PROGRAM PRZEGLĄDARKA DO WIZUALIZACJI WYNIKÓW WYRÓWNANIA PO- ZIOMYCH OSNÓW KOPALNIANYCH.

Transkrypt

1 B. Cisło, W. Gruszczyński PROGRAM PRZEGLĄDARKA DO WIZUALIZACJI WYNIKÓW WYRÓWNANIA PO- ZIOMYCH OSNÓW KOPALNIANYCH. Jednym z podstawowych zadań działu mierniczego każdego zakładu górniczego jest sporządzanie map. Mapy w kopalni okazują swoją przydatność w bardzo wielu zagadnieniach związanych z jej codziennym funkcjonowaniem, wśród których można wymienić planowanie ruchu zakładu górniczego i kontrolę jego zgodności z planem. Mapy okazują się również nieocenione w sytuacjach awaryjnych, takich jak różnego rodzaju wypadki, na terenie kopalni np. zawały, tąpania, czy pożary. W takim przypadku mapa umożliwia prawidłowe zaplanowanie akcji ratunkowej, wpływając pośrednio na zdrowie i życie osób zagrożonych wypadkiem. Dlatego też tak istotne jest, aby istniejące mapy były zarówno aktualne, jak i dokładne. Mapy powstają w oparciu o pomiary geodezyjne, które nawiązywane są do istniejącej osnowy. Istnieje więc bezpośrednia zależność pomiędzy precyzją informacji zawartych na mapie, a precyzją osnowy 1) geodezyjnej. Z tych powodów przepisy geodezyjne [3] stawiają osnowom geodezyjnym określone wymagania. Przepisy te nie tylko określają niezbędne dokładności dla zakładanych osnów kopalnianych, ale wypowiadają się również na temat metod (technologii) ich pomiaru oraz sposobu opracowania uzyskanych danych z pomiarów. Zarówno sam pomiar jak i sposób przeprowadzenia jego opracowania ma wpływ na prawidłowość wykonanej oceny dokładności i ostatecznie przyjęte wartości elementów (współrzędne punktów i azymuty boków) osnowy geodezyjnej. W przypadku sytuacyjnych osnów podstawowych i szczegółowych instrukcja wymaga 2), aby wyniki pomiarów opracowywane były na drodze ścisłego wyrównania obserwacji. Konieczność przeprowadzania wyrównania związana jest bezpośrednio z występowaniem przypadkowych błędów w trakcie pomiaru, powodujących brak jednoznaczności opracowywanych pomiarów. Wyrównanie ścisłe jest procesem świadomego zniekształcania (uzgodnienia) wyników pomiarów, tak by wszystkie z nich spełniały łączące je zależności teoretyczne. Pozwala to na jednoznaczne wyznaczenie najbardziej prawdopodobnego położenia punktów geodezyjnych. Proces wyrównania pozwala również na ocenę dokładności wykonanych pomiarów i dokładności wyznaczenia elementów osnowy. Warunkiem stawianym wyrównaniu jest, aby suma kwadratów zrównoważonych poprawek do obserwacji obliczonych w tym procesie była minimalna 3). Wagi przypisywane są poszczegól- 1) Osnowę stanowi zbiór wzajemnie powiązanych i usystematyzowanych punktów istniejących fizycznie w terenie, których współrzędne zostały wyznaczone w określonym układzie współrzędnych. Osnowy dzielimy na sytuacyjne (poziome), stanowione przez punkty o precyzyjnie wyznaczonych współrzędnych X, Y i wysokościowe o precyzyjnie wyznaczonej współrzędnej H. Aktualne przepisy dzielą osnowy kopalniane na trzy klasy: podstawową, szczegółową i pomiarową, przy czym ta pierwsza jest najdokładniejsza, a ostatnia najmniej dokładna. W przypadku osnów sytuacyjnych (poziomych), które powiązane są z tematem tego artykułu klasyfikacja przebiega w oparciu o dokładność wyznaczenia położenia poszczególnych punktów oraz dokładność wyznaczenia azymutów boków tych osnów. 2) W szczególnych przypadkach obecna instrukcja zezwala na przybliżone wyrównanie osnów szczegółowych. 3) Istnieją także inne możliwe warunki jakie można stawiać obserwacjom w procesie wyrównania, jednak ze względu na powszechność stosowania metody najmniejszych kwadratów pozostałe możliwości pozostaną w po-

