Shpory_KT (1)

19. Компьютерные технологии комплексной интерпретации данных наземных геофизических методов.

Количественная комплексная интерпретация геофизических данных, в отличие от комплексного анализа, требует реализации достаточно сложных алгоритмов по решению прямых и обратных задач геофизики. Ее результатом является построение комплексных согласованных физикогеологических моделей среды или отдельных объектов. Достаточно много технологий создано по количественной комплексной интерпретации данных сейсморазведки и гравиразведки. Для решения прогнозно-поисковых задач на нефть и газ выделяется технология GCIS .Технология основана на совместном решении обратных задач сейсморазведки и гравиразведки. При этом изучаемый объект задается в виде модели слоистой среды, с априори заданными скоростными и плотностными характеристиками. Интерпретация сейсмических данных осуществляется в рамках кинематической задачи. Построение согласованной сейсмоплотностной модели среды осуществляется путем минимизации обобщенного функционала на основе интерактивного подбора. При этом предполагается, что минимум такого функционала реализуется при условии соответствия с одной стороны, скоростной модели волновому полю отражений ОГТ, а с другой стороны, плотностной модели – гравитационному полю наблюдений. Итерационный процесс состоит в последовательном нахождении решений, при котором результат, полученный при интерпретации данных гравиразведки передается для конструирования функционала по данным сейсморазведки и последующего нахождения решения, далее найденное решение для сейсморазведки передается для конструирования функционала по данным гравиразведки и так далее. В рамках параметризации используется аппроксимация среды наборами призм, что обеспечивает расчет прямой задачи. Технология GCIS развивается путем математического моделирования динамики формирования изучаемого объекта, результаты которого является последовательность статистических моделей, а параметризация заключается в оценке параметров по управлению динамикой процесса формирования углеводородов. Компьютерная технология комплексной интерпретации данных сейсморазведки и электроразведки по методу зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) создана в НВНИИГГ и ЗАО «Геонефтегаз» под руководством Н.П. Смилевец. Эта технология реализует построение согласованных сейсмоэлектрических временных разрезов при решении прогнозно-поисковых задач нефтегазовой геологии. В ее основе заложено использование практически функциональной зависимости между _t0 временных сейсмических разрезов и временем становления поля , а именно _t0 =a . Величина коэффициента связи «а» меняется от 0,5 до 0,8 для различных типов пород. Коэффициент «а» является функцией средней скорости и удельной электропроводности горизонтально-слоистой модели геологического разреза. Переход к глубинам контактных поверхностей разреза осуществляется на том основании, что в сейсморазведке аналогом глубины является время отраженных волн , а в электромагнитной разведке аналогом кажущейся глубины исследований – соответственно величина . Для высокоскоростных и высокоомных отложений отмечается возрастание коэффициента «а» с глубиной исследований, при этом «а» равен 0,6. Для разрезов, представленных терригенными отложениями, величина коэффициента «а» составляет 0,8. Необходимым условием для достоверного построения согласованных сейсмоэлектрических временных разрезов является совпадение электромагнитных зондирований с сейсмическими пикетами по линии общего профиля. Развитием технологии СЭВР является технология COMINTER, включающая программно-алгоритмическое обеспечение по преобразованию данных электромагнитных и потенциальных полей в масштаб временного сейсмического разреза. Это позволяет в едином координатном пространстве (x, t) обеспечить построение согласованного по физическим параметрам временного разреза с целью более надежного прогноза литологии и нефтегазоносности коллекторов. Компьютерная технология комплексной интерпретации данных гравиразведки и магниторазведки СИГМА-3D реализует построение