Сканирование и векторизация старых схем рудников и карт - Часть 1

Франк Билки (Frank Bilki) - автор статьи; перевод с блога Micromine http://blog.micromine.com/
Часть 1.

Введение

Любому, кто работает с участком производства горных работ, который отрабатывается долгое время, приходится цифровать старые бумажные схемы и карты. Даже при работе на современном руднике бывает необходимо выполнить повторную оцифровку существующих карт и планов, если исходные данные были потеряны.

Годы назад оцифровка контуров и линий осуществлялась с помощью графического планшета. Даже сейчас бывают случаи, когда без графического планшета не обойтись.

В настоящие дни существует множество эффективных способов оцифровки бумажной информации как ручных, так и с помощью специального программного обеспечения для векторизации. В серии статей я опишу рабочий процесс по подготовке бумажной информации к оцифровке, а также по превращению ее в цифровые (трехмерные) линии. Данный рабочий процесс будет использоваться вне зависимости от того, используете ли вы «Micromine», любое ГИС приложение или что-то еще. Я буду давать рекомендации по использованию бесплатного программного обеспечения там, где это возможно.

Исходные данные

Существует три наиболее важные источника информации, которые могут быть отсканированы и оцифрованы:

• Топографические карты (включая планы горных работ)
• Планы и карты подземных выработок
• Геологические карты

Я сфокусирую свое внимание на картах и планах, которые представлены в планарной ориентации, и пропущу поперечные разрезы. Тем не менее, при работе с разрезами вы будете следовать тому же алгоритму, не все приложения поддерживают трехмерную геопривязку. К тому же, преобразование линий из пиксельных координат в реальные трехмерные координаты может быть сложным процессом, когда плоскость разреза не параллельна системе координат или отклоняется от нее. К сожалению, у меня нет практического опыта работы с современными CAD приложениями, поэтому, если у вас есть такой опыт, пожалуйста, оставляйте свои комментарии по данному вопросу в блоге на http://blog.micromine.com/ .

Топографические карты

Топографические карты покрывают широкий спектр типов данных таких, как топография поверхности (которая может учитывать горнорудную деятельность, например, контуры карьера или отвалов), геофизическая или геохимическая топография. Обычная карта включает в себя только изолинии и их метки, которые могут быть представлены черным цветом, или вовсе быть цветными (Рисунок 1). Карта иногда может содержать в себе общие аннотации, но обычно они сводятся к минимуму, так как они загораживают собой изолинии.

Топографические карты редко отображаются со сплошной заливкой или крапом.



Рисунок 1: Отсканированная топографическая карта



Результирующая трехмерная цифровая модель поверхности

Такая разновидность карт идеальна для автоматической векторизации, при которой программное обеспечение делают основную часть оцифровки. Затем вы тратите время на зачистку результирующих линий и присвоение им высотных отметок. Так как топографические линии просты (например, изолинии никогда не разветвляются, не пересекаются и не меняют своего значения), обрабатывать такие карты несложно.

Планы и карты подземных выработок

Планы подземных выработок и карты обычно содержат много линий и большое количество меток, которые могут быть отображены черным цветом или быть цветными (Рисунок 2). Как правило, они не содержат заливки или штриховки.


Рисунок 2: Отсканированный план подземной выработки


Результирующие трехмерные скважины и солиды.
Планы выработок также подходят для автоматизированной векторизации, но, тем не менее, их обработка является более сложным процессом, чем обработка топографических карт. Так как подземные выработки имеют сложную трехмерную топологию (спиралевидные съезды в планарном виде, штрек, который может изменять свой уклон на следующий горизонт даже без разрыва линии), им гораздо труднее присваивать высотные отметки.

Геологические карты

Геологические карты, особенно старого формата, обычно содержат области с заливкой, которые представляют с собой различные породы или изменение пород по составу (Рисунок 3). Так как области с заливкой иногда представлены темными цветами и штриховкой, их векторизация является более сложным процессом.


