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 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Теория и практика создания геоинформационной системы в инженерной геологии

-- [ Страница 4 ] --

Под информационным обеспечением ГИС понимается, как собственно информация, поступающая на вход и выход системы, так и совокупность методов обработки, контроля, хранения и выдачи информации. Таким образом, ИО можно подразделить на две части: (1) ИО первого порядка (входная - выходная) и (2) ИО второго порядка (внутренняя или релевантная).

Программное обеспечение и комплекс технических средств взаимосвязанный аспект функциональной деятельности «системы» и представляет алгоритмическую направленность (ПО) исследования, реализованную с помощью аппаратного оснащения (КТС).

На основании международного стандарта по географической информации и геоматике (ISO OSI/TC 211 GeographicsInformation/ Geomatics, International Draft Standart) в систему организации данных определены понятия геоданных и географической информации для ГИС.

Геоданные представляют пространственно-временные характеристики, отражающие свойства объектов, процессов и явлений. По-существу это совокупность сведений о предмете (предметах) исследования, его формах или модели, с тесной взаимосвязанностью пространственных отношений тех или иных компонентов или определений. Посредством геоданных описывается положение объекта или модели геосреды в пространстве. Соответственно, по структуре взаимосвязей различных составляющих ГИС, компоненты геоданных включают три основные составных класса: тематические, пространственные и временные.

Процесс организации данных заключается в сведении разнородных характеристик, показателей и проч. в единую логически непротиворечивую последовательность, которая в конечном итоге будет применена в определенных аспектах анализа.

Собранная информация может иметь различные размерности, характеристики, получаемые разными методами исследований и т.д. При этом отличительной особенностью является организация взаимосвязанных совокупностей. Наличие четкой иерархической связи является прототипом «модели среды по выбранным критериям».

Организация данных заключается в сведении разнородных данных (информации) в единую логическую последовательность. Результатом организации данных является создание информационной модели, позволяющей обеспечить хранение, эффективную обработку с учетом различных критериев и условий.

Рациональная организация данных представляет возможность дальнейшей эффективной обработки в сопряженных геоинформационных системах. Технологии, в которых могут быть использованы организованные геоданные, значительно шире, чем геоинформационные. Анализ, планирование, проектирование, прогнозирование, мониторинг – вот небольшой перечень использования набора данных в совершенно различных направлениях исследований. В связи с этим, организация данных придает качественно новые свойства первичной информации. Именно организация данных, а не создание определенного вида конечной продукции представляет неограниченные возможности повторного и многоцелевого использования информации.

Для упрощения процесса обработки, хранения и обмена, разнородные данные приводят к единому структурному виду и структуре, называемой унификацией. В ходе унификации данных следует строить единую структуру информационной модели.

Классификация данных соотносит различные модели и их характеристики к разным классам, подклассам и типам, что дает возможность систематизировать исходные материалы и использовать свойства классов при анализе конкретной информации о геологической среде.

После унификации и классификации следует идентификация. Эта процедура означает присвоение наборам данных специальных кодов – идентификаторов. В организационной части эта процедура обеспечивает взаимное однозначное соответствие между данными и идентификаторами, исключает повторение одинаковых идентификаторов, т.е. обеспечивает непротиворечивость моделей и их свойств.

Для применения возможности «пакетной обработки» следует разбивать грунты по общим признакам (элементам). Элементы могут отвечать установленным требованиям (стратиграфическим, инженерно-геологическим и проч.) Это позволяет проводить обработку групп моделей или множества данных. В комплексе ГИС это положение позволяет формировать представление данных в виде тематических слоев.

Пространственные отношения между отдельными свойствами, показателями, характеристиками, а равно моделями различного уровня расчленения относятся к локализации данных. Именно локализацию данных следует оценить как процесс установления пространственных отношений между исследуемыми характеристиками, путем соотношения разных видов информации к одному из наиболее устойчивых видов. Локализацию при построении ГИС следует трактовать как упорядочение и привязку к системе координат. Локализация объединяет различные атрибутивные данные на основании координатной привязки. Это создает дополнительное свойство эквивалентности между исходными данными и информационной моделью посредством интеграции.

