Введение к работе
Актуальность темы. Реформы управления имеют следствиями отказ от планомерного стадийного изучения недр и повышение роли конъюнктуры в выборе направления изысканий. На фоне сокращения номенклатуры и объемов геологических работ исключение составляет новый вид -геоинформатика. В новых условиях поставленные промышленностью задачи геологические предприятия в состоянии решить единственным способом -выполнением геологических прогнозов на основе научно-теоретических методов с применением компьютерных технологий.
К 80-м годам сложились необходимые предпосылки к построению научно-теоретических методов исследования геоданных, результаты которых можно использовать к прогнозу в широком понимании - в решении любых задач на всех этапах исследований. Теоретическую основу геологии в естественно-структурном подходе составляют иерархическая системно-структурная модель недр . и методология анализа неоднородностей. К достаточным условиям относятся большие объемы данных, накопленных геологическими фондами, и широкое внедрение доступных компьютеров.
В диссертации предлагается структурный метод исследования геоданных как развитие положений, достигнутых в отечественной теоретической геологии. Предлагаемый соискателем структурный метод включает в себя теоретическую часть - построение метода, а также методику его практического применения для решения геологических задач.
Целью работы является создание нового научного метода геолого-математического моделирования недр на основе теоретических системно-структурных представлений с использованием комплекса метрических данных применительно к задачам геологических исследований.
Методы исследований. Для достижения цели автором выполнены разработки, которые занимают смежные (по общности рассмотрения
проблемы) области знаний:
в методологии исследований - логическая теория классификации;
в математической теории - построение аппарата исследования естественной структуры многомерных данных; специфика реальных данных учтена в метролого-статистическом подходе, который позволяет оценить природную изменчивость параметров в наблюдаемой изменчивости данных;
- в методике - синтез теоретических следствий, обобщения опыта
практического применения метода и его отношения с картографическим
методом и с другими методами геолого-математического моделирования.
Научная новизна
1. Методология исследований, получившая развитие с логическим
обоснованием, которое построено в итоге критического пересмотра ряда
положений классической формальной логики и дополнения ее общими
приемами практического исследования. Логическое рассмотрение
методологии позволило сформулировать ее конструктивное определение и
обозначить перспективное развитие метода.
2. Математическая теория структурного анализа метрических данных,
которая включает в себя методы и приемы статистического оценивания,
многомерного анализа, дисперсионного анализа и теории графов. Аппарат
структурного анализа содержит как известные результаты математической
теории, так и полученные автором, новые для прикладных исследований,
многомерного анализа, применения в исследовании геоданных.
Математический аппарат в целом как интеллектуальная операция высокого
уровня представляет собой новый общий результат.
3. Результатам построений дана структурная оценка, полученная с
применением дисперсионного анализа. Структурную характеристику можно
рассматривать как: 1) полезную информацию, извлеченную из данных
наблюдений; 2) критерий соответствия структурной модели исходным данным; 3) информативность переменных - их роль в построении структуры.
4. Методика структурного анализа геоданных, реачшующая систему последовательных и взаимно увязанных положений соответственно этапам геолого-математического моделирования. Интерпретация логической структуры ведется с использованием типовых схем; карты классов - с применением картографических методов, что позволяет совместить формальные методы построений с профессиональными представлениями специалиста.
Основные защищаемые положения
-
Научно-теоретический метод структурного анализа позволяет специалисту построить естественную структуру данных и дает возможность реализовать свои профессиональные представления в системно-структурном подходе к объекту изучения. Разработка включает в себя три составляющих: 1) методология исследований; 2) математический аппарат многомерного анализа метрических данных; 3) методику структурного анализа геоданных.
-
Совокупность приемов метролого-статистического исследования реальных данных дает возможность повысить устойчивость математических оценок, целенаправленно вести подготовку данных и собственно структурный анализ, выделить природную изменчивость признаков в наблюдаемой изменчивости данных, совершенствовать методику геолого-математического моделирования.
-
Методология интерпретации логических и картографических результатов моделирования, основанная на разграничении компетенций логического и картографического методов, позволяет совместить формальные методы построений и авторские представления специалиста.
Научная и практическая значимость результатов
-
Метод структурного анализа реализован на компьютере в виде пакета программ. В течение шести лет метод успешно применяется в решении задач интеллектуальной обработки разнообразных геоданных, прогноза полезных ископаемых, экологического изучения среды.
-
Логический метод - конструктивное определение классификации -является общим для структурных методов исследования. С этим открывается возможность создания новых интеллектуальных научных методов исследования и их реализации через математические методы анализа в единой общей схеме исследования структуры.
-
Математический аппарат структурного анализа в целом представляет собой интеллектуальную операцию, которая позволяет эффективно вести анализ практических данных. Части и элементы этого аппарата пригодны к автономному использованию, либо могут найти применение в других методах анализа данных. Например, структурный R-анализ позволяет использовать наравне с наблюдаемыми переменными их трансформанты, что открывает возможность изучения структуры одного наблюдаемого параметра многомерными методами. Математический аппарат обладает высоким потенциалом к развитию, например: 1) для анализа неметрической информации достаточно заменить модули вывода матриц сходства и расчета значений факторов; 2) сегментирование карты классов позволит включить в общую схему аппарата координатные методы обработки (фильтрации, ортогональных разложений и других).
