Перспективные направления исследований в горной информатике

В горной информатике можно выделить три основных направления в области применения средств вычислительной техники при решении научных и технических проблем: вычислительный эксперимент; информационно-вычислительные сети и банки данных; автоматизированные проблемно ориентированные информационные системы.
Область применения методов вычислительного эксперимента в исследованиях и решении задач освоения недр чрезвычайно широка: моделирование процессов обогащения и горного давления; моделирование газодинамических явлений и процессов взрывного разрушения пород; экономико-математическое моделирование деятельности горных предприятий и т.д. Эффективность применения методов вычислительного эксперимента высока при получении новых научных знаний, особенно в тех условиях, когда физическое моделирование и натурный эксперимент затруднены или невозможны.
В области вычислительного эксперимента в России получены результаты, сопоставимые с мировым уровнем, например: при анализе подготовительной и газодинамической стадии внезапных выбросов; при расчете устойчивости горных выработок и бортов карьеров; при моделировании горных ударов и процессов взрывного разрушения, расчете сдвижения горных пород, имитационном моделировании технологии подземной добычи руды и др.
С появлением новых поколений компьютеров, отличающихся высокой производительностью, продуктивность исследований, основанных на применении методов вычислительного эксперимента, будет возрастать.
Информационно-вычислительные сети, банки данных и базы знаний обеспечивают коллективный доступ ученых, специалистов различных организаций, учреждений и предприятий, их структурных подразделений к техническим и программным ресурсам, а также оперативный обмен информацией, выход во внешние сети, включая мировые базы данных и базы знаний. Информационно-вычислительные территориально распределенные сети представляют собой мощное средство междисциплинарного общения ученых. Они приобретают важнейшее значение для горных наук, отличающихся именно междисциплинарным характером.
Перспективным является создание единой методологии и компьютерной технологии построения автоматизированных информационных систем, ориентированных на различных пользователей: исследователей, руководителей отраслей и предприятий, геологов, маркшейдеров, экспертов. Возможность создания такой методологии предопределяется информационным подобием многих задач, возникающих на разных стадиях изучения и эксплуатации месторождений, оценки освоения недр. При этом чрезвычайно продуктивно использование современных геоинформационных систем, позволяющих создавать сложные многофункциональные системы с картографическим интерфейсом, например, для планирования горных работ и прогнозирования горногеологических условий при подземной добыче угля, для экологической экспертизы горно-промышленного региона, решения задач оптимизации разрушения горных пород на карьерах, создания банка данных цифровой картографической информации по планам развития работ на горных предприятиях России с передачей информации по телекоммуникационным сетям и др.
Особую важность приобретает горная информатика с использованием ГИС-технологий при оценках последствий горного производства на окружающую природную среду и решении задач горной экологии, в частности, в составе литомониторинга, мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, почв и водных источников.
Положение дел в области горной информатики в России характеризуется отставанием от мирового уровня (в большинстве случаев значительным) по многим направлениям. Так, например, за последние 15-25 лет в мире разработаны специализированные интегрированные компьютерные системы для моделирования месторождений, решения задач проектирования и планирования горных работ с применением аппарата геостатистики. К наивысшим достижениям в этой области следует отнести системы DAT AMINE (Великобритания), TECHBASE (США), GEOSTAT (Канада). Характерной особенностью указанных систем является доведение их до «коммерческого» вида. Эти системы распространены по всему миру и установлены в том числе и в нашей стране.
Взаимосвязь горной информатики со смежными областями научных знаний определяется тем, что геоданные, получаемые в сфере геофизики, геологии, топографии, геохимии и представленные в геоинформационном виде, используются в информационном и программном обеспечении геологоразведки, освоения георесурсов, в решении экологических и других задач. Таким образом, горная информатика является составной частью горных наук, связывая их единой информационной базой с геофизикой, геологией, геодезией, геохимией, гидрогеологией и другими науками о Земле.