Упорядочение и привязка осуществляется классификацией данных и позицированием.

Привязка данных является основной функцией ГИС и устанавливает пространственные отношения между процессами, объектами, характеристиками, свойствами и т.д., с дальнейшим объединением в единую систему данных и возможностями проведения новых видов анализа.

Данные для обработки и удобства использования организовываются в модели и комплексы связных моделей. Комплексы моделей могут иметь разные цели создания и разные условия объединения.

Интеграция данных является следующей ключевой позицией оптимального использования данных. Обработка по единой технологической системе в единой информационной среде расчетной модели объединяется на основе правила или метода. Совокупность изучаемых и исследуемых параметров данных и моделей данных при этом образуют единую систему, отражающую реальные объекты, процессы и явления, происходящие в геологической среде. При этом информационные совокупности отображают реальные объекты, процессы. Явления, происходящие в геологической среде, имея при этом объективные связи между собой. В рамках проектирования и конструирования ГИС в инженерной геологии, объектные связи, соответственно, являются частью системы. Отдельные модели и данные представляют собой элементы системы. Интеграция приводит к организации многомерной модели данных и позволяет установить связи между моделями и данными, создавая при этом дополнительные свойства эквивалентности данных.

Структуризацию системы данных следует выполнять на основе стратификации показателей геологической среды (тела) в совокупности с координатными значениями (данными). Процесс стратификации может быть продолжен сколь угодно долго. Всё зависит от количества данных и признаков, по которым выполняются преобразования. Последние определяются задачами, которые требуют решения. Информационные модели данных в ГИС, применительно к инженерной геологии, следует организовывать с учетом семиотического подхода, т.е. учитывать в явном виде семантическую, синтаксическую и прагматическую части.

Процесс управления в ГИС является составляющей информационных ресурсов. Под процессом управления следует понимать информационную деятельность по формированию вектора целей управления, использованию информационного ресурса, принятию решения, доведение управляющих взаимодействий до контроля за деятельностью объектов управления. Режим управления, способ управления, многоступенчатость процессов управления базируются на основополагающих положениях теории управления.

Управление ГИС требует надлежащего информационного обеспечения, содержание которого представляет инженерно-геологическая информация.

Исследованиями в области качества информации в инженерной геологии посвящено значительное количество научных работ. В этом направлении работали А.П.Бабенышев, Г.К.Бондарик, Л.И. Вейсман, М.И.Горальчук, В.В.Дмитриев, Е.Н.Коломенский, Н.В.Коломенский, И.С.Комаров, В.Д.Ломтадзе, Е.М.Пашкин, В.В.Пендин, М.В.Рац, Н.М.Хайме, В.Н.Экзарьян и др.

Основное требование к информации заключается в том, что её объём должен быть оптимальным, т.е. минимально необходимым и достаточным для решения того или иного этапа хозяйственной деятельности, а сама информация должна удовлетворять определенным требованиям к её качеству.

Замкнутость информации (в пространстве и во времени), полнота информации по списку свойств, точность и доверительная вероятность, а также количество информации должны учитываться как критерии качества информации при проектировании ГИС в инженерной геологии.

ГЛАВА_3._МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

Геологическая среда трехмерна. Создание модели геологической среды на современном уровне заключается в определении взаимного расположения геологического тела (геологических тел) в объеме. При этом следует учитывать, что набор признаков геологического тела №1, отличается от набора признаков геологического тела №2 и т.д.

Применение ГИС в инженерной геологии и, в частности, при построении трехмерных моделей геологической среды, позволяет изменить структуру информационных потоков.

