Введение к работе
Актуальность том». Одной из основных тенденций современного поискового процесса является переход it поискам сложных и слабо-контрастных по сюим физичоским сиойстпам ; объоктои с високим уровнем помох. Это вызывает необходимость расшироігая комплекса поисковых методов, шгочпт рост обкома, разнообразия и сложности полових материалов. По количеству получаемых данных ведущее мосто во многих случаях занимают гоофизичоскио съемки. Широкоо и оф{юк-тивноо использование геофизических материалов может бить достигнуто прэждо всого за счот развития тооротачоской бази, технологического, методического и программного обеспечения разведочной геофизики. Актуальность исследований и укозаіпшх направлениях определяется следующими объективными факторами:
1- концепции изолированной аномалии и упрощенной функциональной связи аномалия-возмущающая масса поростала отвечать требованиям практики. Но поріши план вышла концепция полостного геофизического поля, структура которого рассматривается как основной источнгас информации о закономерностях раомощвния геологических объектов;
подавляющая часть геофизических признаков, представляицих структуру поля и обеспечивающих офіюктивігость опознаїгая искомых гоологичосісих объектов, непосредственно не) измеряется;
низкоо отношение сигнал-ломоха затрудняет, а во многих случаях но позволяет использовать классические метода илтерпрота-ции, основашше на уравнениях математической физики;' .
- количество получаемых маторивлоп тробуот создаїшя споциа-лизиропашшх средств сбора, регистрации,- накопления и обработки данных на базо ЭВМ.
Указанные обстоятельства стимулировали развитие принципиально иных по сравнению с классическими подходов к интерпретации. Широкоо расіпюстранонио получил вероятностно-статистический иод-ход, доказавший свою высокую эффективность в практике геофизических исследований при вндшгении и восстановлении слабых аномалий,' решении прямых и обратных задач.
Мощными, но к настоящему времени Далеко не использованными возможностями обладает подход, основанный ив методах распознавания образов и обработки изображений геофизических полой.
Несмотря но глубокую теоретическую базу методов распознана нил, специфика маториалов разведочной геофизики требует решени. серьезных проблем, связанных с адекватным описанием пространственной структури поля, формализации понятия объекта, выявления оптимального набора признаков и решающих правил в условия) ограниченной априорной информации, методов оценки аффективностї прогнозних построений.
Разработка атого направлсмшя позволяет надеяться на получение вааащх в теоретическом, методическом и практическом отношении результатов, обуславливающих повышение степени извлечения информации из данных комплекса геофизических съемок. Исследования і рамках указанного подхода неразрывно связаны с решением крупної научной проблемы, заклвчащойся в разработке ефективних математических, методических, программных и технологических средств для прогноза и поисков скрытых и глубоко залегавших месторождений.
Цель работы - рвзработать математическое обеспечение дам интерпретации комплексных геофизических маториалов на основе методов распознавания образов и обработки изображений и создаті компьютерную технологию ведения прогнозно-поисковых исследование па базе.персональных ЭВМ.
Основные задачи исследований.
1. Анализ методов интерпретации комплексных геофизически данных нв разных стадиях поискового процесса; обоснование методики применения аппарата распознавания образов и обработки цифровы) изображений геофизических полей при прогнозировании сложных геологических объектов.
-
Классификация мэтодов и подходов к описанию пространственной структуры геофизических полей; разработка математического и алгоритмического обеспечения формирования признаковой пространства.
-
Иселедовонив возможностей и эффективности различных методов описания структуры поля; обоснование целесообразности при:
' моншшя различных признаков в сложных геолого-геофизических условиях.
4. Разработка ж совершенствование методов принятия решешв
на основе статистического и дотермшшетского подходов к распозна
ванию.
5. Исследование и разработка методов выбора информативных признаков при ограниченной априорной информации; выявление оптимальных ігабороп гоофизкчоских признаков с помощью имитационного моделировании.
-
Разработка методов и алгоритмов оценки точности прогнозних построения. ;
-
Создание компьютерной технологии и автоматизированной системы обработки и инторнротации комплексных геофизических данных; разработка аффективных мотодик решения прогнозно-поисковых задач; внодренио автоматизированной системы и математического обеспечения в учобішх, научішх и производствошшх организациях.
' і
Научная новизна работы.
1.' Обосновано и разработана оффоктииная мотодика принятия прогнозних решения на оспою методов распознавания образов* обработки цифрових изображений геофизических полой. Ее идол заключается, в том, что компьютеризированный прогноз сложных геологических объектов слодуот рассматривать как совокупность рошолий конкретных задач с однозначно заданными параметрами, а саму процедуру прогноза предлагается осуществлять методами вычислительного акспоримонто с обратной связью.
2. Проводона классификация методов описания пространственной структуры цифровых геофизических и геохимических полей, разработаны новые орнгиналышо алгоритмы вычисления количественных и ка-чествошшх 'признаков, отражающих основшо компоненты структуры полой - состав, геометрию, морфологию и пространственные связи; исследована их эффективность для различных сложных моделей изоб-ражоїгий.
-
Разработан математический аппарат и предложены новые не-параметричоскио алгоритмы видолония, распознавания и рашмрования объектов как ш отдельным методам , так и по комплексу; экспериментально доказана их большая способность к обучению на ограниченной выборке по сравнониго с известными.
-
Ризработапн и исследованы новые меры и правила оценки точности прогнозных построении, основанные, в частности, на опрэ-делоігии стоноги приуроченности прогнозов к объектом контрольной выборки.
5. В результате имитационного моделирования:
установленій болоо високая информационная ценность преобразованных гоолого-гоофизических признаков по отношению к первичным, даны рекомендации по их использованию;
исследована вычислительная сложность методов и критериев выбора информативных наборов геолого-геофизических признаков, дани количоствешшо оцошеи трудоемкости расчетов;
исследованы условия существования оптимальных наборов признаков.
в. Разработана автоматизироваїшая система обработки и интерпретации геофизических данных РАГОД, и на ее базе создана эффективная компьютерная технология, ориентированная на поль-зователя-интерпретитора. G помощью системы РАПИД рэшены конкретные задачи гооквртирования, поисков и прогноза месторождений полезных ископаемых.
Достоверность и оОосновашюсть научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются достаточно большим объемом экспериментальных исследования; проверкой на математических и физико-геологических моделях, имитирующих основішо черты сложного строения реальных геологических объектов; положительным опытом внедрения ряда научных положений работы при решении производственных задач.
Практическая ценность и реализация работы.
Автоматизированная система РАПИД, ревлизирующая разработанную компьютерную технологию на персональных ЭВМ, является мощным средством оперирования разнородной геолого-геофизической информацией и предоставляет пользователю практически неограниченные возможности моделирования и решения широкого круга задан обработки, интерпретации и визуализации результатов. Использование системы позволяет увеличить степень извлечения информации из данных комплекса геофизических съемок; повысить точность, надежность и полноту прогнозных решений; обеспечить оперативность и снизить затраты на обработку полевых материалов..
Ряд алгоритмов ранжирования зарегистрирован в государственном отраслевом фонде алгоритмов и программ. Алгоритмы описания структуры поля применяются в институте ВНИИГеосиствм, г.Москва для рошешы прикладных задач. . Разработанное ' математическое
!
обоспочолио и рнзішо года использовалось при прогнозировании сульфидно-ннколевого и родкомотзлыюго орудогюния на Украинском кристаллическом щито и в соворном Казахстане; при поисках золота в западном Узбекистане, центральном и кислом Казахстане: при обработке гволого-гоофизичосісих материалов провинции Юйинан (Китай). Первая версия системи РА1ТВД породят) и МГ СССР в рампах внполне-ішя научно-исследовательских работ по государственной программе ШІ'І'К "Гоос". Система используется в тресто "Соиморнофтогеофизика" (г. Мурманск J, Заполярной ГРЭ ІГГО "Якутскгоология" ґг.Усть-Куяго,), государственном геофизическом предприятии "Дпоп-рогоофизшса" fr. Днепропетровск,), внедренческом предприятии "Фирма ДЖЕЙС" (г. Дпопроіштропск; для рошоїшя широкого круга задач.
Результати исследований применяются автором и ого коллегами при обучоїши студештов в курсах "Теоретические основи комплексной интерпретации геофизических маториалов", "Матоматичоскио метода в геологии", при чтении споцкурсоп для слушателей факультету ноїш-шоїшя квалификации Дпопроиотровского горного института.
Апробация работы. Основний тооротичоскио и методические результати выполненных исследоиаїшй докладывались ни: б-ом Всесоюзном совещании "Использование математических методов и ЭВМ при поисках и разведки месторождений" (Москва, 1977), Всесоюзной школо породового опыта "Новейшие достижении в области техники и методики гравиразводочішх работ, обработки и храпения грапимотрических маториалов (Днепропетровск, 1VY8), школо передового опыта МГ СССР и сессии Дальневосточной и Сибирской секций Междуводомствошюго СоБо.та по проблеме "Научные основы геохимических методов поисков месторождений n'ojioonux ископпошх" (Хабаровск, 1978), Всосоюной школе-сомшшро "Теория и практика геологичоской инториротации грявитациошшх и магнитных аномалій" (Алма-Ата, 1984), Всесоюзних кошіиронциях "Применение математических методов и ЭВМ при поисках и разводке полезных ископаемых" (Новосибирск, 1977, 1979, 198-И, Всесоюзной научно-методической конференции "Научпо-мвтодаческио основы применения злоктропной вычислительной техники, автоматизированных снегам управления и проектирования и антомптизировншшх ооучающих спетом в учооном процессе)" (Рига, 1937), Бессоюзной научно- технической конф/оропции "Гоофизичосгого методы изучения систем разломов земной' корн и принципи их использования для прогнозирования рудішх месторождений" (Диепро-
потровск, 1988), 4-ом Всесоюзном соивщашш "Теория и практике геохимических поисков в современных условиях" (Ужгород, 1983), региональной конференции "Экспортные системы в программа ГЕОС" (Новосибирск,' 1988), школо-сеюшарв "Статистические метода распознавания образов и компьютерной кластеризации" (Киев, 1989), 4-ой Всесоюзной конференции "Математические методы распознавания образов" (Рига, 1989), Всесоюзном семинаре им.Д.Г.Успенского "Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Алма-Ата, 1990; Днепропетровск, 1991), научно-технической ко}іфороншш "Проблемы создания универсальных баз данных в геологии" (Киев, 1990), Международном семинаре по статистическому прогнозированию минеральных ресурсов (г.Ухань, Китай, 1990), 24-Ш Всесоюзной школе по автоматизации научных исследований (Апатити, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции с международным участием стран членов СЭВ "Применение статистических методов в производстве и управлении" (Пермь, 1991).
Публикации. По теме исследований опубликовано 54 работы, в том числе 2 монографии в соавторство, 4 брошюры ВИЭМС, статьи и тезисы докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем работы 260 страниц» в т.ч. 42 рисунка, 10 таблиц, 7 приложений. Библиографический список включает 205 наименований.