GIS for mineralutvinning

Presentasjon om: "GIS for mineralutvinning"— Utskrift av presentasjonen:

1 GIS for mineralutvinning
Gis forelesning 2

2 Innhold i faget Definisjon av GIS til bruk i mineralutvinning
Geomatikk – Kartfremstilling - GIS Basiskart Kart i Norge Referanserammer Tematiske kart og modeller Innsamling av geodata Typer geodata i mineralutvinning Datafangst og dataoverføring Lagring av geodata Metadata, modeller av virkeligheten, Prosedyrer for behandling av geodata Evaluering av geodata Datakvalitet / verifisering Romlig analyse (form og variasjon) Presentasjon av geodata Visuelle variable Oppsummering Gis forelesning 2

3 Innhold i faget Definisjon av GIS til bruk i mineralutvinning
Geomatikk – Kartfremstilling - GIS Basiskart Kart i Norge Referanserammer Tematiske kart og modeller Innsamling av geodata Typer geodata i mineralutvinning Datafangst og dataoverføring Lagring av geodata Metadata, modeller av virkeligheten, Prosedyrer for behandling av geodata Evaluering av geodata Datakvalitet / verifisering Romlig analyse (form og variasjon) Presentasjon av geodata Visuelle variable Oppsummering Gis forelesning 2

4 Høydereferanse Norske høydereferanser Norsk normalnull
Nord-norsk normalnull Men: Dybder – lavvann - Gitt i forhold til lavvann Seilingshøyder (frihøyder) Gitt i forhold til høyvann Gis forelesning 2

5 h = H + N Høydereferanse Geoidehøyden kan beregnes på bagrunn av en
geoidemodell ved bl.a en interpolasjon. P Topografi h = Ellipsoidisk høyde (fra GPS) h H Geoide H = Høyde over Geoiden (~Ortometrisk høyde) N GPS-systemet forholder seg til høyder over ellipsoiden. Men vi er interesserte høyder over havet (følger geoiden). Det er ingen fast differanse mellom ellipsoide og geoide (gul farge), derfor må denne omregningen også inngå i transformasjonen. Denne differansen er ca 40m i østlandsområde og ca 32m i Norland. N = Geoidehøyde Ellipsoide h = H + N Gis forelesning 2

6 Temakart - Mineralutvinning
Innsamling Lagring Evaluering Presentasjon Gis forelesning 2

7 Innhold i faget Definisjon av GIS til bruk i mineralutvinning
Geomatikk – Kartfremstilling - GIS Basiskart Kart i Norge Referanserammer Tematiske kart og modeller Innsamling av geodata Typer geodata i mineralutvinning Datafangst og dataoverføring Lagring av geodata Metadata, modeller av virkeligheten, Prosedyrer for behandling av geodata Evaluering av geodata Datakvalitet / verifisering Romlig analyse (form og variasjon) Presentasjon av geodata Visuelle variable Oppsummering Gis forelesning 2

8 Gis forelesning 2

9 Innsamling av geodata - datafangst
Direkte måling - GPS - Totalstasjon (TPS) Indirekte måling - Fotogrammetri - Fly - Terrestrisk - Satellittfjernmåling - Laser mapping - Batymetri – (dybdemåling i vann) Gis forelesning 2

10 Datafangst – GPS - Vanlig kodemåling - Differensiel kode
- Differensiel faseglattet kode - Differensiel fase Gis forelesning 2

11 Datafangst – GPS - Kodemåling
Avstand måles til hver satellitt med hjelp av en tidsvarierende kode Normale GPS mottagare benytter ”billige” klokker. De er mye mindre nøyaktige enn de som er om bord i satellittene.  Feil på mottagerklokken gir feil i signalets gangtid  Feil i posisjon Gis forelesning 2

12 4 avstander for å løse ut lengde, bredde, høyde & tid
Datafangst – GPS - Kodemåling Nøyaktighet m m uten SA effekten m med SA-effekten 4 avstander for å løse ut lengde, bredde, høyde & tid Gis forelesning 2

