекте. Группа Профильные линии (Get profiles fr om) (f) позволяет установить источник данных

горизонтальных координат. Результат расчета сохраняется в выходном

a

1

b

c

f

d

g

h

e


7

базовом классе или шейпфайле (output base feature class or shapefile) (g). Опции в группе позволяют автоматически добавить новый слой в проект, вывести результаты как график для предварительного просмотра на стадии подготовки исходных данных, экспортировать результаты в Excel для построения графиков разреза в других системах. Название и тип результирующего слоя определяются в диалоге сохранения (h). Если в исходном слое содержится несколько профильных линий, то создаются несколько результирующих базовых профилей с общим корневым названием.

Диалог Элементы разреза (Slice elements) (2) Предназначен для создания набора векторных слоев в координатах LZ, составляющих базу геоданных разреза. В результате расчета создается новый набор слоев, включающий атрибуты названий пластов. Диалог может быть использован для перепроецирования данных с одного разреза на другой. Диалог состоит из следующих управляющих групп. Список Базовые профили (base profiles) (а) содержит базовые профили активного фрейма данных, по одному или нескольким из которых предполагается построить разрез. Элементы разреза (Slice elements) (b) позволяет выбрать типы данных, которые будут включены в разрез. Дополнительные параметры (Additional parameters) (c) определяют параметры координатной сетки и отношение вертикального масштаба к горизонтальному. Проецируемые слои (Projected layers) (d) содержит список 3d

слоев активного фрейма данных, которые можно спроецировать на разрез. Начальные

атрибуты слоев сохраняются. Информационные модели на разрезах могут создаваться как независимо друг от друга, так и с использованием данных и построений с других разрезов с помощью перепроецирования.

2

a

b

c

d

e

f


8

4

3

Вывод (Output) (e) определяет в каких координатах должны создаваться результирующие слои (LZ или 3D). Можно также выбрать, создавать новый фрейм для разреза, или вновь создаваемые слои дополнят какойлибо из существующих. Буферная зона (buffer distance) (f) предназначена для исключения дальних объектов при проецировании. Размер буферной зоны указывается в единицах карты. Расстояние вычисляется до ближайшей точки объекта. Определив разумный размер буфера, мы тем самым проводим отбор значимой информации уже на стадии подготовки данных.

Диалог Создать 3D (To 3D) (3). Создает 3d слой из слоя, выполненного на плоскости разреза. Предназначен для проецирования слоев данных, вновь создаваемых в виде разреза, из координат LZ в XY.

Диалог О программе (4). Предназначен для перехода на домашнюю страницу модуля, содержит сведения об авторах, номер версии, информацию о сроке действия лицензии, ввода регистрационного кода.


9

Краткое описание возможностей. Одна из задач, решенных с использованием модуля была следующей. Имеется участок застройки с данными о расположении зданий и сооружений, элементов речной сети, данных о рельефе и строении породного массива на основе бурения инженерных скважин, геофизической разведки (1). На основе данных бурения и геофизики построены структурные поверхности в формате TIN. По данным геофизических измерений и геологических моделей создан слой ранжированных аномальных зон, связанных с карстовыми процессами. Для наиболее проблемного фрагмента было решено методами математического моделирования провести трехмерную детализацию с анализом и прогнозом риска воздействия дальнейшего развития геологических процессов на здания и сооружения. При интерпретации результатов использовался модуль Slice 3D.

Для области интересов (AOI) подготовлены слои профильных линий на их основе в дальнейшем создаются информационные модели разрезов. С помощью диалогов Базовый профиль (Base profile) и Элементы разреза (Slice elements) на основе вида карты создан набор слоев, соответствующих информационной модели геологогеофизического разреза. Результат, соответствующий одной из линий профиля, представлен в проекте на виде разреза (2). В отдельных слоях находятся точки пластопересечений, границы раздела пластов, вертикальные участки расчетных

колонок в пикетах и угловых точках профиля, линии сетки с атрибутами значений,

1


10

2

площадная тема самих пластов (3). Поскольку вид разреза является полноценным фреймом проекта, он обладает всеми стандартными возможностями оформления—автоматическим созданием легенды, расстановкой подписей и тп. Любой 3D слой вида карты может быть проецирован на поверхность разреза с помощью диалога Элементы разреза (Slice elements) выделением в группе Проецируемые слои (Projected layers). Примером тому может служить точечная тема с данными расчета поля напряжений в породном массиве (4). Определив разумный размер буфера, мы тем самым проводим отбор значимой информации уже на стадии подготовки данных. В нашем случае из 300000 точек было отобрано примерно 10000. В процессе создания информационных моделей разрезов (LZ) готовится визуальная 3d модель, которая может быть представлена в виде слоев проекта для ArcScene (5). Модель в дальнейшем, по мере выполнения работ генерации данных, может быть насыщена как данными с плана, так и с конкретного разреза или группы разрезов (6). После подготовки всех исходных данных и уточнения геометрии областей, проводится генерация прогнозных

3

4


11

5 6


12

7

слоев данных по различным моделям и критериям. На этом этапе особенно ярко проявляются преимущества интегрированного модуля по сравнению с независимыми программами. Здесь в полной мере могут быть реализованы возможности корпоративных хранилищ данных, стандартов хранения и представления, единых условных обозначений. В условиях того, что генерацией и интерпретацией данных, как правило, занимаются различные группы специалистов, вопросы обеспечения совместимости результатов являются важнейшими.

8 9

Работа с изолиниями. Результирующие слои изолиний могут быть построены в одном из стандартных расширений ArcGIS и представлены на виде разреза (7). После проецирования изолиний на поверхность разреза с помощью диалога Создать 3D (To 3D), они становятся трехмерными объектами (8,9).


13

Новые слои данных. Построения на виде разреза проводятся точно так же, как и на обычном виде карты (1). После проецирования вновь созданных слоев на поверхность разреза с помощью диалога Создать 3D (To 3D), они становятся трехмерными объектами (2).

1

2


14

Этапы работы в Slice3d.

2. Создание базовых профилей.

1. Подготовка исходного проек т а Ar cMap и ArcScene.


15

3. Создание слоев разреза.


16

4. Создание новых данных на разрезе.


17

5. Построение 3d изолиний


18

Пример 1. Создание базового профиля. 1. Запустите ArcMap. Если вы только что установили расширение,

щелкните правой кнопкой на панели инструментов и добавьте панель Slice 3D. Добавьте данные или откройте существующий проект.

2. Создайте новую или выберите существующую профильную линию.

3. Нажмите кнопку Базовый профиль. 4. В окне Создание базового профиля указываются все

необходимые исходные данные для создания разреза: 5. Построение разреза по набору растров или TIN. 6. Список растров и TIN. Указываются необходимые. 7. Количество точек на разрезе. 8. Расположение точек через указанный интервал. 9. Упрощение геометрии профильной линии. 10. Использование исходных точек профильной линии. 11. Всегда включать исходные угловые точки в базовый профиль. 12. Построение разреза по выбранному векторному слою 13. Список полей выбранного слоя. Выбирается имя поля или

пункт <Z значения> (для 3dслоя). 14. Выбор источника данных горизонтальных координат. 15. Существующий слой проекта. 16. Список доступных слоев. 17. На основе графических данных. 18. Только выбранные объекты. В противном случае используются

все объекты слоя данных или графики. 19. Путь к выходному классу или шейпфайлу.

1

2

3

5

6 7

8 9

10

12 13

19

4

21

22 23

20

14 15 17

16

18

11


19

3

1

2

20. Изменение пути к выходному классу или шейпфайлу. 21. Добавить выходной слой на карту. 22. Предварительный просмотр разреза 23. Экспорт в MS Excel

Если указана опция Предварительный просмотр, после завершения создания разреза появится стандартное окно ArcMap Менеджер диаграмм. 1. Нажмите Открыть для просмотра разреза 2. Нажмите Показать на карте для добавления графика

разреза на компоновку текущего проекта. 3. Автоматически откроется окно предварительного просмотра.

Technology

Slice3d ru