Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние и этапы внедрения методов обработки информации в инженерной геологии
1.1. Применение методов обработки информации при изучении геологической среды 15
1.2. Использование информационного ресурса в инженерной геологии
1.2.1. Особенности информационного подхода при изучении геологической среды 26
1.2.2. Методы изучения геологической среды 28
1.2.3. Свойства целостности информации и её обеспечение 30
1.2.4. Место и роль математических методов в постановке задачи изучения геологической среды
1.3. Систематизация и классификация объектов в инженерной геологии 37
1.4. Построение системы литомониторинга как основы комплексного внедрения математических методов обработки и интерпретации информации в инженерной геологии 41
1.5. Геоинформационные системы как основные подсистемы литомониторинга 57
ГЛАВА 2. Теоретические основы построения геоинформационной системы (гис) в инженерной геологии
2.1. Методика построения природно-технических систем для целей организации ГИС 62
2.2. Методология построения ГИС в инженерной геологии 80
2.3. Общие принципы разработки ГИС 90
2.4. Принципиальная струкгура ГИС в инженерной геологии ,
(функциональная и обеспечивающая части) Q.
2.5. Основные положения организации данных ГИС для решения задач в ИНЖенерНОЙ ГеОЛОГИИ
2.6. Управление геоинформационной системой 117
2.7. Требования к качеству информации при обслуживании процессов управления ГИС
ГЛАВА 3. Методические аспекты построения и использования трехмерной модели геологической среды в инженерной геологии
3.1. Основные положения методологического подхода применения ГИС-технологий при построении объемных моделей в инженерной геологии 127
3.2. Применение теории многомерного признакового пространства для создания трехмерной модели геологической среды
3.3. Применение одномерных и многомерных критериев и методов оценки геологической среды при создании ЗБ-моделей 135
3.4. Использование трехмерных моделей, как методической основы для освоения подземного пространства территории проектируемого строительства и оптимизации видов исследований 143
3.5. Методы попарного пространственного сопоставления данных геологического разреза для систематизации трехмерной модели 150
3.6. Основные аспекты визуальной обработки в ГИС-моделировании геологических объектов 154
ГЛАВА 4. Практическая реализация теоретических аспектов построения геоинформационной системы геологической среды на примере урбанизированной территории
4.1. Назначение, цели создания и задачи, решаемые ГИС «Геологическая среда Москвы» 165
4.2. Методологическая основа создания ГИС «Геологическая среда Москвы» 166
4.3. Типизация инженерно-геологических условий для целей ГИС г.Москвы 182
4.4. Описание информационных потоков, обрабатываемых ГИС «Геологическая среда Москвы» 200
4.5. Информационное обеспечение ГИС «Геологическая среда Москвы» 214
4.6. Общая структура массивов информации 223
4.7. Интерпретация информации ГИС «Геологическая среда Москвы» 243
4.8. Методологические подходы применения ГИС для автоматизации процессов картографирования геологической информации в цифровом виде 245
4.9. Методологические подходы применения ГИС для автоматизации построения геолого-литологических разрезов в цифровом виде 252
4.10. Дополнительные направления практической реализации ГИС в инженерной геологии 258
Заключение 278
Принятые сокращения 282
Список литературы
- Особенности информационного подхода при изучении геологической среды
- Методология построения ГИС в инженерной геологии
- Применение теории многомерного признакового пространства для создания трехмерной модели геологической среды
- Описание информационных потоков, обрабатываемых ГИС «Геологическая среда Москвы»
Введение к работе
Актуальность темы. Получение инженерно-геологической информации требует разработку и внедрение новых технологических решений и технических средств, направленных на обработку данных прямыми и(или) косвенными методами. Проблемы накопления, переработки и хранения инженерно-геологической информации следует решать на базе внедрения и совершенствования процессов автоматизации и средств вычислительной техники с последующим созданием на их основе ГИС, позволяющей решать задачи оценки и прогноза изменения геологической среды и составляющих её компонентов.
Основным предметом исследования инженерной геологии являются природно-технические системы. На общем уровне типизации, ПТС делится на два взаимодействующих блока: природный и природно-технический. Каждый из блоков характеризуется многочисленными показателями, отражающими особенности состава, структуры и состояния ПТС. В природный блок входит информация о геолого-литологическом строении территории, геоморфологических и гидрогеологических условиях, распространении и степени активности геологических процессов, составе, структуре и свойствах грунтов. Природно-техногенный блок включает данные о зданиях и сооружениях, их состоянии и взаимодействие на компоненты геологической среды.
Внедрение алгоритмических моделей обработки информационных потоков в инженерной геологии позволяет повысить качество, достоверность и оперативность выдачи справочных, оценочных и прогнозных материалов о состоянии геологической среды и ПТС, необходимых для принятия обоснованных проектных управляющих решений.
Создание ГИС в инженерной геологии, разработка теоретических положений и методологических основ, а также принципов и методов построения, в настоящее время выделяется в одно из наиболее важных направлений при изучении геологической среды. Кроме того, создание и совершенствование ГИС на базе механизма математической обработки и моделирования геологической среды имеет основополагающее практическое значение при решении задач промышленного и гражданского строительства.
Анализ унификации, стандартизации и свертывания инженерно-геологической информации для ввода и обработки посредством процессорной техники, указывает на необходимость разработки теоретических положений по созданию ГИС в инженерной геологии. Большинство существующих информационных систем, относящихся к инженерно-геологической отрасли, не имеют блока комплексного контроля информации, что сказывается, например, на качестве выполняемых прогнозов. При этом созданные информационные системы в инженерной геологии оригинальны по целям и задачам, но носят частный целевой характер, и их следует рассматривать как необходимый этап накопления опыта в обработке информации.
Целью работы является разработка концепции, обоснование принципов и методологии создания ГИС в инженерной геологии, создание репрезентативного варианта (ГИС-модели) обработки информации и совершенствования технологии инженерно-геологических изысканий.
Для достижения поставленной цели выполнены следующие задачи:
-
проведен анализ и систематизация опыта создания ГИС в смежных отраслях геологии;
-
обоснован методический подход при проектировании ГИС-модели;
-
проведена систематизация разработанных теоретических аспектов;
-
собраны архивные материалы и систематизированы данные результатов инженерно-геологических изысканий и исследований, выполненных на произвольно взятой территории;
-
создан репрезентативный вариант (ГИС-модель) произвольно взятой территории.
Научная новизна работы заключается в теоретическом исследовании проблем и обосновании принципов создания ГИС в инженерной геологии, приведение отдельных направлений обработки инженерно-геологической информации в единую взаимосвязанную систему. Обоснованы и систематизированы функциональные основы ГИС, как одной из основных подсистем мониторинга геологической среды, выполняющей:
ввод, централизованное хранение, предоставление и выдачу информации о составе, строении и свойствах геологической среды изучаемой территории (объекта);
автоматизацию процесса обработки первичной инженерно-геологической информации;
автоматизацию обеспечения технологии рационального управления инженерно-геологическими изысканиями (автоматизация управления);
перманентное моделирование и прогнозирование изменений геологической среды с использованием неограниченного количества инженерно-геологической информации;
обеспечение исследований в любом удобном масштабе;
проведение контроля достоверности исходной данных, полученных результатов исследования и управляющих взаимодействий;
переход к анализу исследуемых компонентов геологической среды в объемном (трехмерном) виде;
обеспечение перманентного анализа и целостности информации.
Основные защищаемые положения.
-
-
-
Наиболее эффективным способом обработки больших объемов инженерно-геологической информации является геоинформационная система - базовое направление перманентного анализа информационных потоков и обеспечения решения задач инженерно-геологического назначения.