В системе потоков инженерно-геологической информации следует выделять четыре иерархических уровня: 1) по назначению исследования объекта; 2) по видам и комплексам выполняемых работ; 3) по промежуточной (полевой и камеральной) документации; 4) итоговой отчетной документации.

В основе применения многомерных критериев для сравнения исследуемых показателей лежит гипотеза о многомерном нормальном распределении признаков в границе объекта.

Задача сравнения двух комплексов свойств может быть сформулирована как гипотеза принадлежности их к единой генеральной совокупности. Отклонение от этой гипотезы позволяет утверждать, что объекты существенно (с некоторой заданной вероятностью) отличаются друг от друга.

Подобная задача, применительно к трехмерной модели геологической среды, решалась посредством использования многомерных статистических критериев. Этот подход универсален и является наиболее эффективным. Однако рядом исследователей не исключается применение методов распознавания образов, дискриминантный и факторный анализы (И.С.Комаров, Н.М.Хайме, А.П.Бабенышев).

Использование многомерных критериев основывается на представлении о многомерном признаковом пространстве.

Объект (модель) с некоторыми фиксированными значениями исследуемых свойств, следует изображать в координатной системе. Если первоначально координатная система является «плоской», т.е. имеются только координаты {X и Y}, объект (модель) следует считать «плоской». Совокупность точек исследуемого свойства следует рассматривать как пространственный признак в двумерной системе координат. При добавлении к позицированию признака третей координаты (высоты, глубины и проч.) исследуемое свойство приобретает характеристики объемной модели или, как принято называть «3D-модель».

При определенных технических условиях возможно добавление четвертого, пятого и последующих признаков. Матрица критериев принимает условия с любым количеством свойств, т.е. условия считаются 3-х, 4-х …. N-компонентными. При этом каждая точка имеет координаты, однозначно фиксирующие её положение относительно пространства. Такой подход дает возможность определить расстояние между точками в признаковом пространстве, что удовлетворяет основным условиям построения объемной модели геологической среды по заданным критериям (рис.2).

Рис.2 Модель (3D) с фиксированными значениями исследуемых свойств

Прикладное применение данного подхода решается в комплексе мероприятий, связанных с построением 3D-модели. В частности: 1) при сравнении геолого-литологических комплексов; 2) построение геолого-литологических разрезов; 3) построение карт различного назначения; 4) картировании геологических тел; 5) построение моделей по интересующим свойствам; 6) выделение инженерно-геологических элементов; 7) изучении инженерно-геологических процессов и т.д.

Во всех случаях приоритет показателей исследуемых свойств, участвующий в сопоставлениях и уровень значимости определяется постановкой задачи.

Не следует причислять к трехмерным моделям (как иногда это происходит) свойство компоненты по её трем физическим признакам (например, плотности, влажности, пористости). Данный пример является характеристикой из трех показателей. Характеристика из трех показателей может быть преобразована в 3D-модель при условии назначения статуса положения в пространстве.

В основе моделирования геологической среды следует выделять два процесса: 1) статичность (свойств материальных предметов); 2) динамичность (т.е. процессы).

В результате выполнения инженерно-геологических изысканий возникает значительный объем показателей различных свойств, неравноценных между собой, но отражающих важные признаки в различных аспектах исследования.

По принципу построения все одномерные критерии можно разделить на две группы:

  1. непараметрические, с использованием для составления всех элементов выборки;
  2. параметрические, с использованием для составления обобщенных параметров.

Непараметрические критерии основаны на гипотезе о равной вероятности получения статистических результатов в случае, когда выборки близки. Применение данной группы позволяет с большей вероятностью установить любое различие между функциями распределения при значительных количествах частных значений значений.

Применение подобного подхода при создании 3D-модели целесообразно использовать в случаях, при которых нет возможности усреднить отдельные значения показателей и установить различия на основе кривых распределения.

Критерии второго типа основаны на параметрах распределения, отвечают содержанию решаемых задач. В начале сопоставление происходит по величине дисперсии, затем по величине средних.

Для проверки нулевой гипотезы могут использоваться любые статистические критерии (например, Фишера (F-критерий), Стьюдента).

Не исключено, что по одномерным критериям следует выполнить расчет по нескольким показателям свойств. Для принятия решения необходимо совмещение результатов. Для этого рекомендуется применять формальный подход, учитывающий относительное значение признаков для решения задачи. Всем признакам приписываются «весовые» коэффициенты из предположений практического характера.

Подобный подход перспективен, но содержит волевые элементы. Вследствие последнего вероятностная оценка обобщенного критерия невозможна. Использование нескольких гипотез для проверки решения повышает достоверность построения модели.

Процедура объединения критериев возникает при использовании нескольких различных методов для решения одной и той же задачи.

Два объекта (модели), описанные полными матрицами, при условии, что исходные данные не имеют пробелов, могут быть сопоставлены с помощью многомерных критериев.

Возможности использования рассматриваемых методов в геологии показаны в работах (помимо указанных ранее) Р.Миллера, Дж.Кана, Д.А.Родионова, В.Н.Бондаренко и др. исследователей.

Критерии Джеймса-Сю, Уилкса-Рао, Т.Андерсона, Пирсона, Родионова, оценка статистики Кулбака являются прямыми алгоритмами применения при построении объемных (3D) моделей геологической среды.

Задача разбиения многомерного пространства точек на объекты, преобразуемые в дальнейшем в модель, в случаях, когда не известны границы объектов и их число, это и есть конечная задача функциональной направленности ГИС в инженерной геологии. Попытки использовать для этих целей перебор с оценкой сгруппированных точек по тем или другим критериям, не привело к положительным результатам из-за вычислительных сложностей. При этом получаемые результаты достаточно редко поддавались содержательному истолкованию.

Опытными путями было получено, что на внешне логичные алгоритмы преобразований влияли случайное рассеяние наблюдений, методы и используемые критерии. Неверное установленное положение в одной из последовательностей расчетов приводит к совершенно различным интерпретациям.

Наиболее удачной была применена процедура по методике Д.А.Родионова.

Рассматривались все (n-1) возможные способы разделения упорядоченной выборки на две части с нахождением n значений максимального. При этом, если граница этого критерия незначима, то вся выборка признавалась однородной, если граница являлась значимой, то каждая выделенная часть рассматривалась снова, как целая выборка и в ней устанавливалось максимальное значение критерия. Преобразования велись до тех пор, пока все выделенные по максимальным критериям части выборки не оказались однородными. Но возможно, что деление было произведено излишне дробно и некоторые границы при окончательном разделении оказались ложными. Этот негативный аспект заключается в том, что происходит установление не истинного положения границы, а ее статистической характеристики, о чём предупреждал в своих работах И.С.Комаров. При этом возникают три группы ошибок:

  1. граница в действительности не существует, но ошибочно выделена по статистическим данным;
  2. граница существует, но не установлена по статистическим данным;
  3. граница существует и устанавливается по статистическим данным, но с некоторой неточностью. Характер неточности определяется различными факторами.

Заключительный этап работы состоял в устранении ложных ограничений.

Основные положения теории многомерного признакового пространства, применение одномерных и многомерных критериев оценки геологической среды, попарное пространственное сопоставление данных геологического разреза являются основополагающими при построении объемной модели.

Прогрессивным направлением в подготовке к выполнению изысканий оказывает карта фактического материала, построенная в трехмерном (3D) изображении, как одно из направлений, помогающее в наглядном виде показать реальную степень изученности геологической среды (рис.3).

Рис.3. Фрагмент 3D карты фактического материала

Учет и оценка различных неблагоприятных факторов, влияющих на удорожание проектирования, строительства и эксплуатации зданий (сооружений) посредством построения 3D-модели, является новым направлением в инженерно-геологических изысканиях.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 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.