согласованных по плотности и магнитной восприимчивости 2-D и 3-D моделей геосреды, в частности, модели кристаллического фундамента. Ведущей в технологии СИГМ-3D является комплекс программ REIST, обеспечивающий построение модели субгоризонтального слоя с латерально изменяющимися намагниченностью и плотностью. Верхняя кромка моделируемого слоя задается, например, по данным сейсморазведки или электромагнитных зондирований, или на основе корреляционного зондирования полей. Нижняя кромка слоя принимается горизонтальной, а ее амплитуда оценивается по спектру интерпретируемого поля. В то же время и нижняя граница может быть задана из тех же априорных данных, что и верхняя. Для решения обратных задач гравиразведки и магниторазведки сформированный субгоризонтальный слой аппроксимируется совокупностью квадратных, либо треугольных в плане вертикальных однородных призм, расположенных в один этот слой. Элементарные призмы располагаются не только в областях съемки, но и на обрамлении исследуемого участка (территории) для учета краевых эффектов. Размер призм в плане выбирается исходя из средней глубины залегания верхней границы слоя и примерно принимается ей равным. Далее по наблюденным полям с помощью спектрального эквивалентного приема определяется разность между плотностью или намагниченностью каждой из элементарных призм по отношению к одной из них, принимаемой в качестве базовой. При моделировании магнитных аномалий требуется задание направления вектора намагниченности пород, которое принимается совпадающим с направлением главного геомагнитного поля в изучаемом регионе. В комплексе REIST с этой целью имеется возможность вычисления компонент нормального геомагнитного поля. При заданных условиях избыточные (или эффективные) плотности и намагниченности каждой из элементарных призм определяются однозначно. Важно, что исходные гравитационное и магнитные поля при этом задаются в реальных точках наблюдений, т.е. при неравномерной сети с учетом высоты над поверхностью геоида. Число точек магнитной съемки, как правило, значительно больше числа элементарных призм. Поэтому часть из них относится программным комплексом к активным, по которым ведется коррекция модели в процессе последовательных приближений. Другая часть точек наблюдений считается пассивной, для них вычисляется поле подбираемой модели, по ним же оцениваются погрешности подбора при каждой итерации. Применительно к данным гравиразведки описанный итерационный процесс реализует решение линейной обратной задачи, в то время как для магнитных аномалий ∆Т осуществляется решение нелинейной обратной задачи. Это обстоятельство отличает технологию СИГМ-3D от других аналогичных компьютерных систем, для которых применяются линейное, чаще всего гармоническое приближение для аномалий ∆Т. Подобный процесс интерпретации полностью устраняет влияние на результаты постоянного регионального фона. Помимо распределения эффективных физических параметров в изучаемом слое интерпретатор получает остаточное поле, как разность наблюденного поля и поля подобранной модели, например, фундамента, непосредственно в точках наблюдений. Это поле также содержит помехи техногенного происхождения и вызванные погрешностями аппроксимируемой модели. Однако остаточное поле позволяет эффективно решать задачи по изучению осадочного чехла. В технологию СИГМА-3D включен пакет DVOP, реализующий построение трехмерной модели распределения физических свойств горных пород, для которых интерпретатор получает возможность извлекать отдельные разрезы в вертикальной плоскости или погоризонтные планы. Технология СИГМА-3D была эффективно использована при изучении геологического строения кристаллического фундамента платформенных областей, в частности для построения обновленных карт фундамента Русской платформы. Для условий горной местности, где аномальные эффекты, обусловленные влиянием расчлененного рельефа, многократно превышают полезные сигналы от искомых геологических объектов, А.С. Долгалем создана технология RELGRV-RELMAG , обеспечивающая комплексную интерпретацию данных гравиразведки и магниторазведки.

