Использование 3-D графики LabVIEW для документирования и визуализации данных полевых геофизических исследований

Использование  3-D графики  LabVIEW  для документирования и визуализации данных полевых геофизических исследований

Отрасли, категории, применение: Нефтегазовая промышленность

Краткое описание:

В статье рассматривается авторская программа «LAB-POLIGON» версии 5.1, разработанная для документирования и визуализации данных полевых геофизических исследований.

Организация

Российский государственный педагогический университет им. А.И.Герцена, ОАО «Концерн «Океанприбор»

Описание решения

Постановка задачи

Прогрессирующее потепление климата ведет к деградации многолетней мерзлоты и полному исчезновению льда. На такой территории в условиях широкого распространения термокарстовых процессов повторно-жильные льды в трещинах по мере вытаивания замещаются отложениями, заплывающими сверху. Эту форму "трещин" стали именовать псевдоморфозами [1]. В 1995-98 гг. псевдоморфозы изучались на полигоне П-1 в водораздельной равнине Лужско-Плюсского ландшафта в подзолах Al-Fe-гумусовых. Они ярко выражены в иллювиальных горизонтах, простираются до глубины 1,0 -1,8 м и обычно достигают подстилающей морены (рис 1).

По нашему мнению, формирование морозобойных трещин вероятнее всего могло произойти в позднеледниковое время [2, 3, 4]. Для исследования псевдоморфоз была применена методика траншей и полигонов. Для детального картографирования псевдоморфоз была применена авторская методика картографирования Кошелевой Е.А., позволяющая увидеть особенности их простирания. Основной задачей была фиксация границ горизонтов А2 и Bhf. Кроме картографирования в масштабе 1:10, выполнялось фотографирование самых интересных частей разреза.

Заполнение морозобойных трещин происходило более рыхлым по сравнению с окружающей их породой материалом, а на контакте с дневной поверхностью сформировались небольшие понижения нанорельефа. Эти факторы способствовали более интенсивному промывному режиму и формированию мощного подзолистого горизонта (А2) на месте морозобойных трещин. По их стенкам, в условиях контакта с относительно более плотной породой, шло осаждение железо-гумусовых и алюмо-гумусовых соединений, т.е. формировался заметно сцементированный иллювиальный горизонт (Bhf) темно-охристой, местами почти черной, с металлическим блеском окраски. Этот горизонт отличается от вышележащего горизонта А2 другими водно-воздушными и физическими свойствами: плотностью, проводимостью и т.д. [5].

В результате детального картографирования стенок траншей автор получил возможность создания матрицы мощности подзолистого горизонта и псевдоморфоз. На основании этих данных можно получить любой вертикальный срез, плоскостной срез, ступенчатую выборку или диагональный срез любой траншеи или полигона с послойным снятием (рис. 2).

1. Детальное послойное вертикальное картографирование
2. Матрица данных
3а. Вертикальный срез любой части полигона
3б. Горизонтальный срез любой части полигона
3в. Горизонтальный срез любой части полигона по диагонали
3г. Ступенчатый срез любой части полигона

Выполнение графической обработки таких данных требует не только большого количества времени, но и художественных способностей. Кроме этого затруднено построение 3D-модели. В 2009-2011 гг. были проведены дополнительные исследования, в ходе которых количество полигонов увеличилось до 5 [7]. Потребовалось уже серьезная обработка данных исследований, которая «вручную» занимала бы продолжительное время [5].

Используемое оборудование и программное обеспечение

Для обработки матрицы данных полигона П-1 с цель построения 3D-изображения почвенно-геоморфологических разрезов в 2009 г. была использована авторская программа «Lab-Poligon», разработанная в среде графического программирования LabVIEW фирмы «National Instruments» [6].

Выбор графической среды программирования LabVIEW связан с тем, что использование LabVIEW позволяет сократить время создание готовой программы в десятки раз по сравнению с обычными «текстовыми» языками программирования типа Visial Basic. При этом 90% времени инженера-программиста при использовании LabVIEW используется на решение поставленной задачи, а не на создание сложных экранных форм для удобства пользователя, что характерно для «текстовых» языков программирования.

