ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.П. КАРПИНСКОГО МОСКОВСКИЙ ФИЛИАЛ 2013 Технология ПАРК : современное состояние и возможности использования в региональных геологических исследованиях Белобородов М.А., Локшин Б.Б.
Система ПАРК широко использовалась в региональных геологических исследованиях с 1991г. по начало 2000 годов. Картограмма цифровых материалов ГДП-200
Геоинформационные системы общего назначения Автоматизированные системы обработки данных Интерпретирующие геоинформационные системы В геологических исследованиях в отличие от других сфер применения ГИС-технологии призваны решать не только задачи информационного обеспечения, но и задачи интерпретации, моделирования и прогнозирования ситуаций. Пространственная статистика, фильтрация, поиск диагностических комбинаций признаков, исследование связей и зависимостей, анализ поверхностей и т.д. Построение производных карт, обработка наборов карт поточечно и в скользящих окнах, многомерное районирование, расчет потенциалов и др. Идентификация и автоматическое картографирование объектов по их косвенным признакам с обучением на примерах или с использованием экспертных моделей. Накопление, хранение, преобразование и отображение пространственно- и объектно-привязанной информации. Справочно- информационное обслуживание, поиск и выборка данных. Работа с внешними справочными данными. Компоновка, оформление и печать карт и сопутствующих данных.
ДАННЫЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЕРЕЖАЮЩИХ СЪЕМОК СОБСТВЕННЫЕ ДАННЫЕ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМИ ПО ВИДАМ ДАННЫХ ПРОГРАММНЫМИ СРЕДСТВАМИ ГИС: ИНТЕГРАЦИЯ И АКТУАЛИЗАЦИЯ БАЗ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ Геометрическая коррекция и привязка данных Редактирование Преобразование формы представления Справочно-аналитическое обслуживание ГИС: ИНТЕГРАЦИЯ И АКТУАЛИЗАЦИЯ БАЗ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ Геометрическая коррекция и привязка данных Редактирование Преобразование формы представления Справочно-аналитическое обслуживание ГИС: ТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Построение производных карт Пространственный анализ и комплексная интерпретация данных Прогнозно-минерагенические задачи ГИС: ТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Построение производных карт Пространственный анализ и комплексная интерпретация данных Прогнозно-минерагенические задачи ГИС: ПОДГОТОВКА ОТЧЕТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Оформление итоговых карт Формирование сопутствующих данных Компоновка макетов и печать листов карт Подготовка данных для электронного издания ГИС: ПОДГОТОВКА ОТЧЕТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Оформление итоговых карт Формирование сопутствующих данных Компоновка макетов и печать листов карт Подготовка данных для электронного издания Место ГИС-технологий в региональных геологических исследованиях: интеграция, анализ и комплексная интерпретация разнотипных данных, разработка прогнозов, моделирование и планирование действий, представление результатов в терминах целевого геологического свойства и в картографической форме.
1. Стандартные функции ГИС подчинены функциям тематической обработки и комплексной интерпретации разнотипных данных. 2. Система не подменяет специализированные средства обработки данных, а использует их выходные данные как входную информацию. Задача системы интегрировать, комплексно интерпретировать эти данные, представить результат в терминах целевого геологического свойства и в картографической форме. 5. Полноценное решение комплекса прикладных геологических задач возможно только в рамках векторно-растровой ГИС. При этом основной объем тематической обработки приходится на матричные данные. 3. Комплексная интерпретация – процесс поиска решения, которое наилучшим образом в смысле заданного критерия, удовлетворяют всем исходным данным. Оптимальным считается решение, соответствующее максимуму функционала качества, в котором формализованы содержательные критерии. 4. Алгоритмическое обеспечение прикладных задач должно учитывать стохастический характер геологических процессов, приводящий к статистической трактовке задач классификации. 6. Технология адаптируется к нормам, регламентирующим процесс геологических исследований. Вместе с тем, формализация задач ведёт к отличиям от традиционной методологии. Основные положения концепции ПАРК
Сравнение прототипа и текущей версии ПАРК СвойстваПАРК версий 4 и 6Текущая версия ПАРК Операционная система MS DOS MS Windows XP / VISTA; Windows 7 Типы и форматы данных, представляющих карты КВС, накладки, объектные слои, матричные слои с фиксированным шагом дискретизации КВС, Shp-файлы, матричные слои с произвольным шагом дискретизации Многооконный режим визуализации карт и работы с ними Только для матричных слоев и выходных карт Без ограничений 3D визуализация ЕстьНет Условные знаки Собственная библиотека, интерактивное создание Импорт из ЭБЗ, интерактивное создание, наборы Изменение нагрузки карты и условных знаков в зависимости от масштаба визуализации ОграниченноеСвободное Анализ пространственных данных и построение производных карт Есть Добавлены новые методы Линеаментный анализ изображений ЕстьНет Решение прогнозно- минерагенических задач Есть Модифицированы алгоритмы, средства управления прогнозом и отображения результатов Прогноз геологической ситуации – составление карт-гипотез ЕстьНет
ПАРК ПАРК Тематическая обработка: прогноз полезных ископаемых Система обеспечивает решение комплекса задач, интерактивное управление прогнозом с целью выбора рациональной стратегии поисков, обработку полученных результатов, картографическое отображение результатов, получение справочной информации. Геологические задачи: Выявление, оценка и картографирование поисковых признаков. Построение прогнозно-поисковой модели объектов. Оценка перспективности точек территории по критерию сходства с известными объектами. Выделение перспективных площадей. Моделирование и сравнение по критерием качества альтернативных вариантов выделения перспективных площадей. Оценка прогнозных ресурсов полезных ископаемых. Ранжирование территории по предпочтительности постановки поисков. Выработка рекомендаций по комплексу поисковых методов и камеральному анализу данных. Исходная информация для прогноза может быть представлена качественными и количественными данными, полученные прямыми наблюдениями и в результате их обработки.
ПАРК ПАРК Тематическая обработка: прогноз полезных ископаемых Основная цель интерпретации – минимизировать риск постановки поисковых работ. Риск поисков складывается из риска пустых затрат при включении в поиски безрудных площадей и риска пропуска искомых объектов в случае не постановки поисков на участках расположения месторождений. Каждая из этих ошибок имеет свою цену, которая определяется стоимостью поисков и стоимостью пропущенного месторождения соответственно. Соотношение этих цен учитывается при выработке решающего правила прогноза. – Задача – найти правило выделения минимальной площади, содержащей максимальное количество искомых объектов и обеспечивающее минимум риска при заданном соотношении цен искомого объекта и его поисков. Критерии качества: Общий критерий – риск постановки поисковых работ, зависящий от локальности и надежности прогноза. Частные критерии: доля площади, рекомендуемая для поисков; доля правильно определяемых контрольных объектов.
Признаки имеют интегральную оценку – значимость и ранг в общем списке признаков, а также частные оценки своих значений – информативность и значимость. Из общего числа признаков автоматически отбирается их диагности- ческая совокупность, обеспечивающая наилучшее качество распознавания эталонных объектов. Наиболее инфор- мативные градации этих признаков включаются в оптимальную модель. По оценкам признаков автоматически формируются карты благоприятных ситуаций для прогнозируемых объектов Благоприятная вмещающая среда Благоприятная положение относительно разрывных нарушений Благоприятная степень разнообразия пород Благоприятный уровень тектонической раздробленности («освещенность разрывными нарушениями») Благоприятное положение относительно интрузий Ороченского комплекса Благоприятная концентрация («потенциал») мелких интрузивных тел – силл и даек Благоприятное расположение относительно границы Юдомской и Федоровской свит Комплексная карта поисковых признаков
Мера сходства – оценка степени подобия объекта оптимальной или экспертной модели прогнозируемых объектов. Точки территории с шагом, равным ячейке (в данном примере 100 м), сравни- ваются по отобранным диагностическим признакам с моделью. Вклад каждого признака в величину меры сходства соответствует оценке той градации признака, которая встречена в рассматриваемой точке. Мера сходства, равная единице, означает тождественность объекта используемой модели.
Значение меры сходства, соответствующее минимуму функции риска при заданном соотношении цены искомого объекта и цены его поисков, – оптимальный порог принятия решения. Графики показателей качества в зависимости от порога принятия решения Перспективные участки выделены по оптимальному порогу По найденному оптимальному порогу к перспективной отнесено 8,9% территории, доля пропуска известных объектов – 1,8%, риск поисков – 0,06. Выделение перспективных участков выполняется по автоматически определяемому оптимальному порогу меры сходства или порогу, выбранному геологом.
Выделение площади требуемой величины – 220 кв.км. По соответствующему порогу выделена территория (зеленый цвет) и получены оценки качества: доля возможных пропусков объектов – 13,4%, риск – 0,159. Красный контур – решение по оптимальному порогу. Задано соотношений цен объекта и поисков, равное 10 (цена объекта увеличена в 5 раз по сравнению с исходной). Найден соответствующий порог и выделена территория (зеленый цвет). Красный контур – рекомендуемая территория при соотношении цен, равном 2. Рекомендуемая площадь увеличилась в 2,3 раза. Оценки: доля пропусков – 0%, риск – 0,021. Управление прогнозом позволяет моделировать варианты решений, изменяя соотношений цен объектов и их поиска, выделяя площадь заданного размера или задавая произвольный порог меры сходства.
Для каждой ячейки оцениваются минимальные, средние и максимальные прогнозные ресурсы. Ранг перспективности учитывает возможность существования искомого объекта и его средние прогнозные ресурсы. Управление порогом визуализации позволяет выделять в пределах выделенных площадей наиболее перспективные участки. Оценка прогнозных ресурсов, индексов и рангов перспективности выполняется для ячеек перспективных участков
Перспективные участки подвергаются автоматической управляемой генерализации. Для каждого участка вычисляются и записываются в атрибутивную DBF таблицу: Площадь; Суммарные прогнозные ресурсы; Средние удельные ресурсы; Ранг предпочтительности постановки поисков. Генерализация, интегральная оценка и ранжирование перспективных участков
Прогнозная карта Результаты прогнозирования Карты поисковых признаков Участки 2-ой очереди Участки 1-ой очереди Участки 3 - ей очереди
Основные тезисы и предложения: 1.ПАРК 11 превосходит ПАРК 10 по удобству использования и наполнению. 2.Текущая версия ПАРК не доведена до стадии «коробочного» внедрения, но экспериментально доказана эффективность её использования предприятиями отрасли в сотрудничестве с организацией-разработчиком: для создания баз картографических данных путем интеграции информации из различных источников; для решения прогнозно-минерагенических задач с использованием данных электронного издания Госгеолкарт-200 и данных, импортируемых из специализированных пакетов и систем (Geosoft, Surfer, Коскад и др.) 3.Актуальной задачей является подготовка учебного пособия по применению технологии ПАРК для решения геологических задач. 4.Необходимо продолжить разработку алгоритмического и программного обеспечения технологии в части обработки и совместной интерпретации разнородных данных, включая анализ изображений. 5.Требуют совершенствования и развития базовые функции ГИС-оболочки, ориентированные на интерактивное картосоставление с использованием баз первичных данных. 6.Следует оценить целесообразность разработки средств прогнозирования геологической ситуации – построения карт-гипотез на основе данных предшественников, геофизической и дистанционной основ геолкарт.
Спасибо за внимание