4. Методика структурного анализа геоданных охватывает все этапы
решения задачи и отношение структурного метода с другими методами
исследований. В значительной части положения методики являются
конкретизацией научных положений теоретической модели недр и
методологии исследований, поэтому являются общими для моделирования в
естественно-структурном подходе. Извлечение результатов, необходимых для управления анализом и интерпретации, дает возможность геологам, геофизикам применять метод без освоения знаний смежных областей. Представление результатов реализует основную коммуникативную функцию информации и открывает возможность автоматизировать подготовку отчета о результатах геолого-математического моделирования.
Характеристика исследований по теме
Метод структурного анализа сложился в ходе выполнения тематических работ в партии вычислительной техники ГГП "Невскгеология" в 1984-97 гг. Вопросы методологии и математического обеспечения разработаны автором в инициативном порядке. Разработки алгоритмического, программного и методического обеспечения включены в отчеты о тематических работах.
Метод структурного анализа с теоретическим обоснованием и реализацией в виде библиотеки программ для мини-ЭВМ приведен в отчете 1987 г. Автоматизированная система структурного анализа разработана на мини-ЭВМ в 1991 г; методические рекомендации по применению составлены в 1993 г. Наконец, в последние годы - 1994/97 - компьютерная система адаптирована к IBM/PC.
Личный вклад автора
Автором разработаны вопросы методологии, математический аппарат метода в целом, вычислительные алгоритмы (за исключением двух подпрограмм матричной алгебры), просчет сквозного отладочного теста, метод организации данных в иерархической структуре и ее описание, методические рекомендации по применению. С участием автора разработаны вопросы графического представления результатов. Автор принимал непосредственное участие как руководитель и исполнитель большинства проектов обработки данных по геологическим заданиям.
Апробация работы
Результаты авторских исследований изложены в шести отчетах о тематических работах по заданиям Л-17 (1984), Л-19 (1987), 5-1 (1991), 5-2 (1992), 5-4 (1992/1994), 5-5 (1995), а также на советах и конференциях:
- доклад "Решение задач классификации в геохимии методами
статистического анализа многомерных данных" на геохимическом семинаре
НТО "Горное", Ленинград, 1988;
доклад "Структурный анализ в локальном прогнозе по геохимическим данным" на международном симпозиуме по геохимическим исследованиям, Прага, 1990;
доклад "Структурный метод анализа геоданных" на НТС Отделения специальной металлогении, ВСЕГЕИ, 1992;
- доклад (соавтор А.И.Иванов) "Среднемасштабный компьютерный
прогноз в юго-восточном Беломорье" на международной геофизической
конференции, Москва, 1993;
- доклад "Логические основания классификации и типологии" на первом
российском философском конгрессе, С.-Петербург, 1997;
- компьютерная реализация метода представлена экспонатами концерна "Геологоразведка" и ГГП "Невскгеология" на двух международных выставках "Минерально-сырьевые ресурсы России", С.-Петербург, 1993,94.
Публикация работы: результаты исследований автора по теме опубликованы в 4-х статьях и 3-х сборниках тезисов докладов.
Реализация результатов
Метод структурного анализа прошел испытания в обработке разнообразных геоданных в организациях северо-западного региона: северозападный региональный геологический центр, геохимическая экспедиция ЛГИ, ГП "Петербургская геофизическая экспедиция" (ГП. ПГЭ), ГГП "Невскгеология" - в решении следующих геологических задач:
- прогнозные исследования на алмазы в м-бах 1:2500000 - 1:200000 по
комплексу геофизических и геоморфологических данных;
структурно-тектонического картирования и выделения площадей, перспективных для поисков УВ сырья, в м-бах 1:200000 - 1:50000 по комплекту грави-магнитных данных;
- аэропоиски медно-никелевых руд, золота, урана и редких металлов с
решением картировочных задач в м-бах 1:50000 - 1:25000 по данным
магнитной съемки, АГС- и АГСМ-данным, комплекса AM и трехчастотной
электроразведки;
- региональные геохимические поиски золота;
- шлихоминералогические исследования с целью оценки алмазо- .и рудо-
перспективности участков.
Результаты работ изложены в отчетах ГГП "Невскгеология" (3 -тематических, 3 - геологоразведочных), ГП ПГЭ (4 отчета), геохимической экспедиции ЛГИ, ассоциации "Росгеофизика". В двух предприятиях - ГГП "Невскгеология" и ГП ПГЭ - метод структурного анализа является постоянно используемым в интерпретационной обработке геолого-геофизических данных. Кроме того метод применялся в обработке данных обследования радиационного состояния воздушной среды города и почв заповедника с целью экологической характеристики.
Структура и объем диссертации