20. Базы данных и экспертные системы. Системы PROSPECTOR и STEPCLASS.

База знаний (БЗ) – это совокупность имеющихся сведений о проблемной области, для которой предназначена ЭС, представленная в виде формальной структуры, обеспечивающей использование предварительно установленных правил.

База знаний содержит факты (или утверждения) и правила. Факты представляют собой краткосрочную информацию в том смысле, что они мо-гут изменяться. Так, например, при прогнозно-поисковых работах данные о физических свойствах горных пород и руд, данные о геофизических, геохи-мических полях, как правило, непрерывно пополняются новой информацией или изменяются в связи с переходом в новые районы и т.д. По существу, факты – это база данных.

Правила представляют более долговременную информацию, которая обеспечивает порождение новых фактов, новых геологических заключений или новых гипотез с помощью механизма логического вывода. Основное различие между базой данных и базой знаний состоит в том, что база знаний должна обладать определенными творческими воз-можностями, в то время как факты в базе данных пассивны.

Экспертная система, по определению Британского компьютерного общества, рассматривается как результат создания в ЭВМ основанной на знаниях компоненты, соответствующей навыку эксперта, в такой форме, которая позволяет системе дать разумный совет или принять разумное ре-шение о функции обработки данных.

По определению, данному в словаре основных терминов по геоин-форматике [9], экспертная система – это система искусственного интеллекта, включающая базу знаний с набором правил и механизмом вывода, позво-ляющим на основании правил и представленных пользователю фактов распо-знать ситуацию, дать прогноз, поставить диагноз, сформулировать решение или рекомендацию. Рабочая память ЭС предназначена для хранения данных. Данные в ра-бочей памяти в простейшем случае являются константами и (или) перемен-ными. Переменные трактуются как характеристики некоторого объекта, а константы – как значения соответствующих характеристик

Система PROSPECTOR

В данном разделе приведены сведения о первой ЭС в геологии – PROSPECTOR (Станфордский исследовательский институт, США). Она содержит более 1000 правил и использует таксономию геологических терминов из более чем 1000 понятий, включает сложный пакет средств под-держки, содержащий и средства объяснения и средства приобретения зна-ний; на разработку системы с 1974 по 1983гг. было затрачено 30 человек/лет.

Система PROSPECTOR удачно сочетает представление знаний, основанных на правилах, и представление знаний семантической сетью.

Правила в PROSPECTOR чаще всего имеют простую структуру: в части ЕСЛИ каждого правила содержится немного свидетельств (часто только одно).

Та часть системы, которая в действительности осуществляет "распространение вероятности" вверх по сети вывода, это и есть то, что в системе PROSPECTOR называется "механизмом вывода". Поскольку правила начинают обрабатываться с части ЕСЛИ и затем система переходит к части ТО, та-кой тип обработки называют прямой цепочкой рассуждений

STEPCLASS

Эта система представляет собой функциональную среду для выявле-ния знаний и проведения на их основе соответствующей экспертизы глав-ным образом в задачах классификации.

В системе реализован новый подход к структуризации проблемной области (формированию признакового пространства) и выявлению решаю-щих правил эксперта с обеспечением их полноты и непротиворечивости в рамках формируемой структуры.

Процесс выявления экспертных знаний при решении конкретной прикладной задачи реализуется в системе STEPCLASS в два этапа: предва-рительная структуризация проблемной области и собственно классификация на основе знаний эксперта в рамках полученной структуры с возможностью уточнения последней.

22. Спутниковые навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС) и спутниковые системы связи.

ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС, GLONASS) – российская спутниковая система навигации. На сегодня в мире функционируют две системы глобальной спутниковой навигации: GLONASS и GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования.

Спутниковая навигация применяется и в сельском хозяйстве, где используется для автоматической обработки земельных угодий комбайнами, и в горнодобывающей промышленности.  Круг применения технологий спутниковой навигации постоянно расширяется, и сейчас даже трудно представить, какие еще области применения космических навигационных систем появятся. Достаточно заметить, что сейчас точность позиционирования в реальном времени в абсолютном пространстве составляет до 3 сантиметров.

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения (координат), скорости движения (составляющих вектора скорости) и точного времени различными категориями потребителей (морскими, воздушными, наземными и др.).  Она обеспечивает глобальное, непрерывное навигационное обслуживание всех категорий потребителей круглогодично, в любое время суток вне зависимости от метеорологических условий, неограниченное количество одновременно и непрерывно обслуживаемых мобильных и стационарных потребителей на всей поверхности Земли и на высотах до 2000 км.

Система навигации ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей. Благодаря ГЛОНАСС можно осуществлять спутниковый мониторинг наземного, морского и воздушного транспорта.

Сферы применения Современные средства спутниковой навигации уже сейчас широко используются в различных областях социально-экономической сферы и позволяют выполнять:

навигацию наземных, воздушных, морских, речных и космических средств, управление транспортными потоками на всех видах транспорта, контроль перевозок ценных и опасных грузов, контроль рыболовства в территориальных водах, поисково-спасательные операции, мониторинг окружающей среды; геодезическую съемку и определение местоположения географических объектов с сантиметровой точностью при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, в строительстве; синхронизацию в системах связи, телекоммуникаций и электроэнергетике;

решение фундаментальных геофизических задач; персональную навигацию индивидуальных потребителей.

GPS — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя

Спутниковые системы связи.

Спу́тниковая свя́зь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путём вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от десятков до сотен тысяч км. Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного.