книги / Математические методы моделирования в геологии

точно простых программных комплексов для мини- и микроЭВМ, широкому использованию цифровых и графических периферийных технических средств и стремлению максимально упростить процесс общения специалиста-геолога с ЭВМ.

7.3. Автоматизированные системы обработки геологических данных

Опыт применения ЭВМ при решении отдельных геологических задач, накопленный в 60-е годы, позволил выявить возникающие при этом трудности и наметить основные пути их преодоления.

Одним из главных препятствий для широкого внедрения ЭВМ в геологическую практику явилась трудоемкость предварительной подготовки данных к вводу в ЭВМ. Затраты времени на кодирова­ ние и перевод информации на машинные носители составляли обычно 80-90 % от всего процесса решения задачи. В то же время информация, подготовленная для решения конкретной задачи по одному алгоритму, оказывалась непригодной при использовании другого алгоритма, а тем более для решения другой задачи. В связи с этим начали интенсивно разрабатываться автоматизированные системы хранения, накопления и поиска информации (АИС), позво­ ляющие при однократном введении геолого-геофизических данных

впамять ЭВМ использовать их для решения широкого круга задач.

В1970 г. в США в информационных системах на базе ЭВМ уже хранились данные по 600 тыс нефтяных и газовых скважин.

ВКанаде были созданы крупные базы данных по рудным ме- сторождениям-ОПСЕП, МИНДЕП и др., содержащие разносторон­ нюю информацию, которая используется для решения вопросов ре­ гиональной металлогении, поисков, разведки и промышленной оценки месторождений.

ВСССР первые разработки по созданию автоматизированных систем хранения и обработки геологических данных были начаты

в70-х гг. на базе ЭВМ второго поколения. Однако широкий харак­ тер они приобрели лишь в последние 10 лет, чему способствовала унификация ЭВМ, выпускаемых странами-членами СЭВ и создание системного программного обеспечения ЕС ЭВМ. Совокупности системных программ (операционные системы) выполняют функ­

ции, связанные с преобразованием исходных программ в машинные коды, исправлением в них ошибок, загрузкой преобразованных про­ грамм и исходных данных в память ЭВМ, вызовом стандартных программ из библиотек, управлением внешними устройствамидисплеями, принтерами, графопостроителем, накопителями на маг­ нитных дисках, а также обеспечивают диалог пользователя с ЭВМ.

К концу 80-х годов в СССР различными научными и производ­ ственными организациями были созданы автоматизированные ин­ формационные системы (АИС), на основе которых формируются базы геологических данных различного назначения. Союзгеофондом создана система КАДАСТР, предназначенная для хранения и а- нализа информации о состоянии минерально-сырьевой базы СССР.

При обработке результатов геохимических съемок широко используется автоматизированная информационно-поисковая сис­ тема ГЕОНАВТ, осуществляющая операции ввода данных в ЭВМ, накопление и хранение первичных данных в долговременной памя­ ти ЭВМ, поиск и формирование целевых массивов данных для ре­ шения конкретных задач. В ряде производственных геологических организаций действуют АИС, предназначенные для создания терри­ ториальных баз геологических данных: АИПС - Геология (ПГО Севказгеология), БГД-ЗСНП (ЗапСибНИГНИ) и др.

На основе объединения региональных баз данных создаются мощные общенациональные и международные информационные системы. Примером такой системы является информационно­ аналитическая система ИНТЕРГЕОРЕСУРС, предназначенная для прогнозирования и управления перспективным развитием мине­ рально-сырьевой базы стран-членов СЭВ. Для решения теоретиче­ ских, методологических и организационных проблем, возникающих при создании таких систем, созданы международная комиссия по геологической документации (КОГЕОДОК) и международная орга­ низация ГЕОИНФОРМ.

К настоящему времени в России и за рубежом создан ряд про­ блемно ориентированных автоматизированных систем обработки геологических данных (АСОД), позволяющих решать широкий круг прикладных задач. Накоплен опыт эксплуатации человекомашин­ ной системы геологического прогнозирования «Регион», а также АСОД-ГППИ, предназначенной для анализа геохимической ин-

формации при поисках полезных ископаемых. При обработке аэро­ космических снимков с целью геологического картирования ус­ пешно применяется АСОД АКС. Различные специализированные АСОД широко применяются при обработке геофизических данных.

Казахстанской опытно-методической экспедицией ГПО Казгеология разработана АСОД МСПВ, осуществляющая операции по подсчету запасов твердых полезных ископаемых, и АСП ГЕО, предназначенная для моделирования процесса геолого-экономиче­ ской оценки месторождений.

