Формирование информационных систем с возможностью удаленной обработки геофизических данных Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 551

ФОРМИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УДАЛЕННОЙ ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

__ л о

© О.В. Дударева1, А.В. Королёва2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрена возможность хранения геофизических данных в сети Интернет с возможностью удаленной их обработки с использованием программного комплекса GIA (геоинформационный анализ), который обеспечивает интеграцию поиска данных с их обработкой и использованием для прогнозирования геологических объектов. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: программный комплекс GIA; региональные базы данных; целевые базы данных; геоинформационный анализ.

GENERATING INFORMATION SYSTEMS ENSURING GEOPHYSICAL DATA REMOTE PROCESSING O.V. Dudareva, A.V. Korolyova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper considers the possibility of storing geophysical data in the Internet with the feasible remote processing by means of the GIA software package (GIS analysis), which provides the integration of data search and their processing, and the use of geological objects for predictions. 4 sources.

Key words: software package GIA; regional databases; target databases; GIS analysis.

Геология является одной из первых отраслей научно-практической деятельности, в которой около 40 лет назад активно начали внедряться компьютерные технологии, и это объяснимо. Они используются для обработки эмпирических данных, которыми оперируют для прогнозных оценок и правильных научных и управленческих решений. Практически любые затраты на развитие средств информационных систем и систем поддержки этих решений оказывались в конечном счете оправданными.

В связи с тем что многие геологоразведочные организации имеют территориально-разобщенные подразделения, существует потребность в информационных системах, которые обеспечивают доступ к централизованным данным. Для решения проблемы предлагается серверную часть системы с относительно стабильной информацией разместить на сервере в сети Интернет. Для практической реализации этого в настоящее время в связи с развитием информационно-коммуникационных технологий, в частности скоростного Интернета, а также услуг по предоставлению дискового пространства (хостинга) в сетях Интернет существуют все условия. Хостинг - позволит хранить массовые данные. В настоящее время существует множество услуг по представлению дискового пространства, которые отличаются своими условиями, и естественно, что для серьезных проектов нужен платный хостинг. На нем предлагается создать РТР-

сервер, отвечающий за транспортировку файлов на клиентскую часть, в качестве клиентской части предлагается использовать программный комплекс «геоинформационный анализ ^1А)» [1].

Комплекс С1Д предназначен для решения широкого круга задач обработки и анализа геолого-геофизической информации. С1Д включает в себя «оболочку» и функциональные программные модули, динамически вызываемые оболочкой для гибкого построения графов обработки данных. Набор функциональных модулей может постоянно расширяться с одновременным включением в оболочку новых пунктов меню. Для доступа к РТР-серверу в комплекс включается пункт меню связи с РТР-сервером. Такая структура программного комплекса, а также ориентация на хранение исходных данных в реляционной базе позволяют оперативно конфигурировать С1Д для решения конкретного круга задач. В настоящее время С1Д включает в себя программные средства для создания базы данных (или выбора ранее созданной), для ввода в эту базу картографической информации и массовых геофизических данных по конкретной площади, для разделения полей, их интерполяции и построения карт с нанесением на них выбранных картографических объектов, для статистического анализа данных (одномерный, факторный, корреляционно-регрессионный) и прогнозирования геологических объектов и явлений (метод аналогий и системно-

1Дударева Оксана Витальевна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры информатики, тел.: 89027673247, e-mail: odudareva@mail.ru

Dudareva Oksana, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Information Science, tel.: 89027673247, e-mail: odudareva@mail.ru

2Королёва Анжела Владимировна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры информатики, тел.: 89027665441, e-mail: k.a.angelik@mail.ru

Korolyova Anzhela, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Information Science, tel.: 89027665441, e-mail: k.a.angelik@mail.ru

модельный подход, основывающийся на формализации знаний) [2,3].

