Введение к работе
Актуальность проблемы .На современном этапе научно-технический прогресо должен быть нацелен на радикальное улучшение использования природных ресуроов.сырья.мате-риалов,топлива и энергии на всех стадиях - от разведки,добычи и комплексной переработки сырья до выпуска и использования конечной продукции.Ресурсоснабженив всегда было и остается решающим источником удовлетворения прироста потребностей народного хозяйства в топливе,энергии,сырье и материалах.Научно-твхничес-яий прогресс компенсирует неблагоприятное воздействие природной среды.Несмотря на постоянное ухудшение горногеологических усло-впй.общая масса добываемого природного сырья и топлива растет, а удельные издерж ки на добычу либо снижается,либо увеличиваются в гораздо меньшей степени,чем ухудшаются природные условия.
Увеличение сырьевой базы есть социально-экономический фак-тор.Для создания надежной минерально-сырьевой базы необходимо повышение эффективности и качества геологоразведочных работ.Использование методов прогнозирования и управления в геотехнических системах (ГГС) на основа теории распознавания образов в геологоразведочных работах является одним из подходов к решению поставленной задачи.Геологическая наука,развиваясь,накопила достаточный информационный материал.что обусловливает потребность в систематизации и обобщении результатов наблюдений для последующего управления геологическим объектом. Класс рассматриваемых (геологических) объектов управления назовем геотехнической системой. Под геотехнической системой будем понимать сложную систему,способную к изменению своего состояния и содержащую множество более простнх.взаиносвязанных и взаимодействующих между собой элементов и подсистем.С о с -
т о я н и е системы определяется значениями параметров этих элементов и подсистем,ленящихся во времени и пространстве.Воздействием на параметры системы переводят ее из одного состояния в другое.Формализация геологических данных -необходимое условие моделирования геотехнической системы.
Геология - наука описательная и поэтому трудно поддается строгой формализации.Относителъно к ней применяется теория распознающих алгоритмов,основанных на вычислении оценок (алгоритмы голосования), в которых присутствует принцип эвристики, т.е. правдоподобия рассуждений без строгой формализации.
Интерес к проблемам распознавания обусловлен также и тем, что в настоящее время многие задачи,возникающие в геологии,оейс-Агологии.мвдипдне,управлении производством и других областях не наеют стандартных математических методов решения.в то ле время уровень требований к качеству решений допускает сведение ее к задаче принятия решения и формулирование на языке распознавания обраэов.Исследованию алгебраических методов в теории распознавания образов,в частности, разработке эффективных методов пост-роения.корректннх для данной задачи распознавания, и обоснованию указанных методов.а также юс применению для разработки программного обеспечения распознающих систем посвящена данная работа.
Методология создания существующих иа сегодняшний день моделей не подходит для анализа и синтеза управления в геотехнических системах по следующим причинам.
Во-первых,управленчвские решения на основе моделей объекта по необходимости осуществляются в условиях высокой неопределен-ностия.В этих условиях сами цели управления подвержены измененик которые происходят иногда в таком хе темпе,в каком меняется ин-
Формати о наблвдаемом процессе.Поэтому первоочередной задачей управления в геотехнических системах является нахождение сжатого представления об объекте как об источнике поступающих данных, чтобы сделать цели управления устойчивыми.
Во-вторых,при анализе большого статистического материала, предназначенного для использования в модели,имеется возможность сопоставить матеоиалы только с небольшими и иногда противоречивыми представлениями качественного гчрактера.Вместе с тем известно,что собранный эмпирический материал содержит достаточно полную инФормацию.Из этого вытекает целый ряд сложностей в создании моделей: концепция установки геосистем, нерешенность задач их инденпфикации, невозможность сопряжения априорных и апостериорных данных об объекте,разработка "вычисляемых" методов изменения, формализация методов описания моделей и т.д. Безусловно, сегодня есть продвижение на путях преодоления указанных трудностей. Это отказ от концепции "черного ящика" и концепции минимальных моделей.
