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

Подождите немного. Документ загружается.

– сочетания компьютерных и экспертных методов анализа при созда-

нии уточненной геологической основы и её дополнений дистанцион-

ными, геохимическими и геофизическими данными;

– этапности (последовательности), реализуемого в два этапа: генерали-

зации исходных материалов масштаба 1:50 000 с созданием макетов

карт масштаба 1:200 000 и генерализации имеющихся и обновленных

карт масштаба 1:200 000 для создания макета Госгеолкарты – 1000

масштаба 1:1 000 000.

– абстрагирования от частных и мелких деталей и характеристик объ-

ектов, т.е. следует удалять мелкие тела и разломы, не имеющие

принципиального значения;

– структурированности, состоящего в издании жесткой тектонической

основы Госгеолокарты – 1000 с отражением основных структур,

шовных зон и сквозных границ структурно-фациальных областей.

Функции автоматической генерализации векторной информации при

преобразовании масштабов геологических карт сводятся и реализуются пу-

тем служебных процедур, генерализации линейных и площадных элемен-

тов.

К служебным процедурам относятся склеивание карт, вырезание

произвольного контура из карты, разбиение объектов карты на дуги, т.е. на

участки, принадлежащие одному или более объектам, обнаружение участ-

ков с нарушением топологии.

Генерализация линейных элементов включает в себя:

– объединение разломов, которое состоит в соединении в единый раз-

лом группы продолжающих друг друга однонаправленных разломов,

либо в квазипрямолинейные, либо в фрагменты кольцевых наруше-

ний;

– разбраковку разломов, проводимой по их соотношению с геологиче-

скими границами, т.е. выделяются разломы, не имеющие с геологи-

ческими границами общих точек, разломы, имеющие общие дуги с

границами и разломы, пересекающие границы. Определение преоб-

ладающих направлений разломов осуществляется по их розе – диа-

грамме;

– генерализацию разломной тектоники по основным направлениям,

которую начинают с разлома максимальной длины. При этом близко

расположенные к последнему разломы того же направления либо

подсоединяют к разлому максимальной длины, либо их удаляют при

короткой длине, либо заменяют на один, идущий между двумя близ-

ко расположенными и параллельными разломами.

Генерализация геологических границ включает в себя:

– удаление общих границ, состоящее в разбиении на дуги объектов

некоторого класса, поиска общих дуг у этих объектов, удаление та-

ких дуг и объединение объектов из оставшихся дуг;

– удаление внемасштабных объектов сводится к их разбиению на ду-

ги с использованием всех площадных объектов. Далее каждый малый

объект переводится в растровую форму, каждая его дуга окрашивает-

ся в свой цвет. Векторизовав границы между цветами и заменив дуги

векторизованными границами, получают новые границы объектов,

граничивших с малыми, после чего малый объект удаляется, по-

скольку его область уже разделена между соседями;

– разрежение геологических границ заключается в удалении из дуг

точек, которые не различимы в результирующем масштабе;

– сглаживание геологических границ проводится для загрубления ри-

совки границ и исключения деталей, несоразмеримых с масштабом

создаваемой карты. При этом все объекты разбиваются на дуги и ка-

ждая дуга сглаживается заменой координат точки на оценку среднего

(или медианы) по всем точкам, расположенных на дуге в окрестности

данной. В сглаженных дугах отмечаются все приближенные прямо-

линейные участки и удаляются внутренние точки этих участков с оп-

ределением и удалением слишком узких в результирующем масшта-

бе фрагментов объектов, таких как «перемычки» и «носы»;

– притягивание геологической границы к линейным элементам реа-

лизуется путем проверки всех вершин на близость к линейному эле-

менту.

Если какая-то вершина подходит к нему ближе, чем указано, то они

проецируются на линейный элемент. При проецировании фрагмента пло-

щадного объекта на линейный, может возникнуть вырожденная петля. Та-

кой случай отслеживается и петля уничтожается.

Технология построения Госгеолкарты – 1000 в ГИС ИНТЕГРО осу-

ществляется путем генерации информации геологических карт масштабов

1:50 000 и 1:200 000, реализуемой в переходе от масштаба 1:50 000 к мас-

штабу 1:200 000, а затем уже к масштабу 1:1 000 000. При этом вначале соз-

дается обновленная геологическая основа масштаба 1:200 000 на базе об-

новленной легенды.

Одновременно с разработкой обновленной легенды проводится ана-

лиз исходных материалов, который включает анализ сведений о масштабе

карты, годе её создания, состояния работ по каждому номенклатурному лис-

ту. Геологические карты масштаба 1:50 000 монтируются и сшиваются в

планшеты в соответствии с номенклатурными листами Госгеолкарты – 200 с

привязкой и монтажом растровых изображений и дальнейшей векторизаци-

ей и построением цифровых моделей исходных карт.

