Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений: на примере Кузбасса

Диссертация: Разработка геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений: на примере Кузбасса
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Личный вклад автора состоит в: разработке геоинформационной модели для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторожденийреализации формальной модели хранения геоданных и разработке компьютерных программ в среде Delphi 7.0 для интерактивной обработки геоинформацииисследовании современных программных методов обработки, автоматизированного анализа данных и географических… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
    • 1. 1. Геоинформационный подход в решении задач природопользования
    • 1. 2. Обоснование геоинформационного подхода в решении геохимических задач
    • 1. 3. Структура геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений
  • ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ ФОРМАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ХРАНЕНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И СОЗДАНИЕ ИНТЕРАКТИВНОГО ПРИКЛАДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
    • 2. 1. Построение базы данных «Геохимия угольных месторождений»
    • 2. 2. Разработка интерактивного прикладного программного обеспечения
  • ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА ПЕРВИЧНЫХ ГЕОДАННЫХ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ЗАМЕРОВ В УГЛЕПРОБАХ
    • 3. 1. Аномальность геохимических данных
    • 3. 2. Обработка первичных геохимических данных
  • ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ УГЛЕЙ
    • 4. 1. Обзор современных методов обработки и анализа данных
    • 4. 2. Статистическая обработка геохимических данных
    • 4. 3. Интеллектуальный анализ геохимических данных
  • ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АНАЛИЗА ГЕОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ УГЛЕЙ
    • 5. 1. Обзор современных ГИС-систем
    • 5. 2. Комплексный анализ геохимических данных углей на основе ГИС -системы ArcView
    • 5. 3. Подсчет запасов химических элементов на основе ГИС — системы Surfer

Разработка геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений: на примере Кузбасса (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Кузбасс является крупнейшим угледобывающим регионом России. Однако экономическая эффективность освоения угольных месторождений определяется не только энергетической и технологической ценностью углей, но и их ресурсным потенциалом — комплексами ценных примесей или экологически опасных химических веществ. Эти комплексы в результате обогащения и промышленного использования углей накапливаются в отходах и выбрасываются в атмосферу, что с одной стороны, создает серьезные экологические проблемы, а с другой — приводит к потере ценнейшего минерального сырья. Поэтому вполне естественен интерес к задаче комплексного изучения минерально-сырьевой базы угольной отрасли.

С этой целью необходимо создание информационных систем для комплексного исследования углей и выявления месторождений с промышленным содержанием ценных металлов и опасным содержанием токсичных и радиоактивных химических элементов. Применение традиционных методов обработки данных не обеспечивает требуемой в современных условиях природопользования степени глубины и детализации получаемой информации. С развитием новых информационных технологий появилась возможность разрабатывать принципиально новые системы анализа геоданных. Так, информационные системы, ориентированные на интеллектуальную обработку данных и их пространственное отображение на основе цифровых карт, используются все шире и уже доказали свою эффективность и работоспособность во многих областях человеческой деятельности.

Предварительная специальная обработка исходной информации, комплексный анализ и интерпретация геоданных, отображение полученных результатов в виде графиков, поверхностей и электронных карт могут служить качественной и продуктивной основой научных исследований. Интеграция геохимического и геоинформационного подходов, методов интеллектуальной обработки баз данных, соответствующего математического и компьютерного программного обеспечения, адаптируемых к конкретным особенностям геохимических задач, обеспечивает создание качественно нового инструмента автоматизированного геохимического исследования угольных месторождений.

В связи с вышеизложенным разработка геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений является актуальной научной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с планами НИР Института угля и углехимии СО РАН на 2001;2003 гг. Проект 5.1.18: «Разработка комплексной методологии геоэкологического мониторинга угольных бассейнов». Задание: «Объектно-ориентированные модели горно-технологических информационных систем» .

Целью работы является разработка геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений.

Идея работы заключается в интеграции современных средств создания баз данных, методов их интеллектуального анализа и географических информационных систем.

Задачи исследований: разработать геоинформационную модель для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений, основанную на интеллектуальном анализе данных и ГИС-системахсоздать формальные модели хранения геохимической информации, адекватно описывающие структуру геоданных и связи между нимиразработать интерактивное прикладное программное обеспечение, реализующее обработку геохимической информацииразработать методику интеграции прикладного программного обеспечения, современных методов анализа данных и ГИС-систем с целью комплексного исследования геохимических показателей углей.

Методы исследований: теоретические основы проектирования баз данных и объектно-ориентированного программирования для разработки интерактивного прикладного программного обеспеченияметоды математической статистики и извлечения «знаний» из баз данных для установления закономерностей в геоданных и исследования их структурыметоды машинной графики, общей теории множеств и обработки изображений для представления результатов исследованийметоды системного анализа для создания интегрированной информационной среды.

Научные положения, выносимые на защиту: геоинформационная модель для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений обеспечивает создание качественно нового инструмента исследования, основанного на интеллектуальном анализе данных и ГИС-системахформальная модель хранения геоданных позволяет создать универсальную структуру и связи для обработки, анализа и отображения геоинформацииинтеграция прикладного программного обеспечения, методов интеллектуального анализа данных и географической информационной системы обеспечивает комплексный анализ геоинформации.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректным использованием методов построения геоинформационных системкорректным применением математической обработки геоданных и методов извлечения «знаний» из баз данныхпредставительным объемом проанализированных данных геохимических исследований кузнецких углей (геохимические показатели 555 углепроб по 164 пластам и участкам, по 69 шахтам и углеразрезам с 30 528 определениями на 55 химических элементов) — опытной проверкой геоинформационной системы в Институте угля и углехимии СО РАН для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений Кузбасса.