И тем не менее проблема Формализации огромных объемов данных наблюдений за геосистемой остается и занимает ключевую позицию в силу того,что она возникает на первом этапе моделирования - этапа предмодельного анализа. Поэтому в русле таких работ ле-кит и предлагаемый принципиально новый подход к управлению геотехническими системами,сущность которого состоит в рассмотрении задачи предмодальной обработки больших матриц данных.
Этот метод отличается от традиционных методов моделирога-іия объектов управления целостностью методологического принципа шализа и синтеза моделей и может эффективно применяться при ре-іении широкого класса задач управления поведением геосистем.Уни-)ерсальность предлагаемого подхода обусловлена принятой концеп-
циеи представлений геотехнической системы как системы взаимодействия с внутренней структурой.
Теоретические и практические задачи,решаемые в работе.возникли,в основном, в свяаи с интересами и потребностями экономики в более надежном прогнозе сырьевой базы.что особенно важно при переходе на рыночные отношения.Актуальность исследований данной работы подчеркивается такхе я тем.что они проводились в рамках плановых работ лаборатории "Распознавание образов" (1976-1991гг), научно-технической проблемы 0.80.14 на тему "Создать и ввести в эксплуатацию программные средства распознавания и классификации информации" (І98І-І985гг) и проблемы "Разработка технических систем распознавания и классификации изображений" (1986-1990гг).
Цель и задачи исследовани я .Целы) диссертационной работы является разработка конструктивной методики исследования проблем управления в геотехнических системах и создание на его основе методов статистического моделирования и исследования основных свойств ГГС,позволяющих описывать и анализировать процессы управления взаимодействующих технических средств и геосистем в широком диапазоне их изменения в условиях Функционирования.
Из главной цели вытекают следующие основные задачи.
І.Разработать формализованную концепцию предаюдельного анализа ПС и на ее основе создать новые методы обработки таблиц эмпирических данных в геологии,сейсмологии,медицине и т.д.
2.Разработать методику исследования и статистического моделирования ГТС.адекватную задачам анализа взаимодействия геосистем с техническими средствами при изменении в широком диапазоне режимов функционирования и управления.
З.На ряде конкретных задач,охватывапцих важнейшие области функционирования ГГС,показать эффективность и преимущества Das-работанных методов.
Научная новизна .Впервые в управлении геосистемами на стыке с управлением техническими средствами поставлена и решена- задача разработки конструктивной методики математического моделирования и исследования ПС, направленная на повышение качества составления геолого-прогнозных карт месторождений полезных ископаемых.
Задача анализа поведения нового класса систем - ГГС впервые формулируется в общем виде как задача имитационного статистического моделирования систем взаимодействия в пространства состояния.В результате применения такой постановки задачи предложена новая трактовка свойств взаимодействия геосистем и технических систем и созданы принципиальные возможности их прогнозирования и управления.
Развитая в процессе исследований формализованная концепция предмодельного анализа ГГС на имеет аналогов в литературе по управлению в технических (геологических) системах.а предложенные методы исследования структурных свойств объектов управления,представленных таблицами данянх.являотся принципиально новыми.
Новым элементом является разработка системы понятий и представлений для анализа различных сторон структурных свойств ГГС. В частности,предложена совокупность количественных показателей для оценки локальных и интегральных структурных свойств ГГС.
Практическая ценность . Предлагаемые нами идеи и методы нашли практическое воплощение при создании программных средств систем распознавания и классификации инфор-
мадии,ориентированных на решение задач математической геологии, сейсмологии.медидины и т.д., в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИК с ЕЦ "Кибернетика" АН Республики Узбекистан по темам Госкомитета и АН Республики Узбекистан.