Особым вопросом является взаимоотношение между горной информатикой и геостатистикой. Последняя, как направление в науках о Земле, зародилась раньше (в 50-60-х годах) и получила за рубежом значительное теоретическое развитие и широкое практическое применение. Сейчас, когда проблема эффективного использования дорогостоящей геологической информации, особенно результатов эксплуатационной разведки и опробования, приобрела актуальность, геостатистика должна найти значительно более широкое практическое применение в горном деле.
Поскольку основным объектом геостатистики является собственно само месторождение полезных ископаемых и особенно пространственное распределение компонентов в рудных телах, то геостатика может рассматриваться как раздел или составная часть геоинформатики и горной информатики, предмет которых более обширен и включает не только геологические условия, но и ландшафт, техногенные геологические образования, экологические, а также технические и технологические факторы. По мере развития этих научных направлений основные положения геостатистики и геоинформатики будут, вероятно, все больше дополнять друг друга, а в практическом приложении будут объединяться в автоматизированных системах различного назначения.
Среди перспективных научных направлений горной информатики необходимо выделить следующие:
- формирование и развитие научных представлений о неопределенности, как об одной из основных характеристик научных выводов, технических, управленческих и других решений в горном деле, а также о структуре неопределенности, слагающих ее элементах и влияющих на нее факторах, свойственных специфике явлений и поведения природных и техногенных объектов при освоении недр;
- развитие научных представлений различной степени общности об информационных признаках явлений и поведения объектов с позиций обеспечения необходимой достоверности выводов и решений;
- установление закономерностей формирования и развития проблемно ориентированных систем информации;
- выявление условий формирования в информационных системах освоения недр зон информационного «вакуума» — причин зарождения и реализации техногенных катастроф;
- повышение эффективности использования и создание новых высокоэффективных, автоматизированных горно-информационных методов наблюдения, измерений и контроля с различной дальностью действий, высокой точностью и разрешающей способностью на различных уровнях наблюдений (наземный, подземный и скважинный);
- создание горно-информационных моделей ландшафта, источников георесурсов, техногенных образований и горных объектов как природно-технологических комплексов, а также методов математического моделирования, адекватных современным требованиям и средствам переработки информации;
- создание теоретических основ горно-информационных автоматизированных банков данных, преимущественно реляционного типа, обслуживающих в горном деле автоматизированные системы управления, проектирования, прогнозирования и мониторинга различного назначения, в том числе экологического;
- создание новых информационных технологий для решения задач освоения недр различного типа на основе их информационного подобия;
- развитие моделирования процессов и функционирования геосистем, особенно имитационного моделирования, в режиме реального времени;
- совершенствование технических и программных свойств горной информатики и создание автоматизированных самообучающихся человеко-машинных систем, работающих в диалоговом режиме, обладающих возможностями генерирования гипотез развития геосистем;
- разработка, научных основ системной организации горно-информационного механизма (ГИМ), которая давала бы возможность получения целостного знания о закономерностях эволюции системы «недра Земли - человек - общество», а также создание методов математического моделирования функциональной структуры и взаимодействия факторов, определяющих объект ГИМ, количественная оценка эффективности ГИМ, его оптимального функционирования с учетом системных свойств, в частности организованности и адаптивности, структурный и параметрический синтез ГИМ, т.е. оптимальное распределение функций по его частям и взаимодействию между ними;
- исследование и обоснование методов компьютерного картирования недр для всех стадий разведки и эксплуатации месторождений, источников георесурсов;
- создание баз данных и баз знаний по различным типам многофакторных моделей горных объектов (процессов) с обеспечением долговременного их хранения и накопления;
- разработка систем передачи информации и обмен данными между источниками их получения и потребителями;
- построение пакетов прикладных программ по петрофизическому, физико-геологическому, маркшейдерско-технологическому и другим видам многофакторного моделирования, разработка на их основе автоматизированных систем.
Обоснованность и своевременность принятия решений для каждой конкретной задачи - главные критерии оценки качественности используемых информационных технологий. В этих противоречивых требованиях заложены условия прогресса горной информатики, которая должна постоянно совершенствовать технические средства наблюдений, измерения и контроля, ЭВМ и программные средства обработки информации, способы оперативной и качественной передачи ее по каналам связи, моделирование и математические методы решения задач, способы интеграции, агрегации и анализа информации.

---