2 nym obserwacjom a priori i z reguły związane są bezpośrednio z dokładnością pomiaru obserwacji (najczęściej są to po prostu kwadraty odwrotności błędów średnich ich wyznaczenia). Danymi niezbędnymi do wyrównania są również: współrzędne punktów nawiązania i błędy średnie ich wyznaczenia oraz współrzędne przybliżone punktów wyznaczanych. Obecnie najczęściej stosowaną metodą ścisłego wyrównywania obserwacji jest metoda pośrednicząca. Oprogramowanie wyrównania ścisłego pozwala na przerzucenie znacznego nakładu pracy obliczeniowej na komputer. Dostępnych jest wiele pakietów i programów umożliwiających przeprowadzenie ścisłego wyrównania sieci sytuacyjnych na komputerze. Do najczęściej używanych do tego celu programów należą: Geodezja, Geonet, C-Geo i WinKalk. Pakietem służącym do przeprowadzenia różnorodnych obliczeń geodezyjnych, który został stworzony z myślą o działach mierniczych kopalń, jest Geodezja [2] (autor B. Cisło). Udostępnia on programy wykonujące zarówno standardowe obliczenia geodezyjne, jak i pewne obliczenia charakterystyczne dla pomiarów realizowanych w podziemnych zakładach górniczych. Sytuacyjne osnowy geodezyjne podziemnych zakładów górniczych charakteryzuje zazwyczaj duża liczba punktów (tj. od kilkuset do kilku tysięcy). Wyrównanie ścisłe lub wstępną analizę dokładności takich sieci wykonuje się zazwyczaj w wielu wariantach. Warianty wyrównania mogą różnić się od siebie np. doborem punktów nawiązania, doborem obserwacji czy przyjętymi dokładnościami wykonania pomiarów. Spośród przeprowadzonych wariantów wyrównania wybiera się ostatecznie jeden, który jest optymalny dla naszych potrzeb. W przypadku projektowania sieci (analiza wstępna) za optymalny wariant uważany jest najbardziej ekonomiczny, w przypadku opracowywania wyników wykonanych pomiarów (wyrównanie obserwacji) za optymalny wariant uznawany jest najbardziej wiarygodny. Dla potrzeb oceny przydatności i poprawności danego wariantu obliczeniowego konieczna jest analiza jego wyników, które standardowo przedstawiane są w formie tabelarycznej. Sprawne przeprowadzenie analizy wyników staje się problematyczne, gdy wyrównaniu lub analizie wstępnej podlega osnowa o dużej ilość punktów. Tabele z wynikami mogą po wydrukowaniu zajmować kilkadziesiąt stron formatu A4. W zmniejszeniu uciążliwości przeprowadzenia analizy uzyskanych wyników pomaga współpracująca z pakietem Geodezja niezależna aplikacja Przeglądarka, opracowana przez Wojciecha Gruszczyńskiego [1]. Służy ona do prezentacji na ekranie monitora w formie graficznej wyników wyrównania lub wyników wstępnej analizy dokładnościowej geodezyjnych sieci sytuacyjnych. Prezentacja wyników odbywa się na tle szkicu danej osnowy, przedstawiającego zarówno punkty osnowy, jak i wykonane obserwacje. Główne okno opisywanej aplikacji wraz z krótkim opisem jego poszczególnych komponentów zostało przedstawione na rysunku 1. Uzyskany obraz sieci można skalować w bardzo szerokim zakresie. Umożliwia to zarówno ogarnięcie jednym rzutem oka całości wyników wyrównania sieci, jak i bardziej szczegółową analizę wybranych fragmentów sieci. Ponadto użytkownik może w szerokim zakresie dokonywać selekcji prezentowanych danych. Pozwala to na dodatkowe zwiększenie czytelności obrazu. Opisywany program umożliwia również automatyczne odszukanie na szkicu punktu o nazwie wskazanej przez użytkownika i powiększenie fragmentu sieci w otoczeniu tego punktu. niższym artykule przemilczane.