Результаты диссертации использованы в виде методических рекомендаций при решении задач математической теологии, в частности, при решении задач процессов поиска и разведки твердых полезных ископаемых в Среднеазиатском научно-исследовательском институте геологии и минерального сырья (САИГШС),при Государственном комитете по геологии и минеральным ресурсам Республики Узбекистан, при выделении информативных комбинаций прогностических параметров в гидросейсыологии в Научно-исследовательском институте сейсмологии АН Республики Узбекистан; при оптимальном ун-равлении процессом заканчивания скважин в нефтяных и газовых месторождениях в производственном геологическом объединвнии"Уз-бекнеФтегазгеологияЦ при управлении антикоррозионными процессами неФте-газовой промышленности в Муборекском газовом месторождении объединсния"Навоигаз",а также при идентификации оптимальной рецептуры бурового раствора в Институте геологии и разведки нефтяных и газовых месторождений АН Государственного комитета по геологии и минеральным ресурсам Республики Узбекистан.
Основные защищаемые положения;
-методология анализа и синтеза моделей ПС;
-новые метода анализа таблиц данных в рамках указанного подхода для решения задач распознавания и прогнозирования;
-модель алгоритмов распознавания,основанная на вычислении оценок обобщенного типа и ориентированная на решение задач распознавания объектов,заданных в пространстве разнотипных признаков;
-оптимизационные процедуры синтеза алгоритмов распознавания на основа исслодоваяия структур моделей алгоритмов вычисления оценок обобщенного типа.При этом исследованы корректность и устойчивость разработанных алгоритмов;
-закономерности размещения месторождений полезных ископаемых (оруденения) определяются сочетанием различных геологических факторов: литологс-петрографических, структурных, тектонических и Физяко-химических.Измвнчивость,масштаб проявления,характер и сила связи факторов мевду собой и орудвнением,изученные с применением математических методов и ЭНЛ.позволяют ранжировать их значение и принимать правильное решение при прогнозировании и проведении поисково-разведочных работ.
Апробация работы . Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуздались на конференции по крупномасштабному количественному прогнозировании эндогенного оруденения (Ташкент, 1976); УТ Республиканской школе молодых ученых и специалистов по АСУ и автоматизации проектирования (Ташкент,1980); конференции "Применение математических методов и ЭШ при обработке информация на геологоразведочных работах"(Но-восибярск, 1984); конференции "Применение математических метопов и ЭШ при поисках и разведке полезных ископаемых",посвящений 20-летии Вычислительного Центра АН СССР"(Новосибирск,1984); межобластной научно-практической конференции детских хирургов Узбекистана (Ташкент,1984); 27-м международном геологическом сонгрессе (Москва,1984); IX Республиканской школе молодых уче-шх и специалистов по АСУ и автоматизации проектирования (Таш-гент,1984); Международном симпозиуме"Основные направления раз-аботки количественных методов распознавания нефтяных и рудных
месторождений"(Алма-Ата,І985), 1-м Всемирном коні'рессе Общесава математической стаї-истики и теории вероятностей им.Бернулли (Ташкент, 1986); 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Вскрытие нефтегазовых пластов и освоение скважин" (Ивано-Франковск, 1988); XI Всесоюзном совещании по проблемам управления (Ташкент,1989); 1-й Республиканской научно-практической конференции детских хирургов Узбекистана (Ташкент,1990); конферен-ции"Совремешше проблемы алгоритмизации" (Ташкент, 1991),
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в монографии "Прогнозирование месторождений методами распознавания образов" (Ташкент; Фан,1982),свыше 40 научных статьях и четырех научных отчетах САИГИМС, в двух тематических отчетах лаборатории "Распознавание образов" Института кибернетики с ВЦ НПО"Кибернетика" АН Республики Узбекистан.
Структура и объем диссертации . Диссертация состоит из введения,пяти глав,заключения,приложения, изложенных на 266 страницах.содержит 10 таблиц,34 рисунка,включает 147 наименований отечественной и зарубежной литературы.