Кузнецов О.Л., Никитин А.А., Черемисина Е.Н. Геоинформатика и геоинформационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

исходные данные, в отличие от геофизических, нередко фрагментар-

ны, имеют невысокую достоверность. Обработки подобных данных и

слабо формализованных правил (знаний) проводятся на основе экс-

пертных систем. В качестве эксперта может выступать специалист –

геолог, проработавший длительное время в одном регионе и решаю-

щий конкретную геологическую задачу;

– построение информационно-вычислительных систем для передачи

исходной геоинформации и результатов её обработки с АРМ и ПВК

на более мощные, региональные вычислительные комплексы, а также

для обмена информацией между АРМ и ПВК. Для геолога и геофи-

зика невозможно обойтись без контактов и связей с внешним миром.

Среди многообразия подобных связей отметим: а) общение с руково-

дством и соисполнителями по решению аналогичных задач, со спе-

циалистами и экспертами из других организаций; б) обращение к

фондовым и архивным материалам. В настоящее время происходит

существенная реорганизация геологических фондов по переводу их в

мощные, оснащенные современной вычислительной техникой базы и

банки знаний коллективного пользования; в) использование глобаль-

ной сети ИНТЕРНЕТ.

Приведем примеры построения и применения полевых вычислитель-

ных комплексов и автоматизированных рабочих мест.

Современная технология геофизических исследований должна бази-

роваться на полевых вычислительных комплексах, которые осуществляют

первичную, рутинную обработку и экспресс-содержательную обработку,

что позволяет разгрузить экспедиционные и региональные вычислительные

центры, а также повысить производительность и эффективность съемок.

Прежде всего это касается съемок потенциальных и электромагнитных по-

лей наблюдений, поскольку в современных компьютеризированных сейсми-

ческих и каротажных станциях такая первичная обработка обычно прово-

дится.

Основными элементами технологии с применением ПВК являются:

1) использование в регистрирующей аппаратуре памяти такого объема, ко-

торая позволяет хранить наблюденные данные не менее чем за одну рабо-

чую смену; 2) ежедневная запись информации на магнитные носители на

месте производства работ, что уже реализуется в компьютеризированных

гравиметрах и магнитометрах; 3) составление копий собранной информации

на магнитных носителях для дублирования и отчетности; 4) ежедневный

контроль кондиционности собранной информации, коррекция ошибок при

перезаписях на магнитные носители путем построения графиков и карт изо-

линий наблюденных полей.

Все указанные элементы позволяют оперативно влиять на методику

проведения работ (изменение шага съемок, детализация отдельных интерва-

лов наблюдений, изменение ориентировки сети наблюдений и т.д.)

Первые ПВК появились на базе разработок сибирских ученых: ПВК

«ПУРО-1 (СНИИГИМС), ПВК-3 и ПВК-4 (СО РАН). ПВК-3 был создан для

обработки электроразведочных данных. ПВК МОЛ-601 (Рудгеофизика) был

предназначен для экспресс-обработки аэромагнитных и аэроспектрометри-

ческих данных, а также данных наземной магнитной съемки. В 1990г. было

начато серийное производство ПВК «ТОПАЗ» в НПО Сибгео с достаточно

широким спектром программ по обработке и интерпретации данных потен-

циальных полей и электроразведки методами постоянных токов. Однако все

созданные типы ПВК, в связи с резким сокращением объемов полевых гео-

физических съемок в начале 90-х годов, не получили дальнейшего развития,

и их выпуск и эксплуатация были прекращены.

В то же время автоматизированные рабочие места (АРМ) нашли дос-

таточно широкое применение, особенно при геофизических исследований

скважин. В 1992 – 1997г.г. во ВНИИГеосистем были созданы макеты целой

серии АРМ-«Петрофизика», «Лаборатория», «Геомодель», «Электронное

дело скважины» и т.д. для подсчета балансовых и извлекаемых запасов неф-

ти и газа. В результате исследований ВНИИГеосистем, ВНИГНИ, ВНИИ-

ГИК и др. в России появляется система автономных АРМ, связанных между

собой форматами обмена данных. Различают три типа подобных АРМ по

Е.Е. Полякову [29].