При этом реализуются все вышеперечисленные процедуры генерали-

зации линейных элементов и геологических границ. Созданная в соответст-

вии с серийной легендой геологическая основа масштаба 1:200 000 сбивает-

ся по рамкам листов, уточняется с помощью материалов дистанционного

зондирования, проверяется на кондиционность, редактируется и принимает-

ся за основу рабочего макета Госгеолкарты – 1000. Геологические границы

и линеаменты генерализуются уже для приведения к масштабу 1:1 000 000,

параллельно уточняется легенда карты этого масштаба. Рабочий макет Гос-

геолкарты – 1000 увязывается с геофизической и дистанционной основой,

редактируется и выводится на бумагу.

Построение геологических карт сопровождается в ГИС ИНТЕГРО

автоматизированным построением геологических разрезов. Для построения

геологического разреза по данным геологической карты, которая должна

включать классы, соответствующие ТОС рельефов, проводится линия изу-

чаемого разреза (назначается объект класса «Профиль») и подготавливается

стратиграфическая колонка в форме таблицы.

За основу построения разрезов принята модель подобной складчато-

сти, а построенные по данным геологической карты разрезы корректируют-

ся с учетом имеющихся буровых и геофизических данных.

6.3. Технология ГИС ИНТЕГРО при геологическом

районировании территорий

Геологическое, структурно-тектоничкское, металлогеническое рай-

онирование базируется на системном анализе разноуровневой и разноме-

тодной геоинформации.

Цель районирования состоит в создании модели современного геоло-

гического строения земной коры с выделением площадей со специфически-

ми чертами развитых в их пределах ассоциаций горных пород (структурно-

вещественных комплексов) и тектонических структур. Районирование осу-

ществляется по совокупности (комплексу) признаков и отражает особен-

ность геотектонического положения отдельных площадей, их геолого-

исторического развития и минерагенической специализации. При создании

Госгеолкарт 1000 и 200 районирование направлено на построение структур-

но-тектонического каркаса изучаемой территории как основы систематиза-

ции геологической информации, выборке объектов картографирования и их

корреляции с серийными легендами.

Районирование включает широкое использование дистанционных и

геофизических методов, на базе первых отмечается проявленность тех или

иных структурно-вещественных комплексов и геологических структур, их

взаимоотношений и распространения на поверхности Земли, а на базе гео-

физических методов получают характеристики изучаемых объектов, как на

поверхности, так и по глубине.

Технология ГИС ИНТЕГРО при районировании включает:

– сбор и анализ информации о строении территории;

– предварительную обработку исходных изображений;

– специализированную цифровую обработку изображений и геполей;

– визуальное дешифрирование;

– построение морфоструктурной схемы.

Исходными данными при районировании являются топографическая

основа заданного масштаба, обзорные схемы тектонического и геоморфоло-

гического районирования масштаба 1:5 000 000 и крупнее, обзорные карты

ландшафтов, почв, растительности.

По топографической основе строится цифровая модель рельефа

(ЦМР) в виде регулярной сети (grid) или треугольной нерегулярной сети

(TIN) с использованием Arc Info (Arc View), на основе ЦМР осуществляется

выделение крупных структур рельефа и градиентов для районирования по

уровню уклонов поверхности и локализации областей с резкими перепадами

высот. Это обеспечивает построение схемы морфоструктурного райониро-

вания территории.

Предварительная обработка исходных изображений состоит в уста-

новлении и анализе выраженности объектов картографирования в различ-

ных спектральных диапазонах дистанционного зондирования Земли.

Специализированная цифровая обработка изображений предусматри-

вает выделение образов искомых объектов на основе формализованного

анализа характеристик фототона и закономерностей его рисунка. С этой це-

лью осуществляется фильтрация: низкочастотная – для выделения крупных

структурных элементов и высокочастотная – для подчеркивания мелких

структурно-вещественных комплексов и линеаментов, а также классифика-

ция изображений.

Классификация без эталонов (кластеризация) позволяет выделить

участки изображения с одинаковым поведением фототона, а, зная характе-

ристики фототона конкретного природного объекта можно использовать

классификацию по эталонам.

На рис. 6.2 приведены результаты районирования территории по не-

которым характеристикам фототона.

Рис.6.2. Результаты районирования по характеристикам фототона.

Линеаментный анализ изображений проводится в ГИС ИНТЕГРО по

методике обнаружения слабых аномалий, реализованной для геофизических

полей [34].

На основе проведенных кластеризации и линеаментного анализа

осуществляется структурно-морфологическое районирование территории,

пример которого приведен на рис. 6.3.

Структурно-морфологическая схема рис. 6.3 определяет блоковое

строение исследуемой территории на региональном уровне.

При её составлении реализуется ранжирование выделенных структур

и проводится их предварительная геологическая интерпретация с определе-

нием главных морфологических признаков о рельефе и ландшафте.

Рис.6.3. Структурно-морфологическое районирование.