Программа с 2009 года дополнялась и исправлялась, для начальной версии 1.0 использовалась LabVIEW 8.5, в настоящее время версия 5.1 разработана на LabVIEW 2011

Решение

Программа «Lab-Poligon» позволяет:
• построение 3D-изображения (объемное изображение по координатам X,Y,Z) по экспериментальным данным, заданным в матричной форме или массивами данных. 3D-изображение может быть однотонным или многоцветным (рис.3);
• построение 2D-изображений (плоскостное по координатам X,Y,Z для каждой из пары координат);
• печать 2D-изображений и 3D-изображения в однотонном, многоцветном и черно-белом виде;
• получение горизонтального среза изучаемой территории на любой глубине (рис.4);
• получение горизонтальных и вертикальных срезов, по заданным пользователям программы критериям;
• запись исходных данных в базу данных;
• чтение данных из базы данных и сравнение их, в том числе и в графическом виде ( по в 2D-изображении ), с другими данными по данному полигону.

Внедрение и его перспективы

Программа «Lab-Poligon» версии 5.1 имеет дополнительный SubVI, предназначенный для работы с платой NI USB-6259, которая в свою очередь может быть подключена к георадару. Фактически, в этом случае, возможно создание носимого мобильного комплекса, предназначенного для электромагнитного зондирования.

Метод электромагнитных зондирований с успехом применяется для определения контуров погребенных реечных долин, мощности сезонного талого слоя, выявления илистых и глинистых горизонтов, определения глубины залегания коренных пород и верхней кромки хорошо проводящих рудных тел, определения мощности торфяных залежей, а также для картирования коренных пород. При геофизических исследованиях, измерения чаще всего проводят по системе параллельных профилей. Для лучшего понимания строения участка исследования такие данные удобно строить в трех измерениях. Это позволяет эффективно решать задачи корреляция структур для параллельных профилей, сопоставлять разрезы взаимно перпендикулярных профилей в местах пересечения, строить горизонтальные срезы для заданных глубин.


Снятие параллельных профилей на полигоне обычно связано с необходимостью предварительного оконтуривания места исследований и обязательного возврата к начальной точке измерений для снятия очередного профиля. Так работает большинство графических пакетов обработки данных, предназначенных для решения данной задачи. Программа «Lab-Poligon» версии 5.1 позволяет исследователю не только возможность обработка данных «на лету», но при введении исследователем специальной опции, осуществлять передвижение по полигону «змейкой», что значительно сокращает время исследовательских работ. Дополнение программы «Lab-Poligon» SubVI, отвечающим за обработку данных спутниковых геодезических приемников, принимающих сигналы от глобальной космической радионавигационной системы ГЛОНАСС (Россия) и/или Nаvstar GPS (Navigation Sattelite Timing and Ranging Global Positioning system, США), позволит повысить точность проводимых исследовательских работ.

Список литературы

[1]. Романовский Н.Н. Формирование полигональножильных структур. Новосибирск, Наука, 1977.
[2]. Игнатенко И.В., Кошелева Е.А., Щеколдина И.В. Проявление криогенеза в почвах южно-таежной подзоны Северо-Запада России // III Zjazd geomorfologov Polskich. 1: Streszczenia Komunikatow, posterow I referatow. WNoZ US, SGP, Sosnowiec, 1995. P. 86-87
[3]. Игнатенко И.В., Юренков Г.И., Кошелева Е.А., Мосин В.Г. Восстановление почвенно-растительного покрова и проявление палеокриогенеза в ландшафтах Блендовской пустыни (Южная Польша) и географической станции РГПУ им. А.И.Герцена "Железо" (Северо-Запад России). СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И.Герцена, 1999.
[4]. Кошелева Е.А., Субетто Д.А. Пространственно-временная реконструкция ландшафтов позднего плейстоцена и голоцена Северо-запада России.// Путь на север. Окружающая среда и самые ранние обитатели Арктики и Субарктики. М.: Институт географии РАН, 2008. С. 173-179.
[5]. Кошелева Е.А. Эволюция ландшафтов бореальной зоны в позднеледниковье и голоцене. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И.Герцена, 2012. 158 с. [6]. Кошелева Е.А., Кошелев С.А. Проблема 3-D графики полигональных структур на примере псевдоморфоз по повторно-жильным льдам. // Геология, геоэкология, эволюционная география. Сборник научных трудов / под ред. Нестерова Е.М. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И.Герцена, 2010. С. 251-253
[7]. Кошелева Е.А., Кошелев С.А. Изучение и 3-D моделирование псевдоморфоз по повторно-жильным льдам в подзолах Al-Fe-гумусовых. // Материалы всероссийской научной конференции по археологическому почвоведению. Пущино : Институт физ.-хим. и биолог. проблем почвоведения РАН, 2014. С. 126-129.

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика