Опыт создания геоинформационных систем в СВКНИИ ДВО РАН с использованием технологий Esri

Голубенко И.С. (golubenko@neisri.ru), Зинкевич А.С., Лямин С.М., Гальцева Н.В., Литвиненко И.С. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт Дальневосточного отделения Российской академии наук (СВКНИИ ДВО РАН), г. Магадан, http://www.neisri.ru

GIS usage in the North-East Interdisciplinary Science Research Institute FEB RAS

В настоящее время практически все крупные компании внедряют информационные системы, основанные на ГИС-технологиях. И если в управлении и производстве ГИС – это прежде всего средство поддержки принятия решений, то в науке ГИС всегда рассматривались как системы, потенциально направленные на получение новых знаний и научных данных. Так, с результатом или без такового практика компиляции настольных тематических геоинформационных систем для решения определенного круга задач имеет место в прикладных и фундаментальных естественнонаучных исследованиях с начала появления ГИС на рынке информационных продуктов.

Кратко рассмотрим эволюцию использования ГИС-технологий на примере нашей организации (СВКНИИ ДВО РАН). Появление геоинформационных технологий в научных исследованиях, направленных на прогнозирование месторождений полезных ископаемых, в «академическом» институте было предопределено накоплением обширных фактических материалов и новых знаний по геологии и полезным ископаемым региона, необходимостью их систематизации, качественной обработки и представления в пространственном контексте. Исследования в этом направлении проводятся в СВКНИИ ДВО РАН на протяжении более чем десятилетнего периода и направлены на развитие способов организации геологической информации, создание новых картографических продуктов и информационно-справочных систем, выполнение расчетов и моделирования в прогнозно-поисковых целях, обеспечивающих научные исследования и производственный процесс. За этот период создано несколько тематических ГИС по геологии, минеральным ресурсам и биоразнообразию Северо-Востока России. Эти системы представляют собой компиляции локальных слоев геопространственных данных (около 100 слоев и 3,5 млн. записей в таблицах атрибутивных данных), на их основе был выполнен ряд аналитических проектов [4].

В последние годы особое внимание в исследованиях уделяется интеграции созданных разноуровневых настольных систем в региональный банк геопространственной информации, построенный на технологиях ГИС сервера и системы управления базой данных с корпоративным доступом через локальные и глобальные сети. Существующая на текущий момент конфигурация Банка пространственных данных построена на основе ArcGIS Server 10, PostgreSQL 8.3, Windows Server 2008.

Банк данных содержит пространственные данные, которые объединены в следующие ресурсы общего и корпоративного доступа: Электронный атлас Дальневосточного федерального округа, ГИС Природные ресурсы Магаданской области, Пяляваамская коллекция ископаемой флоры, Каталог растровых карт.

Пользовательский интерфейс Банка геопространственной информации реализован в виде картографических web-приложений (табл. 1). Приложения построены на стандартном шаблоне ArcGIS Server и помимо стандартного функционала управления отображением карты предоставляют пользователю инструменты пространственного анализа и другие вспомогательные инструменты, основанные на опубликованных моделях геообработки пространственных данных. На текущий момент в web-приложениях реализованы функции оверлейного анализа, атрибутивных запросов, извлечение данных с сервера при корпоративном подключении (рис. 1).

Таблица 1. Web-приложения.

Сервисом, отвечающим за метаданные Банка данных, является Каталог метаданных. Каталог метаданных это ГИС-сервис Metadata, построенный на технологии ArcIMS (Esri). Для пользователей предлагается использование данного сервиса для просмотра метаданных через браузер с помощью приложения Metadata Explorer (http://mdata.magis.ru:8080/metadataexplorer) – WEB приложение (Apache Tomcat Servlet) и непосредственно через подключение сервиса метаданных в приложении ArcCatalog (ArcGIS Desktop). Посредством корпоративного доступа через подключенный сервис в ArcCatalog доступно внесение метаданных и их изменение. На сегодняшний день в Каталоге опубликованы метаописания по 57 электронным ресурсам и наборам цифровых данных СВКНИИ ДВО РАН.

Кроме того, наши исследования направлены и на получение нового научного знания с помощью анализа пространственных данных, что позволяет выйти на качественно новый уровень при решении научно-исследовательских и прикладных задач.

В настоящее время создается современная геологическая основа для региональной ГИС «Благороднометалльные месторождения Магаданской области», т.к. именно они относятся к главным составным частям единой информационной системы о природных ресурсах, являются инструментом для определения стратегий геологоразведочных работ и проведения региональных геологических исследований в крупных металлогенических провинциях [2].

Основой информационного обеспечения данного проекта послужили материалы Государственного банка цифровой геологической информации (Министерство природных ресурсов РФ): ГИС по геологии Колымо-Омолонского региона (масштаб 1:500 000, 2001 г.), ГИС по геологии Охотско-Колымского региона (масштаб 1:500 000, 2002 г.), легенда Верхояно-Колымской серии листов государственной геологической карты РФ масштаба 1:1000 000 (третье поколение); опубликованные и фондовые материалы института.

Основная задача формирования ГИС заключалась в интеграции, обобщении и адаптации локальных слоев пространственных данных в единую базу геоданных, имеющих существенное различие как в принципах классификации, так и в систематизации геологической информации. Выполнена генерализация картографических объектов с учетом их геологических свойств и пространственных взаимоотношений. Осуществлена разбраковка известных проявлений благородных металлов (всего 1037 объектов, кроме россыпей), которая основывалась на оценке значения различных типов рудных формаций, формирующих мало-, средне- и крупнотоннажные объекты минерально-сырьевой базы благородных металлов региона. Обновлены данные о горнотехнических параметрах россыпных объектов. Сформированы базы геопространственных данных: коренных, с учетом систематики проявлений и россыпных месторождений благородных металлов. Система реализована в едином географическом пространстве и масштабе 1:1000 000, общая площадь охваченной территории составляет 600 тыс.кв.км (рис. 2).