Наиболее совершенные АСОД в последние годы приобретают черты «экспертных», то есть «советующих» систем. Их составной частью являются банки знаний и банки моделей, в которых накап­ ливаются и обобщаются знания специалистов по различным на­ правлениям наук о Земле. К системам такого типа можно отнести человекомашинную систему геологического прогнозирования ПРОСПЕКТОР (США), рассчитанную на решение задач по выделе­ нию перспективных площадей, оценке прогнозных ресурсов полез­ ных ископаемых и выбору мест заложения поисковых скважин, а также одну из последних версий системы РЕГИОН - «РЕГИОНСКАНДИНГ».

Несмотря на различное целевое назначение, структуры и общие принципы функционирования всех АСОД во многом сходны. Рас­ смотрим их на примере человекомашинной системы геологического прогнозирования РЕГИОН.

Система РЕГИОН состоит из следующих основных частей:

-блока кодирования и ввода геологической информации всех видов, в том числе и картографической;

-регионального банка геологических данных и моделей, вклю­ чающего как исходную, так и трансформированную информацию;

-блока разработки вариантов решений, содержащего пакеты программ статистической обработки исходной и трансформирован­ ной информации, алгоритмов распознавания образцов, безэталонной классификации (таксономии) и имитационного моделирования;

-блока обеспечения диалога пользователей с системой.

Блок кодирования обеспечивает формирование территориаль­ ных баз как числовых, так и картографических данных, полученных в процессе геологической, геохимической, геофизической и аэро­ космической съемок исследуемой территории.

Исходные данные геохимических и геофизических съемок обычно представлены в виде цифр, и затруднений при их вводе в ЭВМ не возникает. В то же время при геологическом картирова­ нии и проведении космо- и аэрофотометрических исследований ин­ формация представляется в графическом виде, и для ввода в ЭВМ ее необходимо преобразовать в дискретный вид. Для этого выделя­ ют картографические факторы-конкретные геологические образо­ вания, изображенные в легенде карты в виде самостоятельных еди­ ниц. Преобразование картографической информации в дискретный вид заключается в разбиении карты на элементарные ячейки по оп­ ределенной геометрической сети и присвоении знака 1 ячейкам, в которых данный фактор присутствует, и знака 0 ячейкам, где его нет. При этом геологическая карта заменяется набором бинарных матриц, количество которых соответствует числу картографических факторов. Перевод графической информации на машинные носите­ ли можно осуществлять как вручную, так и в полуавтоматическом режиме с помощью специальных кодирующих устройств-диги­ тайзеров. В первом случае фактор кодируется построчно, а во втором контуры геологических факторов обводятся электронным курсором. Дигитайзеры в комплекте с процессором, дисплеем, графопостроите­ лем и соответствующим программным обеспечением образуют инте­ рактивную графическую систему, позволяющую контролировать

иредактировать вводимую информацию, а также выполнять ее пре­ образования: масштабирование, сдвиги, повороты и т. п.

Банк данных и моделей представляет собой систему наполне­ ния, хранения и первичной обработки геолого-геофизической ин­ формации в ЭВМ. Он обеспечивает использование этой информа­ ции при решении различных задач, дает возможность обновлять

иуточнять информацию и осуществлять поиск любых хранимых в нем сведений.

Изображение картографических факторов в виде бинарных матриц не учитывает расположения отдельных точек фактора отно­ сительно его контура, то есть контакта с другими факторами. Так,

например, ячейке в зоне эндоконтакта интрузивного массива и ячейке в его центральной части в бинарной матрице этого фактора будет присвоен одинаковый знак-1. Поэтому при анализе картогра­ фической информации массив исходных данных (бинарные матри­

должной координации на первом этапе работ по их созданию. По­ этому в 1987 г. были начаты работы по созданию единой Государ­ ственной автоматизированной системы сбора и обработки данных геологических, геофизических и геохимических исследований на четырех уровнях наблюдений: космос-воздух-земля—скважина. Для реализации программы работ создан межотраслевой научнотехнический комплекс «ГЕОС», в состав которого были включены коллективы из различных организаций Министерства геологии

СССР и других ведомств, связанных с изучением и использованием минерально-сырьевых ресурсов.

Взадачи Геосистемы входит:

-интегральная обработка геоинформации;

-математическое моделирование геологических процессов;

-оптимизация ведения геологоразведочных работ на различ­ ных стадиях;

- контроль за рациональной разработкой месторождений по­ лезных ископаемых.

Геосистема позволит резко повысить эффективность геологораз­ ведочных работ и научных исследований во всех областях геологии.

Контрольные вопросы

1.Для чего в геологии используются ЭВМ?

2.Какие расчетные операции целесообразно автоматизировать

спомощью ЭВМ?

3.Какие типы геологических задач решаются с помощью ЭВМ?

4.Почему ЭВМ широко применяются при прогнозировании полезных ископаемых?

5.Как ЭВМ используются при подсчете запасов полезных ис­ копаемых?

6.В чем преимущество подсчета запасов с помощью ЭВМ?

7.Какие функции выполняют АИС в геологии?

8.Каковы принципы функционирования проблемноориентированных АСОД в геологии?

9.Для чего используется человеко-машинная система РЕГИОН?

10.Какова структура системы РЕГИОН?

11.Как вводится в ЭВМ цифровая и картографическая инфор­

мация?

2.Бондаренко В. Н. Статистические решения некоторых задач геологии / В. Н. Бондаренко - М.: Недра, 1970.

3.Боровко Н. Н. Статистический анализ пространственных геологических закономерностей / Н. Н. Боровко. - Л.: Недра, 1971.

4. Вистелиус А. Б. Основы математической геологии /

А.Б. Вистелиус-Л.: Наука, 1980.

5.Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд / М. Давид; пер. с англ. О. А. Лутковской. - Л.: Недра, 1980.

6. Дэвис Дж. Статистика и анализ геологических дан­ ных / Дж. Дэвис; пер. с англ. В. А. Голубевой. - М.: Мир, 1977.

7. Каждан А. Б. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. Научные основы поисков и разведки / А. Б. Каждан. - М.: Недра, 1984.

8. Каждан А. Б. Математическое моделирование в геологии и разведке полезных ископаемых / А. Б. Каждан, О. И. Гуськов,

А.А. Шиманский. - М.: Недра, 1979.

9.Кендалл М. Многомерный статистический анализ и времен­ ные ряды / М. Дж. Кендалл, А. Стьюарт. - М.: Наука, 1976.

10.Коган Р. И. Интервальные оценки в геологических исследо­ ваниях / Р. И. Коган - М.: Недра, 1986.

11.Коган Р. И. Статистические ранговые критерии в геоло­ гии / Р. И. Коган, Ю. П. Белов, Д. А. Родионов. - М.: Недра, 1983.

12.КрамбейнУ. Статистические модели в геологии/У. Крамбейн , Ф. Грейбилл. - М.: Мир, 1969.

13.Мардиа К. Статистический анализ угловых наблюде­

ний / К. Мардиа; пер. с англ. Э. В. Хамаладзе. - М.: Наука, 1978.

14. Марченко В. В. Человекомашинные методы геологического

ки / Ж. Матерой; пер. с франц. Ю. В. Рощина - М.: Мир, 1968.

16. Миллер Р. Л. Статистический анализ в геологических нау­ ках / Р. Л. Миллер, Дж. С. Кан ; пер. с англ. Д. А. Родионова. - М.: Мир, 1965.

17.Никитин А. А. Теоретические основы обработки геофизи­ ческой информации / А. А. Никитин. - М.: Недра, 1986.

18.Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам ста­ тистики/ Дж. Поллард; пер. с англ. В. С. Занадворова. - М.: Финан­ сы и статистика, 1982.

19. Родионов Д. А. Статистические решения в геологии/

Д.А. Родионов. - М.: Недра, 1981.

20.Роненсон Б. М. Методы расчленения метаморфических комплексов / Б. М. Роненсон, В. М. Ройзенман, Н. А. Ортенберг. - Л.: Недра, 1976.

21.Смирнов Б. Н. Корреляционные методы при парагенетическом анализе / Б. Н. Смирнов. - М.: Недра, 1981.

22. Справочник по математическим методам в геологии /

Д.А. Родионов [и др.]. - М.: Недра, 1987.

23.Теоретические основы инженерной геологии. Механико­ математические основы / под ред. акад. Е. М. Сергеева. - М.: Недра, 1986.

24.Тьюки Дж. Анализ результатов наблюдений. Разведочный анализ / Дж. Тыоки; пер. с англ. А. Ф. Кушнира- М.: Мир, 1981.

25.Харбух Дж. Моделирование на ЭВМ в геологии / Дж. Харбух, Г. Бонэм-Картер; пер. с англ. Д. А. Родионова.- М.: Мир, 1974.

26.Харченко А. Г. Принципы и методы прогнозирования ми­ неральных ресурсов / А. Г. Харченко. - М.: Недра, 1987.

27.Чумаченко Б. А. Системный анализ при геологической

оценке перспектив рудоносности территорий / Б. А. Чумаченко,

Е.П. Власов, В. В. Марченко. - М.: Недра, 1980.

28.Электронные вычислительные машины. Кн. 1. Введение в ЭВМ. Кн. 2. Основы информатики / под ред. А. Я. Савельева - М.: Высшая школа, 1987.

Учебное издание

Мерсон Елена Леонидовна

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

МОДЕЛИРОВАНИЯ В ГЕОЛОГИИ

Курс лекций

Редактор и корректор Б. Ю. Щепина

Подписано в печать 6.11.2008. Формат 60x90/16. Уел. п. л. 13,125.

Тираж 120 экз. Заказ № 259/2008.

Издательство Пермского государственного технического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342) 219-80-33.