Рисунок 3: Отсканированная геологическая карта


Результирующие двухмерные векторы
Есть возможность векторизовать старые геологические карты, если вы можете разграничить разницу между линиями и полигоны с заливкой. Целью является создание изображения, в котором преобладают линии с небольшой или невидимой заливкой. Оцифровка становится сложнее, когда карта содержит заливку или штриховку, и в этом случае единственный практический выход – оцифровать их вручную. В следующей статье я приведу некоторые идеи о том, как обрабатывать и подготавливать отсканированные устаревшие геологические карты к векторизации.

Работа с современными геологическими картами со светлой или однотонной заливкой (сплошной) более удобна и проста. Карты, которые содержат только полигоны (без других каких-либо линий), являются хорошим примером таких карт. Каждый полигон должен быть неограниченным, и заполнен однотонной сплошной заливкой, соседние полигоны должны иметь отличный цвет. Такие карты обычно создаются в результате интерпретации геофизических данных, классификации спутниковых снимков, и они менее распространены, чем стандартные геологические карты. К счастью, такие карты легко поддаются полигонизации (векторизации) посредством любых ГИС приложений.
Оцифровка документации Этот рабочий процесс полагается на идею «управляемой оцифровки», при которой специалист оцифровывает отсканированную карту на мониторе компьютера вместо трассировки по исходным бумагам на графическом планшете («неуправляемая оцифровка»). Управляемая оцифровка имеет некоторые важные преимущества над устаревшими графическими планшетами, что делает ее наиболее предпочтительным методом в большинстве случаев:

Стоимость сканирования даже самых больших карт мала по сравнению со стоимостью графического планшета.

Искажение (от складок, разрывов, растяжений и плохого качества сканирования) может быть устранено трансформацией растра.

Такие дефекты не могут быть устранены при работе с исходной картой и графическим планшетом.

Программное обеспечение для векторизации может создавать начальную версию всей карты, без необходимости ее оцифровки частями.

Ошибки находятся и исправляются гораздо проще, так как оцифрованные линии отображаются прямо над отсканированной картой.

Скан является цифровым архивом, который может быть предан, и просматриваться большим количеством людей.



Этапы обработки

Стандартный процесс перехода от бумаги к цифре включает в себя следующие шаги:

1. Привести в порядок бумажную карту
2. Отсканировать
3. Обрезать
4. Сделать геопривязку, трансформацию растра или при необходимости спроецировать его
5. Повысить качество растра и подчистить его
6. Векторизовать его (оцифровать)
7. Импортировать растр в нужное приложение
8. Подчистить оцифрованные линии
9. Объединить, закрыть и присвоить атрибуты линиям, если необходимо присвоить им высотные отметки при работе 3D

Я разделил эти шаги на три отдельные статьи, которые сфокусированы на разных этапах данного рабочего процесса*

• Часть 2 описывает 1 и 2 этапы обработки, преобразование бумажной карты в отсканированное изображение
• Часть 3 сфокусирована на этапах с 3 по 6, преобразование отсканированного изображения в цифровые линии
• Часть 4 содержит в себе описание 7, 8 и 9 этапов, преобразование исходных линий в итоговый вид.

Вы, наверное, уже заметили, что термин «почистить» встречается несколько раз в данной статье. Его значение станет понятней, когда вы ознакомитесь со следующими частями данной статьи.

Вывод

Несмотря на то, что горнодобывающая промышленность уже давно использует цифровые технологии, существует множество рудников с огромным архивом бумажной документации. Преобразование этих бумажных карт в цифровой формат и, желательно, в трехмерный формат может быть очень трудозатратным, но оно необходимо, чтобы устаревшая информация была доступна, и могла использоваться в современных процессах.

Вы научитесь данному процессу в следующих статьях*.

*Статьи будут опубликованы в следующих номерах постах на форуме.