авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Теория и практика создания геоинформационной системы в инженерной геологии

-- [ Страница 2 ] --

ГЛАВА_1._СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ЭТАПЫ ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

Инженерная геология развивалась параллельно с фундаментальными геологическими направлениями. Значительный интерес в этой связи представляет последовательность применения математических методов в геологии. В современной терминологии применение математических методов следует трактовать, как развитие одного из направлений в современной системе обработки информации. В настоящее время под формулировкой «математика в геологии» подразумевается собственно математические методы и комплекс наук, используемый в теоретической и прикладной геологии (системный анализ, информатика, кибернетика, распознавание образов, экспертные системы и т.д.).

За период с 1923 по 1953 год был накоплен значительный объем сведений, наблюдений по различным вопросам и направлениям геологических исследований в виде различных форм документации (полевые книжки, дневники, геологические карты различных масштабов и содержаний, геологические разрезы, и т.д.).

Методы математической статистики при обработке инженерно-геологической информации начали применяться в СССР в начале 50х годов ХХ века и несколько поздней в США и некоторых странах Европы. Первые работы в этом направлении принадлежат Б.П.Попову. Позднее вероятностно-статистические методы легли в основу метода установления гарантированных значений расчетных показателей (Н.Н.Маслов, З.В.Пильгунова, 1955г). В это же время опубликован ряд работ Н.В.Коломенского и И.С.Комарова, в которых вопросы применения вероятностно-статистических методов в инженерной геологии нашли систематическое изложение.

В 1959 г в докладе Н.В.Коломенского и И.С.Комарова на XXIII Геологическом конгрессе в Мехико была изложена общая схема использования вероятностно-статистических методов при изучении естественных оснований крупных инженерных сооружений. Схема предусматривала использование модели случайной величины и расчленение толщ пород на инженерно-геологические элементы. Под инженерно-геологическим элементом понимались условно однородные части массива горных пород, к которым такая модель может быть применена. Доклад был продолжением ранее опубликованной ими работы.

В последующие годы вероятностно-статистические методы были применены Л.А.Ароновым, Е.М.Пашкиным, М.К.Погребинским, М.В.Рацем, С.Н.Чернышовым в отношении изучения трещиноватости горных пород.

В 1968 году Г.К.Бондарик для изучения пространственных закономерностей изменения свойств горных пород применил методику использования случайных фукций.

На рубеже 60х годов ХХ столетия в теоретическом отношении обосновано и в практическом аспекте подтверждено, что вероятностно-статистические методы позволяют наиболее полно и успешно обрабатывать информацию количественного характера и менее эффективны при обработке качественной информации. В то же время значительная часть информации, получаемая при региональных исследованиях, имеет качественный характер. По оценке И.С.Комарова, в этих случаях следует применять методы теории информации.

Применение методов теории вероятности и математической статистики, теории информации в методике выполнения инженерно-геологических изысканий при обработке инженерно-геологических материалов положительно отразилось на развитии инженерной геологии. Это позволило создавать точные количественные описания исследуемых (геологических) объектов, процессов и явлений. Однако, не следует первопричиной внедрения математизации и методов обработки информации в инженерную геологию прямо пропорционально ассоциировать с созданием единой формально-логической системы. Данное мнение подтверждается Г.Греневским (Польша, 1964 г), которое приведено в работе И.С.Комарова (1972 г): «..только строительство дома начинается с фундамента, а при строительстве науки её основание появляется обычно довольно поздно… Но за отсутствием детально разработанной теории, даже не очень точно сконструированный аппарат понятий может эффективно работать в применениях».

С 1960 по 1979 годы характеризуются периодом использования вычислительных машин. Этот период характеризуется, как второй этап (табл.1) развития применения математики в геологии. К этому времени стало очевидным необходимость использования электронно-вычислительных машин при изучении геологической среды. Применение вычислительных машин потребовало изменения методов сбора, обработки, хранения и интерпретации данных. Появляются методики применения многовариантных анализов исходных данных.

Таблица 1.