Научная новизна работы заключается в следующем: впервые разработана геоинформационная модель для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторожденийпостроена формальная модель хранения геоданных, позволяющая организовать процессы обработки, анализа и отображения геохимической информациисоздан новый способ выявления закономерностей комплексного накопления химических элементов и угольных объектов им соответствующих, основанный на использовании методов интеллектуального анализа данных и географических информационных системразработан методический подход построения геоинформационной системы для хранения, обработки, анализа и отображения геоданных.

Личный вклад автора состоит в: разработке геоинформационной модели для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторожденийреализации формальной модели хранения геоданных и разработке компьютерных программ в среде Delphi 7.0 для интерактивной обработки геоинформацииисследовании современных программных методов обработки, автоматизированного анализа данных и географических информационных систем и установлении класса прикладных пакетов для решения геохимических задачинтеграции программных компонентов, методов интеллектуального анализа данных и географической информационной системы для обеспечения комплексного анализа геоинформации.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований позволяют: на основе разработанной геоинформационной модели создавать геоинформационные системы разного назначения и тематического содержанияповысить уровень автоматизации геохимических исследований углей и обеспечить адекватное описание геохимических явленийвыделить первоочередные объекты (угольные месторождения или отдельные пласты) с позиций комплексного накопления химических элементов и исследовать их географическое размещениевыявить рациональные направления комплексного освоения угольных месторождений и комплексной переработки углей.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы используются в лаборатории геоинформационных технологий и математического моделирования систем и процессов угледобычи Института угля и углехимии СО РАН при проведении научных исследований геохимического профиля.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на XXIX конференции студентов и молодых ученых КемГУ (Кемерово, 2002) — II и III региональных научно-практических конференциях «Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, 2003;2004) — Всероссийской научной конференции «Наука и образование» (Белово, 2003) — Х1Л Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2003) — V и VI Международных научно-практических конференциях «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2003;2004) — V Международной научной конференции «Наука и образование» (Белово, 2004).

Публикации. Основные материалы диссертации изложены в 10 публикациях, в том числе в 1 монографии.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 153 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 60 рисунков и список литературы из 68 наименований.

Выводы по главе.

Интеграция базы данных и методов их обработки с географической информационной системой создает качественно новый инструмент исследования геохимических свойств углей и обеспечивает комплексный анализ геоинформации.

На основе ГИС-технологий, реализованных в системе ArcView, разработана методика построения цифровых геохимических карт и схем, позволяющая провести исследование вертикальной и латеральной изменчивости размещения химических элементов в углях. Например, выявлено, что перспективными по содержанию алюминия являются угольные месторождения Бачатского, Прокопьевско-Киселевского, Беловского, Кондомского, и Томь-Усинского геолого-экономических районов.

С использованием ГИС-системы Surfer исследована возможность подсчета запасов химических элементов в угольных пластах. Установлено, что по имеющейся редкой сетке геохимических замеров невозможно прогнозировать отсутствующие значения в данных и построить корректную модель запасов химических элементов в угольных пластах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, содержится решение задачи разработки геоинформационной системы для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений, имеющей существенное значение в области создания геоинформационных систем недропользовательского направления, как одного из разделов геоинформатики.

Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. Геоинформационная модель для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений, которая содержит в качестве основных компонентов базу геоданных, состоящую из 17 взаимосвязанных таблицинтерактивное прикладное программное обеспечение, в составе которого четыре функциональных блокапакеты прикладных программ анализа данных (Statistica, StatGraphics, WizWhy, See5, Miner3D Excel), адаптированные к решению геохимических задачгеографические информационные системы (ArcView, Surfer), обеспечивает создание качественно нового инструмента исследования.

2. Формальная модель геохимических данных, на основе которой разработана база геоданных с целью хранения большого количества информации о проведенных наблюдениях (геохимические показатели 555 углепроб по 164 пластам и участкам, по 69 шахтам и углеразрезам с 30 528 определениями на 55 химических элементов), позволяет организовать процессы обработки, анализа и отображения геоинформации.

3. В рамках интерактивного прикладного программного обеспечения реализован набор функций и методов манипулирования геохимической информацией — редактирование справочников, ввод и редактирование данных по углепробе, контроль качества исходной геоинформации и вывод заранее определенных отчетных форм.

4. Интеграция прикладного программного обеспечения, методов интеллектуального анализа данных и географической информационной системы позволяет получить ранее неизвестные закономерности комплексного накопления химических элементов в виде многомерных зависимостей и отобразить их в трехмерное пространство и на цифровую карту. С использованием системы выявлены правила совместного накопления ниобия и радиоактивных элементов (Ш и 20.00. 100.00, ТН ю 7.24. 24.34, и ¿-у 6.10. 16.10) в углях кемеровской свиты и угольные объекты им соответствующие (шахта Завьяловская (пласт III), разрез Сибиргинский (пласт VI), разрез Бачатский (пласт Горелый), шахта им. Шевякова (пласт XI)). На основе ГИС-технологий разработана методика построения цифровых геохимических карт и схем, позволяющая проводить исследование вертикальной и латеральной изменчивости размещения химических элементов в углях.

5. Геоинформационная система позволяет проводить исследование геохимических свойств угольных месторождений с целью рациональной утилизации отходов добычи и комплексной переработки углей. На основе выполненной работы выявлено, что перспективными по содержанию алюминия являются угольные месторождения Бачатского, Прокопьевско-Киселевского, