Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте
Показан алгоритм мониторинга и построения роботом 3D ландшафта угольной шахты после обвала пород. Наведено алгоритм моніторингу та побудови роботом 3D ландшафту вугільної шахти після обвалу порід. The algorithm for monitoring of coal mine 3D map after rocks crash using the robot is shown....
Saved in:
| Published in: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46401 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте / Ю.Я. Панасюк, А.И. Куляс, О.Н. Гаврилюк, В.В. Прокопчук, Е.В. Кравченко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 154-161. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46401 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Панасюк, Ю.Я. Куляс, А.И. Гаврилюк, О.Н. Прокопчук, В.В. Кравченко, Е.В. 2013-06-29T19:17:45Z 2013-06-29T19:17:45Z 2010 Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте / Ю.Я. Панасюк, А.И. Куляс, О.Н. Гаврилюк, В.В. Прокопчук, Е.В. Кравченко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 154-161. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46401 004.896 Показан алгоритм мониторинга и построения роботом 3D ландшафта угольной шахты после обвала пород. Наведено алгоритм моніторингу та побудови роботом 3D ландшафту вугільної шахти після обвалу порід. The algorithm for monitoring of coal mine 3D map after rocks crash using the robot is shown. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Комп’ютерні засоби, мережі та системи Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте The method for rapid assessment of caving volume by robot after accident in mine Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте |
| spellingShingle |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте Панасюк, Ю.Я. Куляс, А.И. Гаврилюк, О.Н. Прокопчук, В.В. Кравченко, Е.В. |
| title_short |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте |
| title_full |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте |
| title_fullStr |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте |
| title_full_unstemmed |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте |
| title_sort |
метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте |
| author |
Панасюк, Ю.Я. Куляс, А.И. Гаврилюк, О.Н. Прокопчук, В.В. Кравченко, Е.В. |
| author_facet |
Панасюк, Ю.Я. Куляс, А.И. Гаврилюк, О.Н. Прокопчук, В.В. Кравченко, Е.В. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The method for rapid assessment of caving volume by robot after accident in mine |
| description |
Показан алгоритм мониторинга и построения роботом 3D ландшафта угольной шахты после обвала пород.
Наведено алгоритм моніторингу та побудови роботом 3D ландшафту вугільної шахти після обвалу порід.
The algorithm for monitoring of coal mine 3D map after rocks crash using the robot is shown.
|
| issn |
1817-9908 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46401 |
| citation_txt |
Метод оперативной оценки роботом объема пород, обрушенных из-за аварии в шахте / Ю.Я. Панасюк, А.И. Куляс, О.Н. Гаврилюк, В.В. Прокопчук, Е.В. Кравченко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 154-161. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT panasûkûâ metodoperativnoiocenkirobotomobʺemaporodobrušennyhizzaavariivšahte AT kulâsai metodoperativnoiocenkirobotomobʺemaporodobrušennyhizzaavariivšahte AT gavrilûkon metodoperativnoiocenkirobotomobʺemaporodobrušennyhizzaavariivšahte AT prokopčukvv metodoperativnoiocenkirobotomobʺemaporodobrušennyhizzaavariivšahte AT kravčenkoev metodoperativnoiocenkirobotomobʺemaporodobrušennyhizzaavariivšahte AT panasûkûâ themethodforrapidassessmentofcavingvolumebyrobotafteraccidentinmine AT kulâsai themethodforrapidassessmentofcavingvolumebyrobotafteraccidentinmine AT gavrilûkon themethodforrapidassessmentofcavingvolumebyrobotafteraccidentinmine AT prokopčukvv themethodforrapidassessmentofcavingvolumebyrobotafteraccidentinmine AT kravčenkoev themethodforrapidassessmentofcavingvolumebyrobotafteraccidentinmine |
| first_indexed |
2025-11-25T20:34:14Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:34:14Z |
| _version_ |
1850525194623385600 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 154
Ju. Panasyuk, A. Kulyas,
O. Gavrilyuk, V. Prokopchuk,
E. Kravchenko
THE METHOD FOR RAPID
ASSESSMENT OF CAVING
VOLUME BY ROBOT AFTER
ACCIDENT IN MINE
The algorithm for monitoring of coal
mine 3D map after rocks crash using
the robot is shown.
Key words: intellectual robotics,
coal mine.
Наведено алгоритм моніторингу
та побудови роботом 3D ланд-
шафту вугільної шахти після об-
валу порід.