13 Datafangst – GPS - Differensiel kodemåling (DGPS)
Når bare Koden benyttes Referansen står over en kjent koordinat  Regne ut korreksjoner på satellittobservasjonene (klokkene). Sende korreksjonsdata fra base til rover. (Evnt. etterprosessere) Nøyaktigheten blir 2m - 5m A B Baslinje vektor Base Rover Gis forelesning 2

14 Datafangst – GPS - Differensiel kodemåling med faseglatting
- Faseglatting krever en mottager som kan observere fasen også. - Faseobservasjonen blir brukt til å forbedre kodeløsningen. Nøyaktighet: - Etterprosessering eller sanntid: 30 cm Gis forelesning 2

15 Datafangst – GPS - Differensiel fasemåling
Både Fase og kode benyttes  nøyaktigheten 5 mm + 1ppm Kan nå nøyaktighet ned i 3 mm ppm Forutsetter at heltallet (antall hele bølger/faser) kan løses ut (FIX-løsning). Baslinje vektor A B Gis forelesning 2

16 Datafangst – GPS - Nøyaktighet
Vanlig håndholdt GPS (vanlig kodemåling) < 21m i 95% av tiden (2-21 m) Med korreksjonsdata (Differensiell kode) EGNOS 5m FM Dark/PocketVRS 1-2m Gis forelesning 2

17 Datafangst – GPS - Nøyaktighet
Vanlig håndholdt GPS (vanlig kodemåling) < 21m i 95% av tiden (2-21 m) Med korreksjonsdata (Differensiell kode) EGNOS 5m FM Dark/PocketVRS 1-2m GPS med faseglatting Med korreksjonsdata 0.8 – 0.3 m Gis forelesning 2

18 Datafangst – GPS - Nøyaktighet
Vanlig håndholdt GPS (vanlig kodemåling) < 21m i 95% av tiden (2-21 m) Med korreksjonsdata (Differensiell kode) EGNOS 5m FM Dark/PocketVRS 1-2m GPS med faseglatting Med korreksjonsdata 0.8 – 0.3 m GPS - fasemåling 0.05m i 95% av tiden NB! Dette er usikkerheten i horisontalplanet I vertikalplanet er den 1.5 – 2 ganger større. Gis forelesning 2

19 Datafangst – Teodolitt + laser
- Vinkel måling Må ha en avstandsmåler i tillegg - Settes gjerne på toppen av teodolitten  Laser og kikkert ikke samme akse Gis forelesning 2

20 Datafangst – TPS (total positioning station)
Totalstasjon Integrert Teodolitt Laser avstandsmåler Lagringsenhet (digital målebok) Lite ”fotavtrykk” dvs avstanden måles til et konsentrert område på flaten det måles til. TDM5005 Gis forelesning 2

21 Datafangst – TPS (total positioning station)
Totalstasjon Gruvemåling Gis forelesning 2

22 Datafangst – TPS (total positioning station)
Totalstasjon Gruvemåling Gis forelesning 2

23 Gis forelesning 2

24 Gis forelesning 2

25 Datafangst – TPS (total positioning station)
Motorisert totalstasjon - Teodolitt - Laser avstandsmåler - Lagringsenhet (digital målebok) Kan fjernstyres fra prismet - Søker og låser prismet TDA5005 Gis forelesning 2

26 Datafangst – TPS (total positioning station) - Nøyaktighet og rekkevidde
- Vinkelmåling: 0.15 mgon - Punktnøyaktighet: ≤ 0.3 mm Reflekterende flater eller reflekterende tape Avstandsnøyaktighet ± 0.5 mm Rekkevidde: m CCR (Corner cube reflectors) - Avstandsnøyaktighet ± 0.2 mm Rekkevidde: m Gis forelesning 2

27 Datafangst – TPS (total positioning station) - Nøyaktighet og rekkevidde
- Vinkelmåling: 0.15 mgon - Punktnøyaktighet: ≤ 0.3 mm 360º Surveying Prisms (GZR121) - Avstandsnøyaktighet ± 0.5 mm + 2 ppm Rekkevidde: m Surveying Prisms (GPH1P) - Avstandsnøyaktighet ± 0.5 mm + 2 ppm Rekkevidde: m Gis forelesning 2