Основные этапы развития инженерной геологии и этапы применения математики в прикладной геологии

Название этапов Очередность этапов Этапы развития инженерной геологии (по Е.М.Сергееву) Этапы применения математики в прикладной геологии (по В.В.Марченко, Е.Н.Черемисиной)
Первый этап 1923 – 1945гг 1899 – 1960гг
Второй этап 1946 – 1978гг 1960 – 1979гг
Третий этап с 1979г 1980 – 1990гг
Четвертый этап с 1990-х годов

При работе в этот период следует отметить научную деятельность сибирской школы математической геологии, возглавляемой Ю.А.Ворониным.

Применение математических методов при исследовании геологической среды в 60х годах рассматривали М.М.Бонгарт и Ш.А.Губерман (1963 г.), Ж.Матерон (1965 г.), Ю.А.Воронин и Н.А.Гольдина (1965 г.), А.Б.Вистелиус (1966 г.) и др.

Если рассматривать этапы развития инженерной геологией и сопоставить их с этапами применения математики в прикладной геологии (табл.1), то середина второго этапа становления (региональной) инженерной геологии приходится на начало второго этапа применения математики в прикладной геологии. Таким образом, во время внедрения «массовой математизации и информатизации» в геологии, инженерная геология прошла этап становления региональных исследований.

В первой половине 60-х годов XX века формулируется понятие и теоретический подход к созданию информационно-поисковых систем в геологии.

В 1966 году Н.М.Хайме разработала макеты перфокарт для фиксации наблюдений при инженерно-геологической съемке разных масштабов в различных ландшафтно-геологических условиях. В 1967 году Е.С.Мельников создал макет перфокарт для криолитозоны. В том же году Г.К.Бондарик предложил макеты перфокарт для накопления информации о свойствах горных пород. Применение информационно-поисковых систем в МГРИ, ВСЕГИНГЕО, 2-ом Гидрогеологическом управлении и других организациях, показало единообразие фиксации результатов исследований. В дальнейшем это позволяет провести систематизацию и определить критерии формализации.

В конце 60-х годов начинают активно внедряться электронно-вычислительные машины. Разработка программного обеспечения идет не только в фундаментальных направлениях, но и начинают появляться первые результаты прикладного использования автоматизированных информационных ресурсов. В 1969 году Гидропроект опубликовывает «Сборник программ по статистической обработке опытных данных». В публикации приводятся листинги программ для широкого применения. Внедрение подобных технологий на тот период времени существенно облегчал обработку массивов информации при проведении инженерно-геологических изысканий. Полученная обобщенная информация используется для содержательного анализа.

Но уже на этом этапе развития складывается четкое представление, что не следует переоценивать возможности использования формально-математических методов и вычислительной техники в инженерной геологии. Необходимо при анализе учитывать различные особенности инженерно-геологических исследований, различные варианты и многообразие геологических условий, которые встречаются при решении, на первый взгляд, однотипных задач. Поэтому, как отмечал И.С.Комаров, «в геологии трудно создать математические или иные модели большой степени общности, а в подходе к решению геологических задач всегда сохраняется известный элемент творческого риска. Без воображения и изобретательности, без способности создавать гипотезы и ставить эксперименты для их проверки, трудно ожидать успеха при решении любой, сколько-нибудь сложной инженерно-геологической задачи».

Использование ЭВМ и математических методов было направлено для работы по следующим направлениям: 1) разработка методов автоматизированной обработки информации; 2) формирование информационных массивов для использования в программируемых вычислительных системах; 3) разработка методов кодирования информации; 4) разработки методологии применения программируемых систем в инженерной геологии.

К началу 70-х годов общие вопросы применения методов математической статистики и теории информации при выполнении инженерно-геологических изысканий и решении некоторых задач инженерной геологии, с точки зрения научного обоснования были сформулированы. В 1972 году И.С.Комаров публикует работу «Накопление и обработка информации при инженерно-геологических изысканиях». Изложенные в ней научные позиции по настоящее время являются актуальными для инженерной геологии.

В 1976 году И.С.Комаров, Н.М.Хайме и А.П.Бабенышев в работе «Многомерный статистический анализ в инженерной геологии» рассматривают методы многомерной статистики, которые находят применение при решении различных задач инженерной геологии. Основное внимание уделено двум вопросам: 1) многомерному корреляционно-регрессивному анализу и 2) расчленению толщ пород в условиях, когда традиционные геологические методы недостаточно эффективны. Работа выполнена на основании практических примеров инженерно-геологических изысканий.