При решении проблемы организации хранения геофизических данных в региональной базе данных (РБД) необходимо учитывать специфику геофизической информации, которая заключается в следующем [3]:

- геофизические данные в подавляющем большинстве являются площадными, т.е. наборы данных (файлы) обычно привязаны к определенным площадям, а записи, соответствующие отдельным объектам или точкам наблюдения, имеют координатную привязку (при этом специфичен отсчет координаты Y от осевого меридиана шестиградусной зоны);

- геофизические данные характеризуются огромными объёмами, и их подготовка ведется многими предприятиями;

- массовые геолого-геофизические данные характеризуются не иерархической структурой, а масштабами, детальностью и точностью работ.

Важной особенностью материалов для РБД является то, что они отражают в своих фрагментах собранную и систематизированную в разные годы и разными людьми геолого-геофизическую информацию. Цель данной работы заключается в дополнительном обосновании актуальности формирования РБД. Кроме того, в этой работе предлагается современное программное обеспечение, облегчающее как ввод новых фрагментов данных в РБД, так и поиск данных для создания целевых баз, используемых для обобщения материалов, накопленных по площадям, и решения прогнозных задач.

Исходные данные (картографические и массовые геоданные) в рамках GIA хранятся в реляционной базе данных, причем таблицы массовых данных создаются динамически в соответствии с табличным описанием их состава. Хранение данных в реляционной БД облегчает реализацию импорта-экспорта информации и, следовательно, взаимодействие с другими программными средствами. Динамическое создание таблиц массовых геоданных также чрезвычайно важно, поскольку заранее (при конструировании модели данных) невозможно предвидеть, каким количеством признаков будет описываться точка, узел сети или геохимическая проба. Пользователю предоставляется возможность выполнения не отдельных программ (процедур), а гибко формируемых графов обработки данных.

Включение файла локальной методной базы данных, существующей при обработке данных каждого геофизического метода, в РБД сводится к созданию его поискового образа, а также к передаче самого файла. Такая передача заключается в импорте файла из форматов локальной базы и его записи на один из томов соответствующей РБД, например, на том P4801, P4802 и т.п. Технически том может быть представлен диском CD или DVD. При включении в региональную базу данных файлу дается новое имя, например, P4805003 - данные, относящиеся к региональной базе

P48, полученные в 2005 году и помеченные номером 003. Назначение такого подхода - сохранить информацию, полученную в течение года геологическими и геофизическими партиями, работавшими в пределах листа масштаба 1:1000000. Каждая база данных при таком подходе имеет имя, состоящее из трех символов: P48, BRZ, ZRP и т.п. При этом РБД может создаваться для миллионного листа или для территории, выделенной из геологических или прагматических соображений. В последующих примерах подразумевается региональная база ZRP (по одной из площадей в Иркутской области).

Одновременно с включением в РБД в файл поисковых образов (в нашем примере в файл ZRP.RBD) добавляется поисковый образ нового файла. Диалоговое окно для формирования поискового образа файла показано на рис. 1.

При создании поискового образа файла указываются его основные характеристики: имя файла в РБД; серийный номер тома; номер редакции файла (зарезервированное поле); обозначение вида сети, по которой организованы данные (произвольная, прямоугольная и т.п.); «ключи» к координатам в записях файла; граничные координаты площади, к которой относятся данные файла; признак актуальности данных; дескрипторы, например, D=12000,100 - данные гравиразведки (12000) масштаба 1:100000 (100).

Файл поисковых образов в дальнейшем позволяет отобрать из РБД все файлы определенного содержания, имеющие определенную привязку по месту и времени. При создании целевой базы данных вид диалогового окна изменится (рис.2). В этом диалоговом окне выбираются контур целевой площади, ограничения на виды сетей (GRID), дескрипторы D, определяющие в основном геолого-геофизические методы и масштабы исследований, а также идентификаторы отбираемых признаков (P) и новые «ключи» к координатам (CX, CY). При создании целевой базы данных сначала «просматриваются» поисковые образы файлов, относящихся к данной РБД. Поисковые образы, соответствующие запросу, отбираются, и после этого начинается «просмотр» самих файлов региональной базы. Сначала координаты в каждой записи файла РБД пересчитываются к единой системе координат с учетом новых «ключей» CX, CY.

Затем точка, соответствующая записи, проверяется на попадание в пределы целевой площади. Из отобранных записей берутся координаты и указанные в запросе элементы данных (признаки-поля). Так формируется файл целевой базы данных по одному геолого-геофизическому методу. Этот файл может содержать данные многолетних исследований, выполненных на заданной площади. При этом координаты в записях, извлеченных из разных файлов РБД, будут приведены к единой системе. Для формирования файлов целевой базы данных по нескольким геолого-геофизическим методам необходимо несколько раз воспользоваться диалоговым окном, приведенным на рис. 2.

Рис. 1. Диалоговое окно для формирования поискового образа файла РБД

Средством для повышения эффективности прогнозирования на каждой стадии поисково-разведочных работ является комплексное использование геолого-геофизических данных. Для анализа данных второго уровня обобщения в программный комплекс С!Д включены некоторые эффективные методы интерполяции и разделения полей, формирования признакового пространства путем расчета статистик в скользящих окнах для узлов сети, а также программные средства статистического анализа данных. Большая часть этих методов основывается на интеллектуальных алгоритмах, в которых предусматривается автоматический учет неравномерности сети наблюдений, анизотропии поля и т.п. Кроме этих методов, существуют другие эффективные методы анализа полей, которые помогают выделять те геологические объекты, которые могут быть использованы как факторы прогноза месторождений. Так, большой интерес представляют разработки А.А.Никитина, А.В.Петрова,

A.Ю.Давыденко, А.Б.Ломакина, Е.Н.Черемисиной,

B.Н.Добрынина, Ю.А.Воронина и других исследователей.

Так, например, пункт меню ПО-общее/ Интерполяция и разделение полей наглядно иллюстрирует одну из важнейших технологических особенностей 0!Д: пользователю предоставляется возможность выполнения не отдельных программ (процедур), а гибко формируемых графов обработки данных. В диалоговом окне Интерполяция, разделение полей, построение карт (рис. 3) пользователь выбирает контур для

построения карты, а также необходимые признаки. Дело в том, что, кроме X, Y и значения целевого признака (для которого надо выполнить интерполяцию), для построения карт часто требуется номер точки (скважины) и код значка Sign, которым данная скважина обозначается (разведочная, промысловая, параметрическая). Эти данные используются, если на карту наносятся исходные точки (пользователь устанавливает флажок Нанести точки на карту). Формируя граф обработки, пользователь также выбирает способ интерполяции, масштаб карты, шаг дискретизации (расстояние между узлами интерполяции) и способ учета фона. Более того, можно установить флажок Выполнить итерационное осреднение поля и тогда будет выполнена интерполяция и построение двух карт - сглаженного и остаточного полей.

А можно в качестве метода расчетов выбрать Расчет статистик в скользящем окне - тогда для узлов сети в скользящем окне радиуса R для выбранного целевого признака PJ будут рассчитаны статистики: MPJ (среднее), SPJ (стандарт), VPJ (коэффициент вариации), APJ (асимметрия), EPJ (эксцесс). Для одного из этих признаков (кроме MPJ) можно построить карту (рамка Построить карту для одной из статистик с соответствующими кнопками появляется при расчете статистик на месте рамки Фон), а все результаты можно сохранить в файле PJ--Cont.3F (PJ - идентификатор признака, Cont - идентификатор контура, в котором строится карта). Поскольку записи этого файла содержат все рассчитанные статистики,

Рис. 2. Диалоговое окно для формирования целевой базы данных

Геоинформационный анализ - [Интерполяция, разделение полей, построение карт]

q Файл Данные ПО-общее Окна Справка

-TnJxl

|Н|<|Конгуры ИМ

[С2~

N| < [Признаки ИН |GKVK

рг

N| Объект |Полн назв Р

1 С1 Контур С1

2 С2 Контур С2

3 СЗ Контур СЗ

4 GG Контур горного отвода

7 Е1 Е1

Выполнить итерационное осреднение поля и построить карты сглаженного н остаточного полей Способ интерполяции (получения рез-тов в узлах сети) (• Точечные источники С С учетом анизотропии поля С Расчет статистик в скользящем окне

Таблица N Призна л.

GKVK 1 N

GKVK 2 X

GKVK 3 Y

GKVK 4 н —

GKVK 5 SIGN

GKVK G HK2

GKVK 7 12

HGKVK 8 ET1 ■

GKVK Э KP1

Í1Í "I..... - rñ

Выбрать признак

|N,X,Y, SIGN, ЕТ1

Выбрать целевой признак

Масштаб—

Г 1:1000000 Г 1:100000

Г 1:500000 Г 1:25000

í* 1:200000 Г 1:10000

Подписывать координаты на карте |7 Нанести точки на карту |7 Создать Файл PJ--CÜNT.3F Создать, но не выполнять граф обработки данных

Ш аг дискретизации, см в масштабе карты С 0.25 (• 0.5 Г 1

í* Параболический

J! | 4 | Картографические объекты, наносимые на карты ► ►!

N Объект Полн назв Тип об Тип ЛИН1Ж

1 С1 Контур С1 2

2 С2 Контур С2 2

3 СЗ Контур СЗ 2

4 G0 Контур горного отвода 2

5 GVK Газо-всдяной контакт 1

T 6 VKL Линия выклинивания 1 ■

7Е1 Е1 2

M I 'П

Значение целевого признака в точках объекта (дополн. данные)

|VKL

Выбрать объект

ПрОДОЛЖИТЬ

G0,GVK; 0,VKL;0

Ключи к координатам - задаются, если на карте требуется сетка географических координат Центральный мерцциан зоны - СМ |-|[|5 Смещение СХ 16000

Смещение CY |-|qq

Рис. 3. Диалоговое окно Интерполяция и разделение полей, построение карт

11.Ц . 1п1 х|

Файл Просмотр Параметры

Своб(%): Э 43 О 55 и 43 М 130376К

Рис. 4. Пример карты, полученной в результате применения GIA

то очень легко построить карту любой из них, изменив единственный символ в графе обработки данных.

Формируя граф обработки, можно выбрать картографические объекты, которые должны быть нанесены на карту. Для некоторых из этих объектов можно задать значения целевого признака. Это важно, когда на части площади точных данных нет (например, нет скважин на краях месторождения углеводородов), но геологи по другим данным строят картографические объекты, для точек которых значение целевого признака известно (например, эффективная толщина продуктивного пласта в точках линии выклинивания и газо-водяного контакта равна нулю).

Наконец, если при заполнении рассматриваемой диалоговой формы указать "ключи" к координатам, то на карту будет еще нанесена сетка географических координат. Таким образом, за 1 минуту общения с диалоговым окном можно сформировать и запустить граф обработки, позволяющий еще через несколько секунд или минут (в зависимости от объемов данных и мощности компьютера) получить карту изолиний с

нанесенными на нее исходными точками, желаемыми картографическими объектами и сеткой координат (рис. 4).

На карту остается нанести только заголовок и условные обозначения, а это позволяет сделать та же графическая системная программа GSP, с помощью которой карта выводится на экран в любом масштабе или строится на плоттере. Эта программа автоматически включается в граф обработки, обычно завершая его, но может быть также вызвана из меню Файл/Редактиров. и печать графич. документов.

Таким образом, технология создания региональных, а из них - целевых баз данных обеспечивает концептуальное единство общего программного обеспечения геолого-геофизических исследований, дает возможность комплексного анализа геолого-геофизических данных для решения прогнозных задач, а хранение данных в сети Интернет позволяет использовать данные с любого рабочего места при условии доступа.

Библиографический список

1. Ломтадзе В.В. Технология геологического прогнозирования на основе системно-модельного подхода // Вестник ИрГТУ. 2001. Вып.10.

2. Ломтадзе В.В., Шишкина Л.П., Бородаченко В.В. Концепция файловых баз данных (ФБД) и ФОРТРАН-ФБД. Материалы мирового центра данных Б. М.: АН СССР, 1986. 91 с.

3. Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований. М.: Недра, 1993. 268 с.

4. Ломтадзе В.В., Дударева О.В. Геоинформационный анализ: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. 60 с.