Измерительные АРМы. К этому типу относятся АРМ-

«Лаборатория» (В.Г. Мамяшев, ЗапСибВНИИГеофизика), включающая

АРМы по литологии, физике пласта, петрофизическим исследованиям, ана-

лизу нефти и широко использующаяся в АО Тюменьпромгеофизика.

АРМ ПВК 1 (С.М. Махмутов, ВНИИГеосистем) для регистрации и

первичной обработки геофизической информации в составе каротажной

станции как для стандартного комплекса каротажа, так и для высокоинфор-

мативного специального комплекса (ИННК, АКШ, ЯМК ит.п.)

АРМ ПВК 1 получил распространение во всех геофизических экспе-

дициях бывшего Мингеологии России (ныне Министерство природных ре-

сурсов), а также в организациях Газпрома и Минэнерго.

АРМ-электронное дело скважины (АРМ-ЭДС) создан в СНИИГИМ-

Се под руководством В.Д. Свиньина.

АРМ-ЭДС выполняет как измерительные, так и интерпретационно-

информационные функции.

Интерпретационные АРМы. АРМ – петрофизик «Сапфир» создан

под руководством В.Г. Петерсилье коллективами ВНИГНИ, ВНИИГИКа и

ВНИИГеосистем для формирования фильтрационно-емкостной модели кол-

лектора по данным полного комплекса стандартных и специальных иссле-

дований керна, обменивается информацией с АРМ-интерпретатор ГИС

(геофизических исследований скважин), получил широкое распространение

в интерпретационных геофизических службах нефтяных компаний.

АРМ-АКУСТИКА «Пакет-ВК» предназначен для обработки полного

волнового пакета данных широкополосного акустического каротажа, создан

под руководством В.И. Ищенко и Е.Е. Полякова во ВНИИГеосистем. Ре-

зультатами работы АРМ является расчет фазовых и интервальных времен

вступления различных типов волн: продольных, поперечных, определение

фазовых амплитуд и энергий для заданного типа волн.

Эти результаты записываются в формате АРМ ГИС-Подсчет. (Здесь и

далее в настоящем разделе ГИС – это геофизические исследования скважин)

АРМ-интепретатор ГИС (АРМ ГИС-Подсчет) создан во ВНИИГеосистем и

является развитием автоматизированной системы Подсчет для ПЭВМ (Е.Е.

Поляков и А.Я. Фельдман) [29].

Этот АРМ предназначен для анализа данных ГИС с целью формиро-

вания литологической модели, выделения коллекторов и оценки их фильт-

рационно-емкостных свойств (ФЕС). Основные функции, выполняемые с

помощью АРМ ГИС-Подсчет, сводятся к комплексному анализу данных

стандартных и специальных ГИС и керна скважин для определения под-

счетных параметров залежей а также к анализу и обобщению результатов

обработки ГИС по группе скважин исследуемого месторождения. АРМ

ГИС-Подсчет получил распространение более чем в 30 производственных

организациях.

Модельные АРМы. АРМ «Геомодель» реализует картопостроение до

уровня подсчетных планов, карт эффективных толщин залежей углеводоро-

дов. Под руководством Е.Е. Полякова и М.Я. Финкельштейна (ВНИИГеоси-

стем) была создана версия «Геомодель-2» для построения карт кровли объ-

екта и эффективных толщин. Апробация АРМ «Геомодель-2» проведена при

подсчете запасов целого ряда месторождений углеводородов Западной Си-

бири.

АРМ «КИН» создан для оценки и обоснования коэффициента извле-

чения нефти (КИН) под руководством С.Д. Богданова. В АРМ «КИН» гид-

родинамические расчеты выполняются для трехмерной модели. Схема гео-

логического строения пластов учитывает характер их насыщения флюидами

и реализуется на базе трехмерной корреляции разрезов скважин. Функцио-

нально АРМ «КИН» состоит из блоков схематизации геологического строе-

ния, гидродинамических расчетов динамики технологических показателей

разработки, используется во ВНИГНИ.

Проведенный Е.Е. Поляковым анализ существующих типов АРМ по

обработке каротажных материалов и применяемых в процессе интерпрета-

ции технологий решения различных промыслово-геофизических задач пока-

зывает [29]:

– необходимость развития в АРМ – технологиях интерактивного про-

цесса интерпретации для разрезов сложного геологического строе-

ния;

– возможность проведения интерпретации в реальном времени в связи

с возрастанием мощности ПЭВМ;

– целесообразность использования тестовых (модельных) задач для

оценки качества комплексной обработки и интерпретации исходных

данных;

– эффективность применения системы Map Info (см. раздел 5.3) в каче-

стве пользовательского интерфейса с географическими картами;

– реальное время, затрачиваемое на интерпретацию данных не зависит

от класса ЭВМ, а определяется только технологией обработки, каче-

ством программных средств и скоростью реакции интерпретатора на

изменение результатов обработки.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение автоматизированной системеобработки

г5еоданных.

2. Каковы основные структурные элементы автоматизированной

системы?

3. Сформулируйте основные функции операционной системы и

приведите примеры операционных систем.

4. Привидите примеры автоматизированных систем обработки

и интерпретации данных отдельных геофизических методов.

5. Основные автоматизированные системы обработки геоданных

геофизических технологий.

6. Основные автоматизированные системы комплексного анализа

геолог-геофизических данных.

7. Примеры полевых вычислительных комплексов и автоматизи-

рованных рабочих мест в разведочной геофизике.

ГЛАВА V. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Разработка географических информационных систем являлась новым

этапом в развитии автоматизированных систем обработки и интерпретации

геоданных.

Географические информационные системы – это компьютерные тех-

нологии, работающие с координатно-привязанными объектами или описы-

вающей их информацией, в отличие от АСОД, для большинства которых

покоординатная географическая привязка исходных данных и результатов

обработки отсутствует. Важно подчеркнуть именно координатную привязку

изучаемых объектов различной сложности в географических системах. Ос-

новой их создания послужили, с одной стороны, картографические системы,

направленные на построение карт различного назначения: географических,

топографических, геологических, планов городов, лесных массивов, сель-

скохозяйственных угодий и т.д., с другой стороны, информационно-

поисковые системы, обеспечивающие быстрый поиск требуемой записи,

массива, файла по их символам (индексам).

В свою очередь, географические информационные системы, не пред-

назначенные для решения задач геокартирования и поисков полезных иско-

паемых, определили развитие геоинформационных систем и технологий на

базе синтеза АСОД и географических систем [1].

5.1. Понятие о географической информационной системе

Существуют различные определения географической информацион-

ной системы (ГИС), будем придерживаться следующего определения [9]:

«ГИС – информационная система, обеспечивающая сбор, хранение,

обработку, отображение и распространение координатно-привязанной ин-

формации о точечных, линейных, площадных и пространственных объектах

в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, матричных).

По территориальному признаку выделяют глобальные ГИС и локальные или

местные ГИС (городские, муниципальные).

ГИС различаются также предметной областью информационного мо-

делирования: природоохранные ГИС, земельные (включая составление зе-

мельных кадастров), лесные, минеральных и водных ресурсов и т.д.

Интегрированные ГИС (или ИГИС) совмещают функциональные

возможности ГИС и систем цифровой обработки, например, изображений, в

частности, данных дистанционного зондирования в единой среде.

Пространственно-временные ГИС оперируют пространственно-

временными данными. Так, например, в ОАО «Центральная геофизическая

экспедиция» создана система динамической визуализации DV-Seisgeo, реа-

лизующая обработку трехмерной сейсмической информации с учетом её

изменения в геологическом времени [18].

Основным назначением ГИС является формирование цифровых мо-

делей изучаемых объектов, в частности, местности, а также проектирование

электронных карт на базе исходной геоинформации.

Аналогично автоматизированным системам на этапе сбора и первич-

ной обработки геоинформации в ГИС обеспечиваются создание моделей

данных на этапе хранения и построение моделей геообъектов и, наконец, на

этапе представления результатов – получение различных типов карт.

Современные ГИС являются интегрированными системами, посколь-

ку реализуют комплексный анализ как при обработке геоинформации, так и

при моделировании объектов.

Технология моделирования в ГИС ориентируется на следующие

принципы [1]:

– генерализации, т.е. создание и применение единой интегрированной

информационной основы;

– комплексности, состоящей в комплексном анализе геоданных при

моделировании объектов;

– интервальности для интерактивного взаимодействия с цифровой мо-

делью;

– единственности модели на всех этапах и стадиях обработки инфор-

мации;

– максимальной инвариантности организации информационных ресур-

сов, т.е. их слабой зависимости от конкретной области применения.

Используя принципы генерализации и инвариантности, множество

данных о геообъектах сводится к конечному объёму, легко поддающемуся

анализу.

Это достигается применением моделей, сохраняющих основные

свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств.

Именно поэтому первым этапом разработки ГИС и технологии её примене-

ния является обоснование выбора моделей данных при создании информа-

ционной основы ГИС.

В ГИС все многообразие входных данных, т.е. информация о различ-

ных геообъектах, их характеристиках, о формах и связях между объектами

преобразуются в единую общую модель (набор моделей), хранимую в БД.

Модели объектов ГИС в базе данных состоят из более простых час-

тей, которые называются моделями данных. Модели данных в ГИС обычно

имеют сложную многоуровневую структуру, в которой нижние уровни со-

стоят из элементарных моделей данных, из последних конструируются бо-

лее сложные.

Таким образом, организация БД в ГИС сводится к организации моде-

лей объектов, что определяет необходимость предварительного анализа

свойств элементарных моделей данных, составляющих более сложные мо-

дели в БД и выбора базовых моделей с учетом конкретной предметной об-

ласти.

При анализе данных используют методы классификации, решающие

задачи:

– разделения исходных измерений на устойчивые группы, т.е. реализу-

ется классификация без учителя или кластеризация;

– оценки информативности сгруппированных данных относительно

совокупности известных эталонных объектов, т.е. реализуется распо-

знавание образов с обучением на эталонах;

– структурно-аналитического изучения и классификации логических

связей в алгоритмах и программах.

Данные в ГИС рассматриваются с учетом их пространственного,

временного и тематического аспектов. Для определения местоположения

данных в ГИС используют один класс данных – координаты, а для опреде-

ления параметров времени и тематической направленности – другой класс

данных – атрибуты (или признаки).

Геометрическая информация, содержащаяся на карте, определяется

как совокупность точек, линий, контуров и площадей, имеющих метриче-

ские значения, отражающие трёхмерную реальность. Эта информация обра-

зует класс координатных данных ГИС, которые в свою очередь определяют

класс координатных моделей [1].

Класс координатных моделей в ГИС содержат основные типы коор-

динатных данных: точки (узлы, вершины), линии незамкнутые (реки, грани-

цы), области или контуры, например, водоёмы, интрузивные массивы, а

также полигоны (ареалы) – группы примыкающих друг к другу замкнутых

участков.

В ГИС выделяются три основных типа взаимосвязей между коорди-

натными объектами:

– взаимосвязи для построения сложных объектов из простых элемен-

тов, например, взаимосвязи между дугой и упорядоченным набором

определяющих её вершин;

– взаимосвязи, вычисляемые по координатам объектов, например, ко-

ординаты точки пересечения двух линий определяют взаимосвязь

типа «скрещивания». Табличные координаты отдельной точки и дан-