Введение к работе
Актуальность проблемы Современный этап научно-технического прогресса в геологии, геофизике и геоэкологии характеризуется внедрением новых компьютерных технологий. Повышение эффективности исследований в этих областях связывают с необходимостью использования новейших разработок в области автоматизированной обработки и анализа геоинформации.
Изучение все более глубинных областей земных недр; стремление наиболее полно использовать информацию, содержащуюся в геофизических полях; изучение и анализ тонких особенностей полей, ставшие возможными благодаря высокой точности современных геофизических съемок, все чаще приводят к ситуациям, когда интенсивность интересующих геофизических аномалий становится сопоставимой с интенсивностью помех различной природы. Визуальное обнаружение и прослеживание аномалий становится затруднительным, неоднозначным или вообще невозможным. В тех случаях, когда помехи можно считать случайными, для обнаружения используется статистический подход.
Проблема обнаружения аномалий на фоне помех актуальна для широкого круга
практических задач, решаемых на основе геолого-геофизической, геохимической и
геоэкологической информации. Статистические алгоритмы обнаружения показали
свою эффективность как при решении геологокартировочных задач, так и при
поисках полезных ископаемых (рудных, нефти и газа), при обработке данных
магниторазведки, гравиразведки, сейсморазведки (МОВ), электроразведки (методы
естественного поля, вызванной поляризации, комбинированного
электропрофилирования, дипольного электропрофилирования, радиокип) и радиометрии (эманационная и гамма-съемка).
К настоящему времени разработан ряд алгоритмов обнаружения слабых аномалий и имеется опыт их использования при решении разнообразных практических задач. Этот опыт, с одной стороны, показал несомненные достоинства подхода в целом, и, с другой стороны, выявил ограничения в применении существующих алгоритмов. Развитие аппарата математической статистики создает предпосылки для дальнейшего расширения круга алгоритмов, решающих задачу обнаружения. В связи с этим становится актуальной разработка новых алгоритмов
4 обнаружения, а также создание методики и технологии их применения при решении геолого-геофизических и геоэкологических задач.
Целью работы является разработка компьютерной технологии обнаружения слабых аномалий на фоне случайных помех с выбором рационального алгоритма обнаружения и его оптимальных параметров при решении геологических и геоэкологических задач.
Основные задачи работы
-
Систематизация постановок н методов решения задачи обнаружения слабых аномалий на фоне случайных помех для различных моделей поля и типов данных.
-
Разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения компьютерной технологии решения задачи обнаружения.
-
Создание и апробация компьютерной технологии решения задачи обнаружения с выбором рационального алгоритма и его оптимальных параметров.
Научная новизна.
-
Выполнена типизация постановок и методов решения задачи обнаружения слабых геофизических аномалий, учитывающая форму и величину аномалии, и закон распределения помехи, позволившая обосновать необходимость создания новых алгоритмов и построить технологию выбора рационального способа решения.
-
Разработаны и опробованы новые непараметрические алгоритмы обнаружения слабых геофизических аномалий, основанные на свободных от распределения статистиках Спирмена, Кендалла, их многомерных обобщениях и статистике Краскела-Уоллиса.
-
Создана база знаний о решаемой задаче и алгоритмах обнаружения, обеспечивающая построение методики и технологии выбора рационального алгоритма и его параметров.
Защищаемые положения.
1. Предложенная типизация методов решения задачи обнаружения слабых геофизических аномалий с учетом априорной информации является базой для создания новых алгоритмов и выбора рационального метода решения.
-
Разработанные непараметрические алгоритмы, основанные на статистиках Спирмена, Кендалла, Краскела-Уоллиса, многомерных обобщениях статистик Спирмена и Кендалла позволяют выделять слабые аномалии при различном объеме априорной информации об аномалиях на фоне помех с произвольным непрерывным законом распределения.
-
Предлагаемая компьютерная технология обнаружения слабых аномалий на фоне случайных помех позволяет повысить эффективность обработки и комплексного анализа геофизических данных за счет выбора алгоритма, наиболее адекватного модельным представлениям и исходной информации.
Реализация и апробация работы. Приведенные в диссертации разработки внедрены в МГТА, ВИМСе, ПГО "Уралгеология", МИНГЕО Республики Казахстан.
Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях МГРИ (Москва, 1983-1990), Всероссийской научно-технической конференции "Экология и геофизика" (Дубна, 1995), Международной конференции "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" (Воронеж, 1996).
Публикации и личный вклад в решение проблемы. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, вьшолненных автором в 1983-1996 гг.
Основные теоретические, методические и технологические результаты получены непосредственно автором. По результатам вьшолненных исследований опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка литературы, содержит Чо страниц машинописного текста.
Список литературы включает наименований.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.т.н., проф. Черемисиной Е.Н., д.ф.-м.н., проф. Никитину А.А., искренне благодарит к.т.н. Митракову О.В., к.ф.-м.н. Финкельштейна М.Я. и к.т.н. Галуева В.И. за ценные советы при обсуждении работы.