Геоинформационные технологии анализа границ карьеров рудных месторождений Петров Д.В., НИУ «БелГУ», Белгород

Геоинформационные технологии
анализа границ карьеров
рудных месторождений
Петров Д.В., НИУ «БелГУ», Белгород
Поиск предельных границ карьеров
Задача нахождения предельных границ карьеров рудных месторождений
является одним из важнейших этапов планирования разработки полезных
ископаемых открытым способом. Ее решение, во-первых, позволяет оценить объем
получаемой прибыли, а во-вторых, является фундаментом для следующих этапов
проектирования, таких как нахождение оптимальной сети карьерных транспортных
путей и выбор мест расположения отвалов и перерабатывающих фабрик.
Основой для выполнения расчетов по оптимизации извлечения запасов является
цифровая блочная модель месторождения. Вполне закономерно, что чем более
многомасштабной и многокомпонентной является блочная (воксельная, ячеистая)
модель рудного месторождения, тем более мощной, высокопроизводительной и
надежной должна быть вычислительная система построения и динамического
моделирования отработки запасов.
Основные компоненты
геоинформационной системы
Структура ГИС основанной на
клиент-серверной архитектуре
Структура ГИС основанной на
клиент-серверной архитектуре
Преимущества подхода




сокращается время поиска решения за счет применения параллельных
алгоритмов и высокопроизводительного вычислительного
оборудования;
один сервер позволяет обслуживать несколько клиентских станций за
счет организации очереди задач или использования нескольких
вычислителей одновременно;
повышается надежность хранения данных за счет их
централизованного хранения и упрощения процесса резервного
копирования;
появляется возможность строить приложения, использующие
вычислительные ресурсы как сервис (пользователь имеет возможность
приобрести не только программную систему, но и вычислительные
ресурсы на удаленном вычислительном комплексе для решения своих
задач).
Алгоритм – блочная модель
Для решения задачи оптимизации с применением ЭВМ используют упрощенную
блочную математическую модель месторождения полезных ископаемых. Каждый
блок данной модели характеризуется числом (весом), показывающим чистую прибыль, получаемую в ходе его добычи, с учетом процентного содержания полезных
элементов, себестоимости его выработки и рыночной стоимости полезных
элементов.
В этом случае задача оптимизации сводится к нахождению конечного набора
соседних блоков, сумма весов которых будет максимальна.
Генетический алгоритм
Пусть имеется трехмерная блочная модель место-рождения каждый элемент
которой характеризуется числом (весом): PI  J  K
pijk , i  [0, I ], j  [0, J ], k  [0, K ]
(1)
показывающим чистую прибыль, получаемую в ходе его добычи, с учетом
процентного содержания полезных элементов, себестоимости его выработки и
рыночной стоимости полезных компонентов. Тогда ее можно охарактеризовать
вектором X  {x1 ,..., xn }, где n  I  J в котором значение глубины столбца с
координатами (i , j ) помещается в позицию
xq , q  i * I  j
(2)
Этот массив является хромосомой, т.к. он полностью характеризует один индивид
– одну конкретную форму карьера. Путем итеративного применения генетических
операторов к набору таких индивидов (популяции) находится оптимальная форма
поверхности карьера.
Генетический алгоритм
В качестве целевой функции для оценки качества
формы карьера используется функция (3):
I
J
K
f ( X )   pijk , k  xq , q  i * I  j
(3)
i 0 j 0 k 0
Остановка работы алгоритма происходит, когда
его выполнение перестает приводить к улучшению
максимального
значения
функции
приспособленности в популяции. Наступление этого
момента определяется проверкой условия (4):
| max ( f ( X ik ))  max ( f ( X ik 1 )) | 
i 1, N
i 1, N
где N – размер популяции,
k – номер итерации алгоритма.
(4)
Параллельный алгоритм
Два уровня параллелизма:
Островная модель ГА
Модель
«Хозяин-подчиненный»
Хозяин 1
Вычислитель 1 1
Вычислитель 1 2
Вычислитель 1 m
Хозяин 2
Вычислитель 2 1
Вычислитель 2 2
Вычислитель 2 m
Хозяин n
Вычислитель n 1
Вычислитель n 2
Вычислитель n m
MPI
OpenMP
Преимущества алгоритма


Позволяет работать с трехмерной моделью месторождения, что
повышает качество получаемых результатов
Предоставляет возможность гибкого масштабирования вычислительного процесса
Пример расчета
Пример расчета
Спасибо за внимание