28 Datafangst – Laser mapping - Indirekte metode (fra fly/helikopter)
Integrering av Pulslaser (LIDAR) ; sender ut laserpuls og måler gangtid  avstand Inertial reference systems (INS) ; Orden på flyets orientering Global positioning satellite system (GPS) ; Orden på flyets posisjon  Etter-prosessering : INS +GPS  XYZ koordinatene til hver reflekterte laserpuls Nøyaktighet: Høyde: (Absolutt 15 cm, relativ 5 cm) ; XY data ~ 10 cm – 1m Svært rask metode: Flere 1000 punkt/s  10 millioner punkt/time Kommersielt tilgjengelig først de siste 5 år Aktive sensorer (laser ut) i motsetning til foto.  mindre væravhengig, kan ”se” gjennom trær, god selv om lav kontrast/relieff, og kan benyttes om natta. Kan kombineres med for eksempel digital kamera  drapere bilder over terrengmodeller Gis forelesning 2

29 Datafangst – Laser mapping - Indirekte metode (fra fly/helikopter)
Gis forelesning 2

30 Gis forelesning 2

31 Dataoverføring Overføring
- Av digital informasjon Datafiler fra et format til et annet - Rasterisering (vektor til raster) - Vektorisering (raster til vektor) Av analog informasjon (til digital form) - Attributt informasjon (feltbøker, notater etc.) - Skanning av kart - Digitalisering av kart Prosess Overføring posisjonsdata - Overføring attributt data - Verifisering av data (datakvalitet) og editering - Knytte sammen posisjonsdata og attributt data (kan gjøres under dataoverføringen) Gis forelesning 2

32 Dataoverføring Digitalisering
Samkjøre digitaliseringsbordets koordinatsystem med kartets koordinatsystem kjente punkter må defineres på kartet og digitaliseringsbordet Aktivt område: 305 x 457 mm Aktivt område: 1524 mm x 3505 mm Nøyaktighet: ± mm Gis forelesning 2

33 Dataoverføring Skanning
Informasjon fra analog form til digital raster form - Prisnipp: - Ulik lysintensitet som reflekteres fra papiret som skannes - CCD (Charge Couples Devices) Halvledere som oversetter fra fotonintensitet i lyset til elektronintensitet som kan lagres som en digital verdi Planskanner: A3 (297 x 420 mm) Planskanner: A4 (216x297 mm) Maks dokumentstørrelse: 1067 mm Gis forelesning 2

34 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Formål: Beskrive virkeligheten, ved å samle inn data om den.  Gjør forenklinger, ofte konsentrert om bestemte tema. Går fra virkelighet til modell uansett hvor detaljert vi prøvetar.  All informasjon som ligger i et CAD/GIS er modeller eller utdrag av virkeligheten Modellene kan være gode eller dårlige representasjoner av virkeligheten Gis forelesning 2

35 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Stegene fra virkelighet til analog eller digital representasjon av den Virkeligheten Syn på vikeligheten (konseptuell modell) Abstraksjon av virkeligheten (analog modell) Gis forelesning 2

36 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Gestalt fenomener Gis forelesning 2

37 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Stegene fra virkelighet til analog eller digital representasjon av den Virkeligheten Syn på vikeligheten (konseptuell modell) Abstraksjon av virkeligheten (analog modell) Formalisering av den analoge modellen (romlig data modell) Representasjon av den romlige data modellen i datamaskinen (database modell) Representasjon av database modellen i en fil struktur i maskinens minne (fysisk data modell) Metoder for data håndtering (data manipulasjon modellen) Metoder for presentasjon av de romlige dataene (grafisk modell) Gis forelesning 2

38 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Modell i et CAD/ GIS Virkelighet Virkelighet Gis forelesning 2