3 Rys. 1. Opis komponentów głównego okna aplikacji Przeglądarka W ramach graficznej prezentacji wyników wyrównania aplikacja ta umożliwia przedstawienie na tle szkicu osnowy: - Rozkładu wartości poprawek do obserwacji (tylko wyrównanie), z wyróżnieniem wartości przekraczających błąd średni obserwacji lub jego zadaną wielokrotność (rys. 2). Wartości bezwzględne poprawek do obserwacji mogą być prezentowane w formie diagramów i liczb (w [ cc ] i [mm]). Wyróżnienie poprawek przekraczających zadaną wielokrotność błędu średniego danej obserwacji (przyjętego a priori) jest realizowane poprzez zmianę koloru symboliki dotyczącej danej poprawki z czarnego na czerwony. - Rozkładu wartości błędów średnich azymutów boków osnowy (rys. 3). Wartości błędów średnich azymutów boków osnowy po wyrównaniu mogą być prezentowane w formie diagramów i w formie liczb [ cc ]. - Rozkładu wartości błędów średnich położenia punktów osnowy (rys. 3). Wartości błędów średnich położenia punktów osnowy (m P) prezentowane mogą być w sposób analogiczny (jw.). - Klasyfikacji boków osnowy względem przyjętych kryteriów (instrukcyjnych [2] lub własnych) związanych z: błędami średnimi ich azymutów i/lub długościami boków (rys. 3). Klasy boków osnowy przedstawiane są za pomocą kolorów jakimi rysowane są linie boków osnowy. Kolor czerwony oznacza, iż bok spełnia kryteria (wymagania, bądź zalecenia) dla osnowy podstawowej, niebieski dla szczegółowej, czarny dla pomiarowej. Natomiast kolor zielony oznacza, iż dany bok przekracza wszystkie dopuszczalne lub zalecane wartości. - Klasyfikacji punktów osnowy względem przyjętych kryteriów (jw.), a dotyczących błędów średnich ich położenia. Sposób przedstawienia klasy danego punktu odbywa się analogicznie jak w poprzednio opisywanej opcji. Pierwsze trzy opcje pozwalają na szybkie odnalezienie zarówno błędnych wartości obserwacji, jak i nieprawidłowo przyjętych ich wag. Pozostałe dwie opcje pozwalają użytkownikowi programu na przegląd wyników wyrównania, pod kątem spełnienia oczekiwań dotyczących pomierzonej lub pro-

4 jektowanej osnowy. W połączeniu z opcjami drugą i trzecią pozwala to na zaprojektowanie ewentualnych pomiarów wzmacniających istniejącą osnowę geodezyjną. Rys. 2. Diagramy i liczbowe wartości poprawek do obserwacji

5 Rys. 3. Symbole związane z osnową i jej charakterystykami dokładnościowymi wymaganymi przez instrukcję [3] Aplikacja Przeglądarka została poddana wielokrotnym testom, które wykazały jej stabilną pracę w różnych systemach Windows. Pracuje ona w systemach Windows 95, 98, ME, NT i Zalecane wymagania sprzętowe to: procesor Intel Pentium II 333 MHz lub szybszy i co najmniej 64 Mb pamięci operacyjnej. Wykorzystanie opisanej aplikacji ma niebagatelny wpływ na zmniejszenie nakładu pracy związanego z przeprowadzeniem wyrównania bądź projektowaniem osnowy. Bezpośrednio przekłada się to na czas konieczny do uzyskania ostatecznych wyników. Do niewątpliwych zalet Przeglądarki należą szybka praca i łatwa obsługa (większość opcji znajduje się na wierzchu ), a także duża liczba prezentowanych charakterystyk, przedstawionych w sposób gwarantujący ich czytelność. Aplikacja ta pomaga w szybkim wykryciu ewentualnych błędów grubych pomiaru, a także wypracowaniu optymalnego wariantu wyrównania pomierzonej sieci oraz optymalizacji projektowanej technologii pomiarów (w przypadku wstępnej analizy dokładnościowej sieci). Literatura 1. Gruszczyński W.: Komputerowe wspomaganie wyrównania poziomych osnów kopalnianych. Praca dyplomowa. AGH, Kraków Opis pakietu Geodezja. Niepublikowane. 3. Wymagania dotyczące wykonywania prac geodezyjnych dla potrzeb sporządzania dokumentacji mierniczo-geologicznej w zakładach górniczych. Załącznik do rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 19 czerwca 2002.