Ключові слова: інтелектуальна
робототехніка, вугільна шахта.
Показан алгоритм мониторинга
и построения роботом 3D ланд-
шафта угольной шахты после об-
вала пород.
Ключевые слова: интеллектуаль-
ная робототехника, угольная
шахта.
Ю.Я. Панасюк, А.И. Куляс,
О.Н. Гаврилюк,
В.В. Прокопчук,
Е.В. Краченко, 2010
УДК 004.896
Ю.Я. ПАНАСЮК, А.И. КУЛЯС, О.Н. ГАВРИЛЮК,
В.В. ПРОКОПЧУК, Е.В. КРАВЧЕНКО
МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ
РОБОТОМ ОБЪЕМА ПОРОД,
ОБРУШЕННЫХ ИЗ-ЗА АВАРИИ
В ШАХТЕ
Для снижения аварийности на угольных
шахтах и повышения безопасности горно-
спасательных работ целесообразно развивать
не только стационарные системы контроля
уровня безопасности шахтного производства,
но и создавать технологии мобильного мони-
торинга на основе использования робототех-
нических устройств для выполнения опера-
тивного контроля послеаварийных участков
забоев, пострадавших в результате аварии на
шахте [1 − 5].
Продолжает оставаться актуальной задача
построения маркшейдерско-геодезических
базовых и съемочных сетей поддержки гра-
фической документации на базе геоинфор-
мационных систем новых поколений. Для та-
ких систем необходимы темпоральные дан-
ные о трехмерном распределение параметров
среды реализации технологий угольной про-
мышленности (3D данные) и их периодиче-
ское обновление для:
- отображения текущего состояния горных
работ;
- геометризации местонахождения пород
отдельных типов, включая полезные иско-
паемые и геотектонические нарушения.
Актуальной остается разработка программ
развития горных работ и контроля за их вы-
полнением, включая участки с повышенным
риском аварий из-за взрывов метана и обва-
лов пород на шахтах; нанесение и возобнов-
ление в планах горных работ зон повышен-
ного риска выделения метана и обвалов гор-
ных пород.
МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ РОБОТОМ ОБЪЕМА ПОРОД, ОБРУШЕННЫХ ИЗ-ЗА АВАРИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 155
Для решения многих актуальных проблем угольной промышленности одной
из первостепенных задач является создание высокотехнологических средств
предотвращения аварий, включая разработку дистанционно управляемых робо-
тов для профилактического контроля текущих и предаварийных состояний уча-
стков горного производства с повышенной опасностью и для оперативного про-
ведения мероприятий по ликвидации последствий аварий на шахтах. Поэтому
разработка системы интеллектуализированных роботов для дистанционного мо-
ниторинга и распределенная сеть стационарных и мобильных сенсоров на тер-
ритории шахты, является, несомненно, актуальной. Такая система использует
специальную технологию обмена оперативными данными для борьбы с пожара-
ми на шахтах, включая многоканальный мониторинг уровня рисков аварийности
(по метану, угольной пыли, первоисточникам воспаления).
Разработки, описанные в данной работе, предназначены для обеспечения
работы робото-технических устройств в стесненных пространственных условиях
шахтного забоя в процессе выполнении разведывательных функций непосредст-
венно после аварии или при ремонтных работах на шахте.
В рамках проводимых в Институте кибернетики имени В.М. Глушкова НАН
Украины разработок концепции и базовых компонентов мобильного робота с
элементами искусственного интеллекта (ИИ) серии «Робот-горноспасатель»
(ГОСИР) в работах авторов [4, 5] указаны функции, которые должен выполнять
такой робот в процессе осуществления мониторинга аварийного шахтного забоя
непосредственно после аварии:
- обследование новой конфигурации стесненного помещения, усложненной
в результате недавней аварии с обвалом пород;
- обследование и распознавание новой 3D конфигурации помещения.
Решение этих задач является актуальным для проблемы разведки в шахтном
забое или проведения ремонтных работ в узком помещении инженерного со-
оружения. Типичный пример: разведка интерьера инженерного сооружения по-
сле аварии, когда возникает дополнительная проблема обследования принципи-
ального изменения доаварийного интерьера сжатого рабочего помещения и но-
вая конфигурация возможных проходов неизвестна.
Таким образом, роботу серии ГОСИР поставлена задача, состоящая из взаи-
мосвязанных частных задач:
- пройти внутрь шахты;
- построить 3D карту «обновленного» ландшафта;
- правильно выгнуться нужными шарнирами манипулятора;
- найти и захватить (или включить / выключить) нужный предмет.