Районирование территории по геофизическим данным включает:

районирование по характеру поля (выделение блоков), выделение линейных

элементов, ранжирование блоков и линейных элементов.

На рис. 6.4 представлены основные процедуры построения структур-

но-тектонической схемы по геофизическим данным.

Создание физико-геологических моделей глубинного строения тер-

риторий рассмотрено в разделе 6.5.

6.4. Технология ГИС ИНТЕГРО при прогнозе месторождений

твердых полезных ископаемых

Общая схема постановки и решения геолого-прогнозных задач на ос-

нове ГИС ИНТЕГРО приведена на рис. 6.5.

Постановку геологической задачи прогноза формирует специалист –

геолог на языке предметной области.

Формирование задачи включает указание цели,сведения об априор-

ных представлениях о геолого-прогнозной модели объекта поиска, исход-

ных данных, результате и форме его представления.

Выделение

блоков

Предобработка

(выделение

полезной

составляющей)

Расчет

характеристик

Районирование

Выделение линейных

элементов

Предобработка

(выделение полезной

составляющей)

Трассирование линейных

локальных аномалий

Выделение линейных

элементов по комплексу

признаков

Картирование

локальных

объектов

Оеонтуривание

локальных

объектов

Согласование блоков и линейных элементов

Ранжирование

Увязка и ранжирование блоков

и линейных элементов

Анализ геолого-геофизической

информации

Изучение глубинного строения

по двухмерным сечениям

Изучение глубинного строения

по площади (3-х мерное)

Изучение глубинного строения

территории

Рис.6.4. Процедуры построения структурно-тектонической схемы.

Рис.6.5. Схема постановки и решения геолого-прогнозных задач на

основе ГИС ИНТЕГРО

При этом наиболее важным является выбор генетического типа (ге-

нетической модели) объекта.

Генетическая модель соотносится с исходными данными для состав-

ления геолого-прогнозной модели с определением соответствующего ей

пространства критериев и признаков.

Сам объект поиска выбирается в соответствии с целью и масштабом

исследования и определяется в терминах геолого-прогнозной модели. В ка-

честве исходных данных выступает государственные геологические карты,

карты полезных ископаемых и закономерностей их размещения, минераге-

нические карты, геофизические и геохимические поля, данные дистанцион-

ного зондирования, имеющиеся модели промышленных объектов прогнози-

руемого генетического типа.

Формальными задачами прогноза по комплексу геологических, гео-

физических, геохимических характеристик являются:

– выделение объектов для поисковых работ (районирование террито-

рий);

– разделение объектов на перспективные и неперспективные по степе-

ни их сходства с эталонными объектами (разбраковка территории);

– упорядочение (ранжировка) перспективных объектов по их значимо-

сти и определение очередности их дальнейшего изучения (оценка).

В качестве объектов прогноза в зависимости от целей и масштабов

работ выступают рудные районы, узлы, поля, месторождения.

Информация в виде растровых данных дистанционного зондирова-

ния, векторной картографической информации, числовых геофизических и

геохимических полей приводится к единому объекту исследований.

Таким объектом обычно является прямоугольная площадка террито-

рии, размеры которой соответствуют минимальному размеру объекта про-

гноза.

Формализация модели состоит в определении соответствия геолого-

прогнозной модели исходным данным, описании критериев и признаков для

решения задачи и получения их цифровой модели (матрицы). При этом вы-

деляется три типа формальных моделей:

– критериальная модель, задаваемая группой критериев, наличие ко-

торых благоприятствует достижению на данном объекте максимума

целевой функции. Под целевой функцией можно понимать ожидае-

мые ресурсы или запасы полезного ископаемого, а в качестве крите-

риев выступают региональные и локальные минерагенические фак-

торы;

– аналоговая модель, которая базируется на принципе аналогий и

обеспечена достаточным числом объектов, отвечающих различным

значениям целевой функции, т.е. когда имеются эталонные объекты

для разных значений целевой функции, в том числе и для «пустых»

участков;

– критериально-аналогоая модель, сочетающая в себе наличие крите-

риев и использование принципа аналогий.

Для критериальной модели обычно решается задача районирования,

т.е. выделение объектов для дальнейших поисков. При этом результатом

решения является мера сходства каждого объекта с «идеально плохим» в

смысле выбранных критериев, т.е. объект будет тем лучше, чем вычислен-

ная мера сходства будет меньше.

Для аналоговой и критериально-аналоговой моделей могут возник-

нуть четыре ситуации:

1. Имеются эталоны разных классов и они представительны.

2. Имеются эталоны разных классов и они непредставительны.

3. Имеются эталоны только продуктивного класса.

4. Эталоны отсутствуют.

Представительность эталонов устанавливается по результатам экза-

мена, который проводится по объектам, не участвующих в построении меры

сходства. Эталоны являются представительными, если объекты экзамена