На примере Берелехского золотоносного района (самого крупного из золотоносных районов Северо-Востока России) разрабатываются новые методические подходы к оценке ресурсов золота в техногенном комплексе отработанных россыпных месторождений. В качестве основного источника и инструмента использована база геопространственных данных, включающая информацию о горнотехнических характеристиках 1250 отработанных россыпей, содержащих сведения о параметрах россыпных месторождений (длина, ширина, мощности торфов и песков), крупности, пробности золота, данных по их отработке (количество добытого металла, объем промытых пород). Данные по отработке разделены на четыре периода: 1932–1965, 1966–1985, 1986–1995 и 1996–2005 годы. Эти периоды характеризуются сменой комплексов технических средств (первые три периода) и экономической ситуации в стране и в горно-добывающей отрасли в частности (четвертый период). Оценка геологических запасов золота в техногенном комплексе отработанных россыпных месторождений выполнена по схеме: распределение добытого золота по классам средней крупности металла в отработанных россыпях – установление коэффициента потерь при отработке россыпей различных классов средней крупности сосредоточенного в них металла – расчет на основе полученных коэффициентов и массы добытого золота, количества металла, перешедшего в техногенный комплекс. Исходя из периода отработки, среднего содержания и средней крупности металла в отрабатываемых первичных россыпях, соотношения в них количества песков и торфов, оценена доля активных (экономически выгодных для разработки на данном уровне развития золотодобывающих технологий) ресурсов золота в техногенном отвальном комплексе рассматриваемого района [3].

Кроме того, получены первые результаты в рамках исследования особенностей взаимодействия геологоразведочной и горной отраслей за 80-лет золотодобычи на Северо-Востоке России. Для анализа развития геологоразведочных и добычных работ также использована вышеупомянутая база геоданных по россыпным месторождениям золота Магаданской области. Установлены благоприятные и неблагоприятные периоды, отличающиеся скоростью перетока знания о запасах месторождений из одной отрасли в другую. На начальных стадиях освоения запасов территориальный охват ведения работ геологоразведочной отрасли значительно шире, чем горнодобывающей. В последующие периоды обе отрасли ведут свою деятельность во всем регионе, отличаясь лишь интенсивностью и масштабом работ (рис. 3). Поддержание стабильного уровня добычи зависит от скорости ввода подготовленных запасов в эксплуатацию. На скорость ввода месторождений в эксплуатацию наряду с другими факторами влияет процесс «коммуникации» между геологоразведочной и горной отраслями и, в связи с его усложнением, происходит увеличение срока от начала геологоразведочных работ на объекте до его отработки [1].

Анализ информации о горнотехнических параметрах россыпных месторождений позволил охарактеризовать отработанные запасы золота по периодам горно-геологического освоения, что необходимо для понимания нынешнего состояния и определения дальнейших перспектив развития россыпной золотодобычи. По завершению исследований процесса взаимодействия геологоразведочной и горной отраслей предполагается создание модели функционирования минерально-сырьевого комплекса, что будет способствовать устойчивому социально-экономическому развитию регионов ресурсной специализации.

Литература

1. Гальцева Н.В., Голубенко И.С., Прусс Ю.В., Бацаев И.Д., Пилясов А.Н. Особенности развития геологоразведочной и горнодобывающей отраслей Северо-Востока России в различных организационно-экономических условиях // Золото северного обрамления Пацифика. II Межд. горно-геол. форум, посвященный 110-летию со дня рождения Ю.А. Билибина: тез. докл. горно-геол. конф. (Магадан, 3-5 сентября 2011 г.). – Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 2011. – С.46-47.
2. Голубенко И.С., Палымский Б.Ф., Горячев Н.А., Зинкевич А.С., Лямин С.М. Разработка ГИС благороднометалльных месторождений Магаданской области / Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2010. № 1. С.57-62.
3. Голубенко И.С., Литвиненко И.С. Анализ отработанных запасов золота россыпных месторождений Берелехского золотоносного района с использованием ГИС-технологий // Золото северного обрамления Пацифика. II Межд. горно-геол. форум, посвященный 110-летию со дня рождения Ю.А. Билибина: тез. докл. горно-геол. конф. (Магадан, 3-5 сентября 2011 г.). – Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 2011. – С.87-88.
4. Горячев Н.А., Голубенко И.С., Палымский Б.Ф., Зинкевич А.С. ГИС в геологических исследованиях Северо-Востока / Открытое образование, № 4 (69), 2008. – С. 73–78.

Рис. 1. Пример пространственного запроса по выбору всех месторождений золота, находящихся в пределах 20 км от гранитоидных массивов мезозойского возраста с помощью Web-приложения ГИС «Природные ресурсы Магаданской области».

Рис. 2. ГИС «Благороднометалльные месторождения Магаданской области».

Рис. 3. Интенсивность проведения геологоразведочных работ и добычи россыпного золота по районам Магаданской области и периодам освоения: 1932-1957 гг., 1958-1990 гг., 1991-1995 гг. (Примечание. Оттенками красного цвета представлена геологоразведочная отрасль, синего – горная; более темным оттенком представлены районы более позднего освоения).