39 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
To hovedmåter å representere form og posisjon for geodata på (konseptuell modell) Separate enheter (Eks. Hus, veier, gruveganger) Separate, klart atskilte objekter - definere og gjenkjenne - beskrive attributter - definere grensene og posisjonen Kontinuerlige felt (Eks. Temperatur, terrenghøyder, forurensing, mineralisering, bilde) Parametere som varierer innen et område - Ofte antas å variere jevnt og kontinuerlig Forståelse av romlige prosesser, kvalitetsvariasjoner  kontinuerlig felt Offentlig administrasjon & planlegging  Enheter Gis forelesning 2

40 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Separate enheter (objekter) Benytter en av de tre grunnleggende geometriske datatypene - Punkter - Linjer - Arealer (polygoner) Vektor data modell Ofte anbefalt når formen er konstant, mens attributtene varierer - for eksempel eiere av hus. (Vanligst i vanlige GIS systemer) Skala avhengig - en by (punkt til areal) en vei (en til to linjer) Gis forelesning 2

41 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Representasjon av form og posisjon for geodata Kontinuerlige felt Variasjonene gjerne for komplekse til å bli representert av en matematisk funksjon - Må gjerne dele (diskretisere) feltet opp i mindre enheter (tesselasjoner), der hver enhet tilordnes parameterverdier. Tesselasjon av trekanter Teselasjon av kvadrater Tesselasjon av heksagoner Ofte anbefalt når formen varierer, mens attributtene varierer - for eksempel utstrekningen av et vann. (Vanligst i vanlige GIS systemer) Gis forelesning 2

42 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Representasjon av form og posisjon for geodata Kontinuerlige felt TIN (Triangular irregular network) Oppdeling i irregulære tringulære polygon (arealer)  Raster data modell Oppdeling i kvadratiske celler (pixler) eller kubiske celler (voxler) Gis forelesning 2

43 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Geologisk eksempel Gis forelesning 2

44 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Geologisk eksempel Gis forelesning 2

45 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Datatyper for representasjon av attributter for geodata Boolske (boolean) verdier - Sann eller usann, 0 eller 1 Nominelle (nominal) verdier - Klassifisering i atskilte kategorier av samme rang rød, grønn eller brun ; marmor, dioritt eller gneis Ordinale (ordinal) verdier - Klassifisering i atskilte kategorier etter rang (ordenstall, rangering) Mohs hardhetsskala Skalare (Scalar) verdier (heltall (integer) eller reelle (Real)) - Intervall skala (konstant intervall, men tilfeldig valgt nullpunkt) - Forholdstalls skala (konstant intervall, og absolutt nullpunkt) Topologiske - Heltall, beskriver relasjonene mellom de forskjellige objektene Gis forelesning 2

46 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Ulike datatyper tillater ulike former for analyse / regneoperasjoner Boolske (boolean) verdier - Logiske operasjoner (som <, >, =, AND, OR) Nominelle (nominal) verdier - Logiske operasjoner, klassifikasjon og identifikasjon Ordinale (ordinal) verdier Logiske operasjoner, klassifikasjon og rangering Skalare (Scalar) verdier Alle logiske og numeriske operasjoner Gis forelesning 2

47 Innsamling i et GIS – forenkling av virkeligheten
Grunnleggende prosedyrer for manipulasjon av geodata i et GIS - Data må være knyttet til en enhet representert av punkter, linjer, polygoner eller pixler (voxler) - Disse enhetene betraktes gjerne som internt homogene - Disse enhetene er definert ved, og kan skilles fra hverandre ved sin - geografiske posisjon - attributter (egenskaper) - sammenheng med de andre enhetene (topologi) Boolsk algebra kan benyttes for å utføre logiske operasjoner på enhetene, ut i fra deres posisjon, attributter og topologi. Nye enheter kan lages ved snitt og union av eksisterende enheter Nye attributter kan lages ved logiske og/eller matematiske operasjoner fra eksisterende attributter, geografisk posisjon eller topologi. Enheter med bestemte felles sett av attributter er ofte gruppert sammen i egne lag (layers, data planes, overlays) Gis forelesning 2

