TEHNIČKO REŠENJE (SOFTVER M86)

http://www.rgf.bg.ac.rs/is/BpUBSgeoStat.html

Autori:

Doc. dr Ranka Stanković, ing. Olivera Kitanović, ing. Aleksandra Tomašević, ing. Mirjana Banković, ing. Dejan Stevanović

Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet, Beograd, Đušina 7, ranka@rgf.bg.ac.rs

Naziv tehničkog rešenja:

BpUBSgeoStat Softver za statističku i geostatističku analizu baze podataka ugljenih basena Srbije.

Za koga je rešenje rađeno:

Elektroprivreda Srbije, Beograd, RB „Kolubara”, Lazarevac

Godina kada je rešenje urađeno:

2012. u okviru projekta "Unapređenje tehnologije površinske eksploatacije lignita u cilju povećanja energetske efikasnosti, sigurnosti i zaštite na radu" (TR 33039) koji finansira Ministrarstvo za prosvetu i nauku Republike Srbije u okviru programa istraživanja u oblasti Tehnološkog razvoja za period 2011-2014. godina

Ko je rešenje prihvatio – ko ga primenjuje:

Rešenje prihvaćeno na sednici Radne grupe za implementaciju Baze podataka Ugljenih Basena Srbije (BpUBS) Elektroprivrede Srbije koja je održana jula 2012.

Oblast na koju se tehničko rešenje odnosi:

Geoinformatika, rudarstvo, energetika, geologija

Problem koji se tehničkim rešenjem rešava:

Podrška geološkom modeliranju, izradi geološke dokumentacije, planiranju proizvodnje implementacijom statističke i geostatističke analizu velike količine podataka kompleksne strukture, potom selekcijom podataka po određenim kriterijumima uz obezbeđenje interoperabilnosti sa specijalističkim geološkim i rudarskim softverima (MINEX, Surpac, GDM, ArcGIS).

Stanje rešenosti problema u svetu:

Postoje brojni paketi za statistiku i geostatistiku, među kojima se izdvajaju R, MatLab, Statistika,... ali bi njohovo integrisanje sa BpUBS zahtevalo od korisnika rukovanje podacima koje prevazilazi znanja koja se očekuju od inženjera rudarstva i geologije. Alat Geostatistical Analist ima mogućnost integrisanja svojih rutina sa .Net aplikacijama, što je iskorišćeno u konceptu ovog rešenja.

Objašnjenje suštine tehničkog rešenja:

Programsko rešenje BpUBS razvijeno kroz prethodne istraživačke aktivnosti tima je unapređenje geološke baze podataka softverskom komponentom za statističke i geostatističke analize. Baza podataka je implementirana u ArcSDE proširenju SQL Server baze podataka, a samo softverso rešenje je razvijeno u .Net-u. Procedure za logičku kontrolu podataka su unapređene, dopunjena je komponenta za ucoz/izvoz podataka i komunikaciju sa drugim komponentama sistema, implementirane su statističke analize, kao i upiti i skladištene procedure za pripremu i eksportovanje podataka za specijalizovane softvere: MINEX, Surpac, GDM, ArcGIS. Za kreiranje različitih vrsta variograma (oblaka, linijskih, mape) i ostale geostatističke analize se koriste procedure ArcGIS Geostatistical Analist-a verzija 10.0, čije funkcionalnosti su povezane sa aplikacijom za upravljanje kvalitetom SUKU korišćenjem ArcObject modela i .Net softverske komponete.

Detaljan opis tehničkog rešenja sa karakteristikama:

1. Korisnički interfejs is bpubs v2.0.0

Osnovni pojmovi i termini potrebni za kreiranje domena atributa su objedinjenu u delu softvera nazvanom geološki rečnik podataka. Rečnik je organizovan kao hijerarhijska struktura pojmova, a rukovanje podacima omogućava dopunu novim pojmovima, opisivanje pojmova, definisanje sinonima i slično. Može se reći da ovaj rečnik predstavlja jezgro geološke baze i aplikacije BpUBS V2.0.0 preko koga se vrši validacija, klasifikacija i specifikacija vrednosti atributa. Metapodaci koji se evidentiraju u sistemu odnose se na korisnike sistema, njihove korisničke naloge i privilegije koje su im dodeljene. Prava pristupa i privilegije za ažuriranje podataka definišu se na nivou istražnog prostora, odnosno polja i njihovih granica. Evidentiranje metapodataka o dokumentaciji (elaboratima, projektima,...) je takođe predviđeno, čime se digitalni podaci vezuju za izvorni dokument.

U gornjem delu slike 2 prikazan je deo panela sa osnovnim podacima o geološkoj bušotini (lokacija u prostoru, period i metod bušenja, izvođač i sl.), a u donjem delu slike je panel sa litologijom gde se za svaki kartirani interval definiše litološki član, boja, nijansa, starost, pripadnost sloju i tekstualni opis.

Slika 1. Osnovni podaci o geološkoj bušotini i litologija

Na slici 2, na levom panelu su prikazane sve vrste analiza koje se prate u geološkom informacionom sistemu BpUBS (tehnička, elementarna, paleontološka, geomehanička,...), grupisane prema tipovima istraživanja, dok se na desnoj strani vidi spisak parametara za selektovanu tehničku analizu. Za pojedinačne parametre se, između ostalog, definišu jedinice mere i opseg dozvoljenih vrednosti. Baza je projektovana tako da je moguće dodavanje novih analiza, definisanje novih parametara koji se prate i pridruživanje postojećih parametara različitim analizama.

Slika 2. Parametri analiza oprobavanog materijala

Slika 3 prikazuje panel za evidentiranje podataka o kompletnoj tehničkoj analizi uglja, a slično je organizovan i unos ostalih analiza. Nad jednom bušotinom može se izvršiti više istih vrsta analize (u ovom slučaju više tehničkih) u različitim laboratorijama ili sa različitim tipovima probe (jezgro, kompozitna, masovna, linijaska, tačkasta, ...) ili pak različitim tipovima vlage (sa vlagom u analitičkom uzorku, bez vlage i pepela, dostavna-rovna i bez vlage). Takođe se evidentiraju podaci o datumu i analitičaru koji ih je uradio.

Slika 3. Panel sa kompletnim tehničkim analizama uglja

2. Eksportovanje podataka iz geološke baze BpUBS

Softverski podsistem za eksportovanje podataka obezbeđuje izvoz podskupova podataka u različitim formatima za korišćenje u drugim softverskim paketima ili za potrebe arhiviranja geološke dokumentacije. Tako se mogu pripremiti podaci za korišćenje u softverima za geološko modeliranje ležišta i projektovanje i planiranje eksploatacije ležišta: Minex, Surpac i GDM, kao i za ArcGIS. Na slici 4 je prikazan panel za eksportovanje podataka iz centralne baze u „radnu“ bazu za modeliranje, pripremljenu u formatu koji specijalizovani softveri mogu direktno da mapiraju, odnosno čitaju. U konkretnom primeru je prikazano eksportovanje u Access bazu prilagođenu Minex strukturi podataka. Korisnik sam kreira podskup bušotina za izvoz izborom istražnog prostora ili definisanjem granica područja putem koordinata.

Slika 4. Eksportovanje podataka

3. Geostatistička analiza

Na slici 5 su prikazani paneli dobijeni integracijom Pyton skriptova u BpUBSSgeoStat, pri čemu sistem poziva AcrGIS ArcObject klase koje se nalaze u proširenju Geostatistical Analist. Histogram (slika 5 levo) crta učestalost za atribute iz skupa podata, određujući raspodelu jedne promenljive za svaki atribut iz ulaznog skupa podataka, pri čemu je na slici prikazan histogram za pepeo sa osnovnim parametrima deskriptivne statistike u gornjem desnom uglu. Raspodela vrednosti pepela je predstavljena histogramom kod koga je opseg vrednosti podeljen u10 klasa, dok učestalost podataka u svakoj klasi je predstavljena visinom svakog stuba na dijagramu. Važna svojstva raspodele su njena centralna vrednost, širenje (spread) i simetrija. Brza provera bi bila: ako srednja vrednost i medijana su približno iste vrednosti, podaci mogu (a ne moraju) da imaju normalnu raspodelu. Grafik kvantile-kvantile (quantile-quantile, QQ, slika 5 desno) se koristi za poređenje raspodele podataka sa standardnom normalnom distribucijom, pružajući još jednu meru normalnosti podataka. Što su podaci bliži pravoj liniji (45°) na grafiku, to uzorkovani podaci bolje prate normalnu raspodelu.

Slika 5. Histogram i normalni QQPlot

Ukoliko postoji trend u podacima, to je deterministička (ne slučajna, nonrandom) komponenta površi koja se može predstaviti matematičkom jednačinom. Na primer, padina sa blagim nagibom se može modelirati korišćenjem ravni, dok bi dolina morala biti modelirana kompleksnijom jednačinom (polinomom drugog reda) koji pravi U oblik. Ipak, u opštem slučaju jednačine kreiraju površ koja je isuviše glatka da bi opisala pojave jer nijedno brdo nije idelna ravan niti je svaka dolina savršen U oblik. Lokalne varijacije se mogu dodati površima modeliranjem trenda uz korišćenje glatkih funkcija, uklanjajući ih iz podataka. Sledeći korak predstavlja analiza odnosno modeliranje ostataka (reziduala), odnosno onog što ostaje kad se the trend ukloni. Kada se modeliraju reziduali, analizira se varijacija kratkog opsega (lokalna) u površi, čime se identifikujete prisustvo/odsustvo trenda u ulaznom skupu i određuje stepen polinoma koji najbolje odgovara prisutnom trendu.

Svaki vertikalni stub na grafiku analize trenda predstavlja lokaciju i izmerenu vrednost (visinu) pepela. Podaci (tačke) se projektuju na normalne ravni, istok-zapad i sever–jug. Kroz projektovane tačke se provuče najbolje fitovana kriva (polinomska), koja pokazuje trendove u specifičnim pravcima. Kada je linija ravna, znači da nema trenda, što se može reći za zelenu liniju (slika 6). Međutim, plava linija raste kada se ide ka severu i opada počevši od središnjeg dela oblasti, što znači da podaci izgleda da pokazuju jaki trend od centralnog domena podataka ka periferiji po ovom pravcu. Korisnik može da rotira tačke i gleda oblik trendova.

Slika 6. Analiza trenda u podacima

Na slici 7 su prikazani primeri oblaka semivariograma/kovarianse za pepeo koja omogućava ispitivanje prostorne autokorelacije među izmerenim uzorkovanim tačkama. U opšem slučaju se pretpostavlja da bliže lokacije imaju sličnije vrednosti. Oblak semivariograma/kovarijanse upravo ispituje ovu vezu. Vrednosti semivariograma na y osi predstavljaju kvadrat razlika između vrednosti svakog para lokacija. Na x-osi je rastojanje na kom se nalaze odgovarajući parovi merenja. Dakle, za svaki par uzoraka na x osi je njihova udaljenost, a na y osi kvadrat razlike izmerenih vrednosti. Svaka crvena tačka u oblaku semivariograma/kovarijanse predstavlja par lokacija. Na grafiku semivariograma lokacije koje su najbliže (krajnje levo na x-osi) treba da imaju male vrednosti semivariograma (niske vrednosti na y-osi). Kako se rastojanje povećava među parovima lokacija (idući desno po x-osi), vrednosti semivariograma treba da se povećavaju (idu na gore po y-osi). Međutim, određeno rastojanje se dostiže gde se oblak izravnava, upućujući da vrednosti parova tačaka koje su na rastojanju većem od ovog nisu više u korelaciji.

Za istraživanje uticaja po pravcima u oblaku variograma se koristi panel (prikazan na desnoj strani slike 7) na kom se postavlja pointer pravca u bilo koji ugao. Pravac koji je određen pointerom određuje koji parovi podataka se crtaju na semivariogramu. Na primer, ukoliko pointer ukazuje na pravac istok-zapad, samo parovi podataka sa lokacija koji su istočno ili zapadno jedni od drugih će biti iscrtani na semivariogramu. Ovo omogućava eliminisanje parova van određenog pravca i istraživanje uticaja pravaca u podacima

Slika 7 Oblak semivariograma

Vizuelizacija istražnih radova je moguće i u 3D prikazu, što se može videti na slici 8.

Slika 8 3D prikaz dela istražnog prostora

4. GIS

Geološki informacioni sistem BpUBS je polazna osnova na kojoj se razvija GIS (geografski informacioni sistem) ugljenih basena Srbije koji uključuje dodatne rasterske sadržaje, postojeće ortofoto snimke, infrastrukturu i otkopnu i transportnu opremu na kopovima. GIS web portal omogućava pregledanje istražnih radova putem digitalne web mape. Na slici 9 su prikazani primeri pregledanja područja na veb portalu.

Slika 9. Delovi GIS portala

5. Arhitektura sistema

Na slici 10 prikazana je arhitektura VPN mreže Javnog preduzeća „Elektroprivreda Srbije“ i njenih privrednih društava-površinskih kopova. Centralni repozitorijum BpUBS se nalazi u Direkciji za strategiju i investicije u Javnom preduzeću „Elektroprivreda Srbije“, na koji se konektuju sa pet udaljenih lokacija u Kolubari, putem virtuelne mreže. Drugi repozitorijum nalazi se u Kostolcu, na koji je predviđeno konektovanje kroz lokalnu mrežu, a pristup sa udaljenih lokacija (na primer iz Beograda) se ostvaruje putem VPN-a. Unos geoloških podataka se vrši kontinualno za najnovija istraživanja, a evidentiraju se i podaci iz ranijeg perioda koji do sada nisu postojali u elektronskoj formi.

Slika 10. VPN mreža JP EPS i površinskih kopova

Kako je rešenje realizovano, gde se primenjuje, odnosno koje su mogućnosti primene:

Softversko rešenje se primenjuje u Elektroprivredi Srbije u Beogradu i u RB „Kolubara”, Lazarevac. Konkretno, serverska instalacija baze podataka je u informacionom centru EPS-a, koordinaciju korišćenja i unapređenja sistema obavlja Direkcija za Razvoj i investicije EPS-a. Korisnici su inžinjeri geologije i rudarstva u Direkciji za razvoj i investicije i geolozi na kopovima, koji se putem VPN konekcije povezuju na centralni repozitorijum. Razvijeni analitički alati značajno unapređuju kvalitet obrade istražnih radova, procenu kvaliteta i rezervi uglja i vizuelizaciju rezultata.