-
Выбор структуры геоинформационной системы для целей инженерно-геологических изысканий и исследований геологической среды является принципиальным начальным звеном, обеспечивающим успешную реализацию проекта создания ГИС.
-
Типологические модели геологической среды для целей ГИС базируются на системном анализе критериев оценки состояния и свойств геологической среды. Применение типологических моделей существенно повышает оперативность, достоверность и контроль результатов инженерно-геологических изысканий и исследований, безопасность эксплуатации зданий (сооружений).
-
Объемная модель геологической среды (3D) становится одним из факторов, учитываемых при выборе размещения и конструкции зданий (сооружений) на предпроектных стадиях исследований, оставляя за собой в дальнейшем обеспечивающую функцию для стадии «рабочей документации».
-
Геоинформационная система обеспечивает переход от строгой регламентации выбранного масштаба к любому, удобному для выполнения работы масштабированию, без потери информационного ресурса о составе и свойствах геологической среды.
-
Внедрение ГИС в производственный процесс получения и использования инженерной геологической информации обеспечивает оптимальный уровень при выборе методов управления информационно-интеллектуальным потенциалом, реализацию предназначения и поддержание целостности информации, формирование вектора целей управления, рациональное принятие решений и доведение управляющих взаимодействий до контроля за деятельностью объектов управления.
Проведены практические исследования применения информационных технологий и комплекса технических средств для интерпретации результатов инженерно-геологических изысканий на территории г.Москвы. Установлены положительные и отрицательные аспекты внедрения информационных технологий и применения комплекса технических средств обработки результатов исследования геологической среды для целей ГИС.
Методика исследований основана на анализе принципов и результатов систематизации инженерно-геологической информации, методических и теоретических разработок по интерпретации полученных результатов и их организация с точки зрения системного подхода.
Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы для:
-
разработки методических рекомендаций при создании ГИС для целей интерпретации инженерно-геологической информации;
-
создания базового комплекса знаний по проектированию ГИС при решении задач, связанных с инженерно-геологическими изысканиями;
-
оперативной проверки существующих и построения новых тематических геологических карт по данным инженерно-геологических изысканий;
-
принятия управленческих решений на предпроектных стадиях и стадиях проектирования;
-
создания первичной информации при подготовке документации относительно инвестиционной перспективы освоения территории;
-
при чрезвычайных ситуациях для оперативного предоставления сведений различного характера и назначения;
-
при подготовке специалистов в области инженерной геологии.
Апробация работы. Методологические аспекты применены при создании программного вычислительного инженерно-геологического комплекса в институте инженерных изысканий №56 МО РФ (СССР).
Отдельные положения внедрены при разработке расчетных схем и алгоритмов по количественной оценке оползневых склонов в Таджикистане (Институт инженерных изысканий №56 МО РФ (СССР)).
Отдельные математические положения применения расчетных методов состава геоинформационной системы защищались в качестве дипломной работы, выполненной на спецотделении МГУ (кафедра инженерной геологии, руководитель работы д.г.-м.н. Е.Н.Коломенский).
Решения отдельных вопросов работы докладывались и обсуждались при подготовке II-очереди «Системы геологической среды» в поэтапную эксплуатацию (Мосгоргеотрест). Результаты использованы при создании проекта Стандарта Предприятия СТП 2.01.00 «Стратификация грунтов при проведении инженерно-геологических изысканий на территории г.Москвы».
Методические положения применялись при выпуске технических отчетов и технических заключений по результатам выполненных инженерно-геологических изысканий и исследований на всем протяжении трудовой деятельности.
Результаты исследований и основные положения диссертации доложены и представлены автором на следующих конференциях:
-
«Второй Общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», ПНИИИС, Москва 21-22 декабря 2006 года;
-
«Международной конференции «Технологии, машины и оборудование, материалы и нормативное обеспечение для подземного и высотного строительства», Москва 2527 января 2006 года;
-
Научно-практической конференции «Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданского и промышленных комплексов города Москвы», Российский государственный геологоразведочный университет имени С.Орджоникидзе, Москва 2008 год;
-
Четвертой Общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», ПНИИИС, Москва 1819 декабря 2008 года;
-
Пятой Общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», ПНИИИС, Москва 1819 декабря 2008 года.
Результаты исследований и промежуточные материалы использованы и при составлении ряда тематических геологических крупномасштабных карт масштаба 1:10000 г.Москвы, в которых автор принимал участие.
Публикации. Опубликовано 20 работ. По теме диссертационной работы 15, в т.ч. в изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК для публикации основных положений диссертации на соискание ученой степени доктора наук, 5.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем работы составляет 313 страниц. Список литературы содержит 312 наименований.
Особенности информационного подхода при изучении геологической среды
В истории развития инженерной геологии выделяют три основных этапа [189]. Первый этап (1923-1945гг) - возникновение инженерной геологии, как новойнаучной дисциплины, которая, по существу, состояла из двух направлений — грунтоведения и инженерной геодинамики, в современном понимании этого термина. Развитие происходило в тесной связи с науками геологического цикла и строительными дисциплинами. Использовались достижения фундаментальных геологических дисциплин, физики, химии, механики, математики и др. Второй этап охватывает 1946-1978гг. Основное внимание уделено развитию третьего направления в исследовании - региональной инженерной геологии. Третий этап развития определяется с 1978 до конца 90-х годов. Основополагающей концепцией развития в данный период является минимизация последствий, инженерной деятельности. Поставлена проблема рационального использования и охрана геологической среды.
С началом XXI века- в изучении геологической среды наступает структурная перестройка и качественное преобразование отрасли применительно к новым задачам, связанным с повсеместным внедрением средств вычислительной техники и оборудования, позволяющего на высоком техническом уровне выполнить анализ, интерпретацию данных (информации) и подготовить отчетную документацию.
В связи с тем, что инженерная геология развивалась параллельно с фундаментальными, в том числе геологическими дисциплинами, значительный интерес, в этой связи, представляет последовательность применения математических методов. В. современной терминологии и понимании данной процедуры, применение математических методов следует трактовать, как развитие одного из направлений в современной.системе обработки информации. В настоящее время под формулировкой «математика в геологии» подразумеваются собственно, математические методы и комплекс наук, используемые в теоретической и прикладной геологии (системный анализ, информатика, кибернетика, распознавание образов, экспертные системы и т.д.).
Примерно до начала 1960-х годов, данный период характеризуется применением непосредственных математических методов для решения, конкретных задач изучения геологической среды.
Применение математических методов предшествовали работы в смежных областях знаний. Среди первых (общеизвестных) работ следует отметить исследования Г.Штенберга, которые датируются 1875г. Им выведены дифференциальные уравнения продольного профиля реки в стадии равновесия. Спустя двагода (1977г) Е.Рейер выполнил обоснования г разделения горных пород применительно к горному делу. В 1898г Д.Брантон вывел формулу зависимости веса пробы руды от ситового размера частиц.
Далее применение математических методов было связано с исследованием геологической среды в отношении опробования и оценки природных запасов (Н.Псарев -1898г, С.Ю.Доборжинский - 1908г, В.И.Бауман - 1908г, А.К.Болдырев - 1926г, А.М.Журавский - 1940г. и др.).
Математизация внедрялась в петрографию (И.Иддингс, В.Гросс, Л.Пирсон, Г.Вашингтон, Г.Пироу, П.Ниггли, Ф.Ю.Левинсон-Лессинг и др.), литологию (А.Б.Вестелиус и др.), палеонтологию (И.Кляйн, С.И.Бубнов, Д.В.Наливкина и др.), геоморфологию (Х.Штраллер и др.).
Здесь автором приведены ссылки на работы и исследования, которые представилось возможным реально обнаружить в процессе подготовки диссертационной работы. Кроме этого обнаружены ссылки [147] о математизации при исследовании тектонических трещин (Пинкус - 1957г), математической геоморфологии (Хортон - 1945г, Чампан - 1952г, Каллинг - 1957г), образование дисциплины «горная геометрия» (П.К.Соболевский — 1932г), статистической геологии (Ж.Мартон, Д.А.Родионов, Ф.Агтерберг и др.). Выполнение исследований геологической среды применительно к инженерно-геологическим исследованиям сопряжено с получением, накоплением и переработкой больших массивов информации. Информация может быть получена из- различных источников. За период с 1923 по 1953 год, т.е. фактически, за тридцать лет существования инженернойи геологии, был накоплен значительный- объем сведений и наблюдений по различным вопросам и направлениям исследований в виде различных форм документации (полевые книжки, дневники, геологические карты различного масштаба и содержания, геологические разрезы и т.д.).
В начале 50-х годов- прошедшего столетия перед исследователями возникает определенная задача разработки концепции, и дальнейшее унифицирование подходов к проблемам накопления и обработки информации.
Методы математической статистики при обработке инженерно-геологической информации начали применяться в России в начале 50-х годов XX века и.несколько позднее 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; 3: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. Из этого следует, что обоснование, применение и целевое использование методов обработки информации вл инженерной геологии приходится на середину второго этапа развития инженерной геологии как науки. И если учесть, как было отмечено ранее, что второй этап развития инженерной.геологии был посвящен исследованию региональных вопросов, то возникновение и последующая методика обработки информации, лаконично вписалась именно в этот период. Вопросы регионального исследования и обработки информации пересеклись в единой составляющей информационного обеспечения. Этот существенный аспект позволил заложить базовые основы обработки и интерпретации данных (информации) в инженерной геологии, которые являются актуальными и по настоящее время.
Методология построения ГИС в инженерной геологии
В сбалансированном режиме контрольные параметры вектора целей управления остаются неизменными во времени. Поэтому сопряженный с ними вектор состояния системы с учетом соответствующих управляющих воздействий на систему, колеблется в небольших пределах относительно условного «равновесного» состояния.
В режиме возможных изменений хотя бы один параметр вектора целей управления изменяется, либо осуществляется переход от одного вектора целей управления к другому, либо контрольные параметры вектора целей управления расширяются за счет добавления нескольких свободных параметров.
Категория «способ управления» применительно к процессу управления ГИС позволяет определить во времени изменчивость структурной организации, реализующей процесс управления. В настоящее время принято различать бесструктурный и структурный способы управления.
Бесструктурный способ управления предполагает безадресное циркулярное распространение информации по элементам системы для изменения информационного состояния с расчетом, что на основе самоуправления элементы создают некую временную структуру и самостоятельно реализуют частные цели вектора целей управления.
При бесструктурном подходе управления отсутствуют уровни иерархии между элементами системы, но элементы системы могут самоорганизовываться под конкретные цели в некоторые временные структуры.
Базовый подход бесструктурного способа управления заключается в распространении идентичных информационных модулей (прикладных знаний, стереоіипов и т.п.) среди элементов системы и активизация этих модулей, в случае необходимости реализации конкретных целей управления. Это управление статистическим характеристиками массовых явлений на основе вероятностных предопределенностей.
При этом, следует учитывать условия для применения бесструктурного управления: - элементы системы могут передавать информацию другим элементам и имеются условия для информационного обмена между ними; - достаточная часть элементов находится в идентичном или близком к этому информационном состоянии; - элементы системы самоуправляемы, способны реагировать на проходящую через них информацию. Структурный способ управления предполагает адресное распространение функционально ориентированной информации по элементам структуры, формируемой заблаговременно и остающейся неизменной в процессе управления, для реализации вектора целей управления. Условия для структурного управления: - векторцели управления находится устойчивым во времени; - объем детерминированного (непрерывного, регулярного) взаимодействия элементов системы превышает объем случайного взаимодействия элементов системы.