48 Lagring av geodata i et GIS
Kapasitet Før var datakapasitet et tema. Velge ut de viktigste dataene - Nå er fysisk minne på datamaskiner billig Viktigere med strukturering, fordi det blir for mye data. Tilgjengelighet/bevaring - Dataene er lettere tilgjengelig og har mulighet til å bli bedre bevart når de lagres digitalt. Standardisering - Nødvendig med standardisering av digitale data, siden alle dataene fra for eksempel flere innsamlingsperioder skal sammen i det samme systemet. Gis forelesning 2

49 Lagring av geodata i et GIS - standardisering
Nødvendig med standardisering av digitale data, siden alle dataene fra for eksempel flere innsamlingsperioder, gjerne samlet av ulike personer skal sammen i det samme systemet. SOSI (Samordnet opplegg for stedfestet informasjon) Nasjonal standard for lagring og utveksling av digitale geodata Inneholder datadefinisjoner av geografisk informasjon, herunder standardiserte beskrivelser av geometri og topologi, datakvalitet, koordinatsystemer, metadata i form av informasjon om eier, opplesning på data, områdeavgrensning osv. Første gang utgitt i 1987, revideres og utvikles kontinuerlig Skal nå konvergeres mot internasjonale standarder på området - Europeisk standard: CEN/TC 287 - Internasjonal standard: ISO/TC 211  SOSI bli en nasjonal standard (NS) Gis forelesning 2

50 Lagring av geodata i et GIS - standardisering
SOSI Arbeidsgruppe Tittel Arbeidsoppgaver - stikkordsmessig Gruppe 1 Teknikker og modeller Referansemodell, terminologi, databeskrivelsesteknikker, overføringsformat, geometri og topologi, spørrespråk ,oppdatering, kvalitet, kataloginformasjon, referansesystemer Gruppe 3 Høyde Fastmerker, høydeinformasjon Gruppe 4 Kyst og vann Kyst og sjø, innsjøer og vassdrag, oljeforvaltning og fiskeriforvaltning Gruppe 5 Kommunalinformasjon Eiendomsdata, administrativ inndeling, adresser ,bygginformasjon, annen situasjonsbeskrivelse (herunder bygningstyper) Gruppe 6 Naturressursdata Markslag, vegetasjon, geologi, reindrift, etc. Gruppe 7a Samferdsel Adressepunkt, vegnett, vegsituasjon, jernbane, lufthavner og lufttrafikk, ledningsnett (energi, tele, vann og avløp, kabelnett) Gruppe 7b Ledningsdata Ledningsnett (energi, tele, vann og avløp, kabelnett) Gruppe 8 Navn Stedsnavn Gruppe 9 Plan Plandata Gis forelesning 2

51 Lagring av geodata i et GIS - standardisering
PTEMA VernNatPkt LTEMA ? LTEMA Isbrekant 2213 FTEMA Stein LTEMA SteinOmriss 2900 8000 TTEMA NavneEnhet SkriveMåte SSRForekomst 3000 MarkslagGrenseVann VannflateGenerell 3001 HavFlate KystKontur 3002 LandAreal 3003 Tørrfall TørrfallsGrense 3009 KystSperre 3010 SperrelinjeHavInnsjø Gis forelesning 2

52 Lagring av geodata i et GIS - standardisering
Metadata Digital lagring av geodata muliggjør registrering av metadata Gis forelesning 2

53 Lagring av geodata i et GIS - Metadata
Hva er metadata ? - Data om dataene (informasjon om dataene) Feks Tittel Dato Opphav - Digitalisert? Innmålt? Frihånd? Nøyaktighet Koordinatsystem UTM? Lokalt? Regionalt? Globalt? Geodetisk datum - ED50, WGS84, EUREF89 Vinkelmålinger i gon eller grader? Gis forelesning 2

54 Lagring av geodata i et GIS - programvare
Klassiske GIS programmer, som ArcGis (tradisjonelt 2D) - Gode til å ta vare på geografisk informasjon, attributter og topologi, siden knyttet opp mot en database. Ofte ikke så bra på å modifisere eller lage nye geografiske objekter. CAD programmer , som Microstation (2D og 3D) - Gode til å ta vare på / lagre geografisk informasjon - Ikke god til å ta vare på attributtverider og metadata, hvis programmet ikke er knyttet opp til en database. - Bra til å modifisere den geografiske informasjonen (endre objekter) Bransje programmer, som Gems og Surpac (3D) - 3D planleggings og beslutningsstøtte systemer for mineralindustrien - Knyttet opp mot database - Best av disse på å lage lukkede volumer Gis forelesning 2