Рассмотрим вопрос расчета объема обрушившихся пород в компактном за-
вале, возникшем непосредственно после аварии на шахте и зарегистрированным
мобильным роботом типа ГОСИР в форме файла «ЗАВАЛ» с массивом коорди-
нат точек поверхности такого завала.
При этом файл «ЗАВАЛ» хранит информацию в виде массива трех коорди-
нат (xi, yi, zi ), i = 1,…, n точек зондирования поверхности бортовым сенсором-
Ю.Я. ПАНАСЮК, А.И. КУЛЯС, О.Н. ГАВРИЛЮК, В.В. ПРОКОПЧУК, Е.В. КРАВЧЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 156
дальномером (например, при использовании четырехлучевого бортового ла-
зерного дальномера, описанного в [2, 5]).
Пример массива точечно заданной поверхности завала пород и сформиро-
ванной с использованием данного массива сеточной оболочки (СО) показан
на рис. 1.
РИС. 1. Пример точечно заданной поверхности СО завала пород; пунктиром обозначена
граница выпуклой зоны Qe1, замещающая соответствующую выпуклую вовнутрь
зону Wi1 при формировании выпуклой сеточной оболочки (ВСО) из исходной
сеточной оболочки СО
Предлагается алгоритм обработки данных файла «ЗАВАЛ», показанный
схематически на рис. 2, который состоит из этапов.
1. Ввод массива трех координат (xi, yi, zi ), i = 1,…, n точек зондирования.
2. Построение СО, получаемой соединением отрезков текущей точки масси-
ва с ближайшими соседними точками.
3. Выделение в СО участков, выпуклых наружу (Wei, i = 1, 2,…, n) и выпук-
лых вовнутрь (зоны Wij, j = 1, 2,…, m) (рис. 3).
4. Формирование выпуклой сеточной оболочки (ВСО) из исходной оболоч-
ки СО путем замещения выпуклых вовнутрь зон Wij на соответствующую вы-
пуклую наружу зону Qej (рис. 4, 5).
5. Разбиение области внутри оболочки ВСО на конечные элементы (пяти-
гранники с треугольными основаниями и треугольные призмы) с помощью се-
мейства граничных плоскостей, параллельных плоскости х = 0 и семейства па-
раллельных плоскостей, параллельных плоскости у = 0 (рис. 6).
МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ РОБОТОМ ОБЪЕМА ПОРОД, ОБРУШЕННЫХ ИЗ-ЗА АВАРИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 157
РИС. 2. Схема алгоритма обработки точечно заданного массива данных «Завал», полученных
роботом ГОСИР, с вычислением объема пород в обследованном завале на шахте
Исходный массив
трех координат
(xi, yi, zi), i = 1,…, n
Построение сеточ-
ной оболочки про-
странственной сет-
ки (СО)
Соединение теку-
щей точки массива
с ближайшими со-
седними точками
Выделение в СО
участков оболочки
выпуклых наружу
(зоны Wel)
Выделение в СО
участков оболочки
выпуклых во-
внутрь (зоны Wil)
Формирование вы-
пуклой сеточной
оболочки (ВСО)
Замена зон оболочки СО, выпуклых во-
внутрь (зоны Wil) на соответствующие
им выпуклые зоны (зоны Qel) путем со-
единения соответствующих точек из
внешней границы зоны Wil
Разбиение области внутри оболочки
ВСО на конечные элементы (треуголь-
ные призмы и треугольные пирамиды)
семейством плоскостей, параллельных
координатной плоскости x = 0
Разбиение области внутри оболочки
ВСО на конечные элементы (треуголь-
ные призмы и треугольные пирамиды)
семейством плоскостей, параллельных
координатной плоскости y = 0
Вычисление суммарного объема всех
полученных конечных элементов за вы-
четом объемов всех участков, заклю-
ченных между оболочками ВСО и СО
1
1
Ю.Я. ПАНАСЮК, А.И. КУЛЯС, О.Н. ГАВРИЛЮК, В.В. ПРОКОПЧУК, Е.В. КРАВЧЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 158
РИС. 3. Выделение в СО участков, выпуклых наружу (Wei, i = 1, 2,…, n) и выпуклых
вовнутрь (зоны Wij, j = 1, 2,…, m)
РИС. 4. Формирование выпуклой сеточной оболочки (ВСО) из исходной оболочки СО
путем замещения выпуклых вовнутрь зон Wi1 на соответствующую выпуклую
наружу зону Qe1
МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ РОБОТОМ ОБЪЕМА ПОРОД, ОБРУШЕННЫХ ИЗ-ЗА АВАРИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 159
РИС. 5. Формирование выпуклой сеточной оболочки (ВСО) из исходной оболочки СО
путем замещения выпуклых вовнутрь зон Wi2 на соответствующую выпуклую
наружу зону Qe2
6. Вычисление суммарного объема Vk всего множества полученных конеч-
ных элементов, заключенных внутри оболочки ВСО.