Проблемы общей методологии применения математических методов и программирования в прикладной геологии нашли отражение в работах Ю.А.Воронина, А.Б.Вистелиуса, А.А.Дородницына, А.Н.Дмитриева, Ю.А.Журавлева, Ф.П.Кренделева,, Д.А.Родионова, Р.М.Константинова, А.Б.Каждана и др. исследователей.

В начале 70-х годов актуально существует проблема оптимального проектирования банка геологических данных (базы данных). В этом отношении следует отметить работы П.Беккерта (1972_г.), М.Андертона (1972_г.), А.Фаббри (1973_г.), А.Н.Олейникова (1972_г.).

В.В.Ломтадзе (1973г) привел принципы построения автоматизированных систем обработки геолого-геофизических данных.

Важное значение в области внедрения и использования методов обработки информации и математической статистики при изучении и прогнозировании инженерногеологических процессов выполнены в 1978-1984 годах ЦИГГЭ (в дальнейшем Геоцентр «Москва») при изучении процесса переформирования берегов водохранилищ Волжского каскада.

В этот же период времени начались исследования с применением математических методов и автоматизированных средств обработки информации, касающиеся оползневых процессов Молдавии (ВСЕГИНГЕО), режимных наблюдений за подземными водами СССР в общей системе АСУ «Геология» (ВСЕГИНГЕО А.И.Шико, В.С.Круподеров).

В 1981-1983гг Министерство геологии СССР ведет исследования проблем литомониторинга, как составной части информационного обеспечения АСУ «Геология».

В этой связи происходит апробация математических подходов при решении геологических задач. Впервые начали разрабатываться подходы к анализу, комплексной интерпретации и хранению геологической информации. Создаются методики автоматизированного ввода исходных данных. При этом, исследователи на практических примерах получили результаты, свидетельствующие о том, что геологическая информация, привычная для понимания при обычной работе, по структуре своей имеет неформализованный характер. Недостаток сведений или данных в режиме автоматизированной обработки является существенным аспектом, не позволяющим применить математические методы и средства обработки геологической информации. В этих условиях основополагающие значения приобретают специалисты-геологи со знаниями математики и вычислительной техники. Уже на этот период времени было очевидным, что значительно проще специалисту-геологу овладеть методикой автоматизированного создания прикладного программного обеспечения, чем сугубо математику объяснить, что же представляет собой геология. Это положения действительны и по сегодняшний день, в связи с тем что геология – это искусство. И не каждый способен «написать картину» геологической среды по формальным признакам.

С 1980-х годов начинают внедряться персональные компьютеры, которые уже к 1985 году полноценно конкурируют с имеющимися «монстрами» отечественной электроники.

В этот период в прикладной геологии появляется АИПС «Регион» (Б.А.Чумаченко и др., Казахстан, 1980_г.) система «ПОИСК» (А.Н.Бугаец, 1983_г.), АСОД-ПРОГНОЗ (В.И.Мишин и др., 1984_г.) и прочие системы автоматизированной обработки и интерпретации.

Среди исследователей, занимающихся проблемами автоматизации и математизации результатов лабораторных исследований в инженерной геологии, следует отметить работу В.В.Дмитриева «Оптимизация лабораторных инженерно-геологических исследований» (1988_г.).

В середине 80–х годов отмечается активное финансирование развития прикладных направлений обработки информации в инженерных изысканиях

В 1989 году институт инженерных изысканий №56 Министерства обороны СССР успешно внедряет прикладной комплекс «Лаборатория», «Статистика» (С.В.Рябов), «Статическое зондирование» (Б.В.Степанов), «Каротаж» (Б.В.Степанов), интерпретация геофизических методов исследования (В.В.Капустин, С.В.Зайцев, И.П.Моргун и др.). В 1990 году в той же организации успешно проходит апробацию и внедряется в промышленное производство автоматизированный комплекс по расчету устойчивости оползневых склонов «SLOPE» (С.В.Козловский). Создан и внедрен в промышленную эксплуатацию комплекс программного обеспечения обработки данных проведения опытно-фильтрационных работ (С.В.Козловский, 1990-1991_гг).