55 Lagring av geodata i et GIS - ArcGIS
- Dataramme (Layer) - Geo objekt datasett (Feature dataset) (Mappe for prosjektdata) - Geo objekt klasser (Feature classes) Bruker vektor og raster data (Analyse bare på raster data) Data som tegnefiler eller som en geodatabase (all info i databasen) Tilknyttet databaser (Må koble posisjonsdata med attributter) Lett å gjøre spørringer og analyser God på metadata Gis forelesning 2

56 Lagring av geodata i et GIS - ArcGis
Gis forelesning 2

57 Lagring av geodata i et GIS - ArcGis
Gis forelesning 2

58 Lagring av geodata i et GIS - ArcGis
Gis forelesning 2

59 Lagring av geodata i et GIS - Microstation
Tegnefilen (dgn) er ordnet i lag (levels) Kan defineres med en bestemt farge, tykkelse og linjetype - Lagene er gjennomsiktig og kan skrus av og på - Mulighet til å legge ulike objekter på de ulike lagene - Kan da skru av og på type objekter alt etter behov - Ingen standard kobling til database, men kan tilknyttes for eksempel Access. Gis forelesning 2

60 Lagring av geodata i et GIS - Microstation
Gis forelesning 2

61 Lagring av geodata i et GIS - Gems
En database Ordnet i geometriske element typer punkt, linjer, polygoner, borehull og TIN - Mulighet til å se flere objekter sammen - Kan da skru av og på type objekter alt etter behov - Alle data lagret i en database Gis forelesning 2

62 Lagring av geodata i et GIS - Gems
Gis forelesning 2

63 Lagring av geodata i et GIS - databaseløsninger
Flat struktur (Opprinnelig database struktur) All informasjon i en lang tekstfil (tab delimited file) Lname, FName, Age, Salary|Smith, John, 35, $280|Doe, Jane, 28, $325|Brown, Scott, 41, $265|Howard, Shemp, 48, $359|Taylor, Tom, 22, $250 Relasjonsdatabaser (Standard database løsning, for eksempel Microsoft Access) - Utviklet av E.F. Codd (IBM) i 1970 Informasjonen lagres i tabeller, relatert til hverandre med nøkkelfelt Slik knyttes posisjonsdata opp mot attributtdata. - Benytter programmeringsspråk SQL (structured query language), for eksempel for å utføre spørringer i databasen Objekt-orienterte databaser (Nisjemarked) Objekt-orientert programmering utviklet i 1960-årene av Dahl & Nygaard (Simula) Data definert som en serie unike objekter som organiseres i grupper (objekt klasser) etter en gitt naturlig struktur O-O databaser: Lettere å håndtere, bedre på komplekse data og er raskere. Gis forelesning 2

64 Lagring av geodata i et GIS - databaseløsninger
 Hybrider mellom relasjonsdatabaser og objekt-orienterte databaser Gis forelesning 2

65 Data knyttet til borehull
Posisjon: - Topp hull Avviksmålinger Attributter - Geologi - Analyser Mineralisering Gis forelesning 2

66 Mineralforekomster – Modellering av form
Avviksmålinger Gis forelesning 2

67 Innhold i faget Definisjon av GIS til bruk i mineralutvinning
Geomatikk – Kartfremstilling - GIS Basiskart Kart i Norge Referanserammer Tematiske kart og modeller Innsamling av geodata Typer geodata i mineralutvinning Datafangst og dataoverføring Lagring av geodata Metadata, modeller av virkeligheten, Prosedyrer for behandling av geodata Evaluering (analyse) av geodata Datakvalitet / verifisering Innledende data analyse / Romlig analyse Presentasjon av geodata Visuelle variable Oppsummering Gis forelesning 2