Как правило, в процессах управления ГИС способы структурного и бесструктурного управления реализуются одновременно. Совместное использование способов показывает, что структурное управление ГИС рождается из первоначального (бесструктурного).
Категория «контур управления» позволяет рассматривать процесс управления с точки зрения наличия в нем устойчивых неизменных во времени отношений логического порядка «цель-связь-объект».
Цикл управления ГИС позволяет сформировать требования к временным параметрам процесса управления. Базовый подход к этим требованиям состоит в том, что время цикла управления не должно превышать времени, необходимого для достижения цели или решения задачи, либо времени для адекватного ответа системы на взаимодействие (внешнее и внутреннее). В ходе каждого этапа управления реализуются частные информационные процессы, которые в совокупности составляют процесс управления. Так, по А.Н.Тихонову, А.Д.Иванникову, И.В.Соловьеву и В.Я.Цветкову (2010 г.) управление, применительно к ГИС, следует подразделить на шесть этапов цикла: 119 1) планирование; 2) постановка задачи; 3) контроль; 4) оценка; 5) выработка концепции; 6) принятие решения. При одновременной реализации в ГИС нескольких разных по содержанию и цели процессов управления, как правило, не требуется их синхронизация по времени выполнения этапов цикла управления. Вместе с тем, необходимы условия для согласования этих процессов по составу и структуре информационных ресурсов, так как они вьшолняются с участием одних и тех же элементов ГИС.
Сложность выполнения многоступенчатых процессов управления заключается во вложенности этапов цикла процесса управления нижнего уровня в этапы цикла управления верхнего (или старшего) уровня. Многоступенчатые процессы управления предусматривают синхронизацию этапов цикла управления во времени, а также унификацию и стандартизацию информационных ресурсов.
Применение теории многомерного признакового пространства для создания трехмерной модели геологической среды
Как видно из формул (3.3.1) и (3.3.2), критерий позволяет сравнивать средние с учетом корреляционных связей между свойствами. Данное обстоятельство является наиболее приемлемым положением, которое можно применить при создании модели геосреды. Гипотеза близости совокупности принимается, если рассчитанное значение критерия Т2 меньше соответствующего теоритического значения фишера с m и (пі+П2-т-1) степенями свободы и уровнем значимости а. В противном случае, гипотеза близости совокупностей отклоняется с вероятностью 1-а. Критерий Т2 используется для сравнения выборок достаточно большого объема (n»m) при несущественных отличиях корреляционных связей. Для случаев существенного отличия корреляционных матриц и неравного числа опытов в выборках, сравнение средних следует осуществлять с помощью критерия Беренса-Фишера: Тп2 = #і1(Лд -XW)A \XW -X") (3.3.3.) В зависимости от конкретных геологических условий, не рассмотренных выше, существует математический аппарат, алгоритм которого составлен непосредственно на порядке применения критериев разного рода.
Критерии Джеймса-Сю, Уилкса-Рао", Т.Андерсона, Пирсона, Родионова, оценка статистики Кулбака являются прямыми алгоритмами применения при построении плоских и объемных (3D) моделей геологической среды.
Задача сравнения двух объектов (моделей) не исчерпывает всех возможностей использования многомерных критериев в инженерной геологии.
В случае принятия решения о неоднородности изучаемой группы признаков возникает новая задача, связанная с разделением объектов на однородные группы посредством выполнения классификации проекта модели по комплексу изучаемых признаков.
Наиболее актуальным является задача разграничения в многомерном пространстве для случая, когда неизвестны границы объектов и их число.
Примером в понимании данных проблем является, исследование изменения модуля деформации грунтов по глубине. Эта постановка задачи соответствует одно факторному дисперсионному анализу. В качестве фактора выступает глубина, градациями являются слои или ИГЭ, которым соответствуют определенные значения модуля деформации. Данное положение применения метода основано на предположении, что если все слои (ИГЭ) существенно не отличаются друг от друга, то разброс значений показателя, соответственно, по выбранным слоям (ИГЭ) соответствует общему рассеиванию значений по геологическому разрезу. Данное положение является одним из ключевых при построениях.
Поэтому близость общей дисперсии к межгрупповой (по слоям, ИГЭ и т.д.) следует моделировать из расчета: где F(i_ajjj-2) - табличное значение критерия Фишера при числе степеней свободы fi=n-l (и-число опытов,) и/2=к-](к-чжпо слоев,).
Метод рассматривает данные одновременно нескольких скважин, расположенных в определенном направлении. В этом случае рассматривается1 позиция о существенном изменении свойств по отдельным факторам исследования и также корреляция (взаимовлияние) факторов. Решение этой задачи соответствует двухфакторной схеме. Первый фактор глубина, второй фактор положение скважины в пространстве.
Исследования грунтов различными методами могут давать различные результаты. Но это не показывает, что полученные характеристики ошибочны, неверны и не отвечают действительности. Положение ответа на этот вопрос заключается в том, что различные методы подразумевают под собой отличную методику, связанную, прежде всего, с объемом грунта, который подвержен исследованиям.
Следующим фактором может служить методика испытаний, что является также правоустанавливающим аспектом при определении в построении возможных полей распространения свойств. При этом, построение следует вести с учетом различия средних по отдельным факторам и по всем факторам совместно.
Задача разбиения многомерного пространства точек на объекты, преобразуемые в дальнейшем в модель в случаях когда не известны границы объектов, их число является конечной задачей функциональной направленности геоинформационной системы в инженерной геологии. Попытки использовать для этих целей перебор с оценкой сгруппированных точек по тем или другим критериям, как правило, не приводит к. положительным результатам из-за вычислительных сложностей. При этом получаемые результаты редко поддавались содержательному истолкованию.
Опытными путями было получено, что на первый взгляд на логичные внешне алгоритмы преобразований влияло случайное рассеяние наблюдений, методы и последовагельность переборов, используемые критерии. Неверное установленное положение в одной из последовательностей расчетов приводит к совершенно различным интерпретациям.
Однородность геологического строения является результатом некоторой формализации исследователя, но геологическая среда является многомерной моделью. Поэтому поиск границ, прежде всего, основан на анализе многомерных критериев.
Наиболее удачную процедуру выделения границ (при использовании построений для ГИС) предложил Д А.Родионов [205].
По Д.А.Родионову, на первом этапе рассматривается все (п-1) возможные способы разделения упорядоченной выборки на две части, с нахождением п значений максимального. Если граница этого критерия незначима, то вся выборка признается однородной. Если граница является значимой, то каждая выделенная часть рассматривается снова как целая выборка, и в ней устанавливается максимальное значение критерия. Преобразования ведут до тех пор, пока все выделенные по максимальным критериям части выборки не окажутся однородными. Но возможно, что деление произведено излишне дробно и некоторые границы при окончательном разделении окажутся ложными. Этот негативный аспект заключается в том, что происходит установление не истинного положения границы, а ее статистической характеристики. При этом возможны три ошибки: 1) граница в действительности не существует, но ошибочно выделяется по статистическим данным; 2) граница существует, но не устанавливается по статистическим данным; 3) граница существует и устанавливается по статистическим данным, но с некоторым смещением. Характер смещения определяется различными факторами. Заключительный этап работы состоит в ус гранении ложных ограничений. Для нахождения границ по комплексу признаков важно установить положение разграничений и подтвердить, что установленные границы являются равноценными в смысле величины изменения комплекса признаков, или же среди них можно выделить существенно различные.
Описание информационных потоков, обрабатываемых ГИС «Геологическая среда Москвы»
Учитывая данное обстоятельство, для полноценности расчета и интерпретации данных в рамках ГИС ГС, следует предусмотреть наличие в БГД места для хранения информации результатов полевых работ. Особенность данной информации состоит в том, что одни и те же характеристики свойств грунтов по банку геологических данных предполагается формировать из различных методов исследований. Это позволит в дальнейшем с большей вероятностью правильно определить необходимый показатель. Сравнительные данные различных видов опытных полевых исследований и получаемых с их помощью характеристик свойств грунтов приведены в таблице 7.
При организации функционирования ГИС следует иметь ввиду, что отсутствие или недостаточно достоверное определение тех или иных данных о грунтах приводит к завышению либо занижению параметров свойств грунтов. По исследованиям, выполненным Л.Г.Мариупольским [156], выделяют четыре группы недостатков методов полевых исследований грунтов: — исследования выполняются в недостаточном составе; — исследования выполняются в недостаточном объеме; - исследования выполняются с неправильным выбором места проведения работ; - исследования выполняются на недостаточную глубину. Информационный поток «Лабораторные исследования свойств грунтов» базируется на данных о компонентном составе грунтов, их строении и свойствах (рис.20). К информационному потоку вещественного состава следует относить данные, характеризующие минеральную часть грунтов, органическую часть грунтов и емкость обменных катионов грунтов.
Вид опытных полевых исследований Получаемая характеристика Вид грунтов Статическое зондирование Строение и свойства Песчаные и глинистые Динамическое зондирование Тоже Тоже Ионизационный каротаж Влажность, плотность; состав; свойства Песчаные, глинистые, Испытания пробнымистатическими нагрузками наштамп Деформационные свойства Песчаные, глинистые Испытания прессиометром Тоже Песчаные, глинистые Сдвиг целиков грунта Прочностные свойства Все виды кроме: песчано-глинистых водонасыщеннььх,глинистых текучейконсистенции, набухающих,просадочных, мерзлых Вращагельный срез Прочностные свойства Глинистые, заторфованные, илы Поступательный срез То же То же Испытание эталонной сваей Показатели сопротивления грунта основанию свай Песчаные, глинистые ! I
Информационный поток о строении грунтов следует строить на основе данных о структуре и текстуре скальных (полускальньгх) и дисперсных грунтов.
Информационный поток о свойствах грунтов предполагается организовать на основе данных их физического состояния, физико-химических и физико-механических свойствах.
Информационный поток «Буровые и горнопроходческие работы» (рис.23) базируется на основе данных, полученных при визуальном исследовании грунтов при проведении буровых и горнопроходческих работ: наличие слоев и прослоев, цвет, плотность, название, степень водонасыщения, мощности, глубины залегания и др.
Информационный поток «Инженерно-геологические процессы» является заключительным информационным звеном в системе проектируемой ГИС, как наиболее трудоемкой и кропотливой частью всего потока вследствие того, что правильная интерпретация условий и развития процессов может серьезно повлиять на результаты выполненных расчетов по исследуемой части геосреды.
При организации взаимодействия данной процедуры следует учитывать, что на территории г.Москвы распространены следующие процессы: денудация и аккумуляция (овражная эрозия, речная эрозия или абразия» поверхностный сток и смыв), заболачивание, карстово-суффозионные, оползневые, подтопление, коррозия, оседание и др.
Особое место в структуре информационных потоков занимает работа с архивными материалами. Связано это, прежде всего, с порядком интерпретации предоставленных результатов, вследствие того, что по истечении ряда лет меняется не только представления о стратиграфической обстановки территории, но и меняются требования к точности и методике выполнения разного вида работ. Выход из создавшейся ситуации возможен при организации в структуре информационной системы «конвертерного модуля», который будет интерпретировать данные с требованиями и в соответствии с нормативными документами. И
Похожие диссертации на ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СОЗДАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ
-
-
