ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 6
1.1 Задача оптимизации границ карьеров в системе недропользования .... 6
1.2 Основные методы нахождения предельных границ карьеров рудных
месторождений 8
1.3 Постановка задачи 14
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ МЕТОДА
ПОИСКА ПРЕДЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ КАРЬЕРОВ 15
2.1 Математическая постановка задачи 15
2.2 Приведение блочной модели к виду графа 17
2.3. Описание разработанного метода 22
2.4 Параллельный алгоритм поиска предельных границ карьеров 27
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ПОИСКА
ПРЕДЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ КАРЬЕРОВ 30
3.1 Выбор инструментальных средств разработки 30
3.1. Реализация последовательной версии метода 33
3.3 Реализация параллельной версии метода 43
ГЛАВА 4. ПРОВЕДЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 50
4.1. Технические характеристики аппаратного обеспечения 50
4.2 Проведение вычислительных экспериментов 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ
При проектировании добычи полезных ископаемых открытым способом одной из важнейших задач является определение оптимальных границ карьеров рудных месторождений. Решение этой задачи позволяет определить максимальную возможную экономическую выгоду от добычи полезных ископаемых без учёта затрат времени, производственных ограничений, материальных затрат на обслуживание техники и оплату труда и т.д. На основе решения этой задачи в дальнейшем рассчитывается целесообразность и экономическая выгода добычи ископаемых с учётом перечисленных факторов, определяется местоположение фабрик переработки, транспортных путей, отвалов и других узлов предприятия.
Наиболее часто используемые в настоящее время методы решения этой задачи обладают рядом недостатков: алгоритмы, обладающие приемлемым временем обработки моделей (модификации плавающего конуса) не всегда дают максимальную оптимальную оболочку карьера, что может привести к неверной оценке экономической выгоды и затрат на добычу; с другой стороны, методы, обеспечивающие качественный результат (алгоритм Лерча-Гроссмана) имеют очень большую вычислительную сложность, что делает их неэффективными при расчёте больших моделей месторождений. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что существует необходимость в разработке новых методов решения данной задачи, которые давали бы оптимальный результат, при этом обеспечивая приемлемое время обработки моделей больших месторождений.
Целью данной работы является разработка и реализация алгоритма поиска предельных границ карьеров рудных месторождений на основе существующих методов, удовлетворяющего поставленным условиям
В рамках работы будет проведено теоретическое обоснование а также исследование вычислительной сложности предлагаемого метода.
Для достижения поставленной цели в ходе выполнения работы необходимо решить ряд задач:
- Изучить теоретические основы задачи поиска предельных границ карьеров рудных месторождений;
- Провести анализ и сравнение существующих методов решения данной задачи;
- Разработать новый алгоритм, используя комбинацию
существующих методов поиска;
- Реализовать разработанный алгоритм для проведения вычислительных экспериментов;
- Провести вычислительные эксперименты;
- Сравнить результаты работы приложения с результатами реализаций существующих методов;
- Предложить возможные варианты улучшения
предложенного метода.
Данная работа разделена на четыре главы. В первой главе «Анализ предметной области» приводится постановка задачи поиска предельных границ карьеров рудных месторождений как части задачи оптимизации границ карьеров в системе добычи ископаемых открытым способом, рассматриваются наиболее часто используемые в настоящее время методы решения данной задачи с определением их основных достоинств и недостатков.
Во второй главе «Разработка теоретических основ метода поиска предельных границ карьеров» производится математическая постановка задачи оптимизации границ карьеров, приводится описание схем работы разработанного метода, а также вычисляется ассимптотическая оценка вычислительной сложности алгоритма.
В третьей главе «Программная реализация метода поиска предельных границ карьеров» описываются основные этапы разработки приложения, реализующего разработанный метод, а также обосновывается выбор инструментальных средств разработки.
В четвёртой главе «Проведение вычислительных экспериментов» приводятся результаты исследований эффективности приведённого метода, описание наборов тестовых данных и аппаратных средств, на которых проводились вычислительные эксперименты. Кроме того, проводится сравнение времени и эффективности работы с реализациями методов плавающего конуса и Лерча-Гроссмана.
В работе рассматривается задача поиска предельных границ карьеров рудных месторождений, проводится анализ существующих путей решения, разработка нового метода решения данной задачи, а также приведена методика распараллеливания разработанного метода для вычислительных структур с общей памятью.
Представленный метод позволяет свести поставленную задачу к поиску некого множества вершин на графе. Методы, основанные на теории графов хорошо показывают себя при решении многих задач, в том числе и поиска предельных границ, поскольку обеспечивают высокую точность результата независимо от вида исходных данных. Алгоритм показывает более приемлемый результат по времени, чем популярный алгоритм Лерча- Гроссмана, при этом не уступая ему в качестве решения. Разработанная параллельная реализация позволяет ещё сильнее сократить затраты времени на обработку модели, что позволяет, при неизменности времени вычислений, увеличить масштаб модели месторождения, что ведёт к повышению точности результатов.
Исходя из вышеперечисленного, цель работы можно считать достигнутой.
В качестве дальнейших возможных путей развития проекта можно предложить следующее:
- Оптимизацию алгоритма путём добавления параллельного послойного построения конусов;
- Разработка метода поиска решения задачи оптимального порядка извлечения блоков;
Результаты вычислительных экспериментов показали высокую эффективность разработанного метода, в сравнении с существующими методами поиска предельных границ карьеров.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