7. Вычисление объема завала V как разность объема Vk и суммы объемов
всех участков, заключенных между оболочками ВСО и СО.
Для расчета объема V(L, Z1, Z2) типичного конечного элемента в форме пя-
тигранника с основанием в виде прямоугольного равнобедренного треугольника
со сторонами длиной L и боковыми гранями в форме двух прямоугольных тре-
угольников, плоскости которых взаимно перпендикулярны между собой и пер-
пендикулярны плоскости основания многогранника, а третья боковая грань име-
ет вид прямоугольной трапеции с основаниями Z1 и Z2 можно получить путем
вычисления тройного интеграла по объему следующее выражение:
V(L, Z1, Z2) = ∫
0
)(
L
ÊÝ dxxV = ( ) ( )xdxxbxaL
∫
+
0
2 =
( )
2
2
21 Lzz + .
Ю.Я. ПАНАСЮК, А.И. КУЛЯС, О.Н. ГАВРИЛЮК, В.В. ПРОКОПЧУК, Е.В. КРАВЧЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 160
РИС. 6. Конечный элемент КЭL состоит из треугольной призмы ТПL и пятигранника ПГL
Полученная при использовании этой формулы информация об объеме зава-
ла пород будет полезной при оперативном принятии решения (роботом или ру-
ководителем восстановительных работ) о степени сложности и объеме инженер-
ных работ по ликвидации последствий данной аварии на шахте.
Выводы. Разработки, описанные в данной работе, предназначены для обес-
печения работы робото-технических устройств в стесненных пространственных
условиях шахтного забоя в процессе выполнения разведывательных функций
непосредственно после аварии или при ремонтных работах на шахте.
МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ РОБОТОМ ОБЪЕМА ПОРОД, ОБРУШЕННЫХ ИЗ-ЗА АВАРИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 161
В рамках проводимых в Институте кибернетики имени В.М. Глушкова НАН
Украины разработок концепции и базовых компонент мобильного робота с эле-
ментами ИИ серии ГОСИР указан ряд функций, которые должен выполнять та-
кой робот в процессе выполнения мониторинга аварийного шахтного забоя.
Рассмотрен вопрос расчета объема обрушившихся пород в компактном за-
вале, возникшем непосредственно после аварии на шахте и зарегистрированным
мобильным роботом типа ГОСИР в форме файла «ЗАВАЛ» с массивом коорди-
нат точек поверхности такого завала.
1. Pisarenko V.G., Varava I.A., Pisarenko Ju.V., Procopchuck V.I. Information models for
robotics system with intellectual sensor and self-organization // XI–th International Conf.
“Knowledge – Dialogue – Solution (KDS)”. – Varna: FOI-Commerce. – 2005. – 2. –
Р. 427 – 432.
2. Писаренко Ю.В. Віртуальне проектування інтелектуалізованих роботів для розвідки і
нейтралізації небезпечних екологічних подій: Автореф. дис. …канд. техн. наук. – К.,
2005. – 20 с.
3. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В. Вопросы виртуального проектирования систем, ориен-
тированных на создание интеллектуализированных роботов для мониторинга экстре-
мальных состояний техносферы. Ч. 1 // УСиМ. – Киев. – 2005. – № 4. – С. 8–18.
4. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В., Мелкумян К.Ю., Коваль О.С. Програмне забезпечення
вибору параметрів системи управління маніпулятором роботу // АСАУ. – 2010. – № 17
(37). –– С. 10 – 17.
5. Писаренко В.Г, Писаренко Ю.В., Мелкумян Е.Ю., Коваль А.С. Применение робототехни-
ки для обследования шахты после обвала // Искусственный интеллект. – 2010. – № 4. –
С. 528 – 534.
Получено 21.10.2010
удк 004.896
|