Примерно, начиная с середины 1990-х годов, развитие систем комплексного анализа и прогноза образует новый этап. Появление компьютерных станций, автоматический ввод фактографической информации, методические наработки предыдущих лет способствовали развитию технологии автоматизации и адаптации математических методов. Этот подход получил название «геоинформационные технологии». Развитие прикладных методов, организованных в систему, имеющую возможности анализа графической информации, получила название «географической информационной системы» (ГИС).

При этом понятие «географический» относится к процедуре привязки материалов по географическому признаку для полученной (или получаемой) информации.

Проведя анализ таблицы 1, можно отметить, что проблема рационального использования и охраны геологической среды, как третий этап развития инженерной геологии, рационально вписывается в указанный период. До данного момента, инженерная геология сформировалась как наука. Инженерно-геологические изыскания получили полноценный статус отрасли. И все это планомерно перешло в методологию применения геоинформационных технологий.

Различные вопросы использования методологии математизации при обработке информации были рассмотрены многими авторами. Следует отметить работы В.В.Марченко - Е.Н.Черемисина (1992_г.), А.В.Веселовского - К.Г.Стафеева - Т.К.Янбухтина (1993_г.), В.И.Мишина (1994_г.), Е.Н.Коломенского, В.Н.Экзарьяна и др. исследователей.

Комплексный количественный анализ информации в инженерной геологии в конце 80х начале 90х годов приобретает качественно новый уровень. В этот период следует отметить работы Г.К.Бондарика, И.С.Комарова, Е.Н.Коломенского, В.В.Пендина, и др. исследователей. По существу, геоинформационные технологии вобрали в себя весь обширный методологический опыт, накопленный ранее. Теоретические вопросы применения математических методов, методология организация информации, системные принципы и прочие направления, рассматриваемые ранее совместно с геоинформационными технологиями, позволяют вывести развитие инженерной геологии на принципиально новый уровень.

Под инженерно-геологической информацией понимают комплекс сведений о структуре, свойствах и движении литосферы, получаемых в процессе инженерно-геологических работ, с целью оценки её состояния и прогноза взаимодействия с другими средами (атмосферой, поверхностной гидросферой, биосферой), в том числе с искусственной средой.

В основе информационных процессов лежат общие закономерности структуры и свойств информации. В настоящее время принято выделять три информационные проблемы: техническую, семантическую и проблему эффективности.

Конструктивные методы использования информационного ресурса обусловлены понятием, связанным с необходимостью количественного решения инженерно-геологических задач, которые не всегда сопровождаются адекватностью восприятия полученных сведений.

Некоторая специфика направленного использования информации заключается в том, что инженерно-геологическая информация, полученная различными методами исследования (прямыми и косвенными), внедряется в практику путем принятия на её основе проектировщиками, совместно со строителями, инженерных решений. При этом место изыскателей на этом этапе может полностью или частично отсутствовать. В силу этого, как отмечают Р.С.Зиангиров и Г.К.Бондарик (1986_г.) существует разрыв между инженерно-геологической информацией и полнотой принятия решений.

Геологическое строение представляет собой природную систему. Под системой следует понимать совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях по критериям исследования и образующие определенную целостность. Сведения о количественных и качественных показателях отдельных элементов и совокупности в целом является информационным ресурсом. Достоверное определение показателей информационного ресурса и их дальнейшие преобразования, для применения в различных направлениях проектирования, является первостепенной задачей.

Свойство геологической среды и параметры инженерно-геологических процессов могут меняться от плавного перехода до скачкообразного. Выделение отдельных элементов ПТС не всегда возможно сделать однозначно. Чаще всего такое деление производится условно. ПТС не имеют реальных границ. Соответственно, информационный ресурс также подвержен аналогичным свойствам.

Как правило, геологическая совокупность и соответственно равно ей информационный ресурс может быть разделен по интересующему признаку на несколько самостоятельных совокупностей.

Принцип выделения совокупности (информационного ресурса) зависит от поставленной задачи. Результаты изучения свойств информационного ресурса возможно использовать только в установленных границах, т.е. информационный ресурс имеет некие граничные условия в зависимости от поставленной задачи.

ГЛАВА_2._ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.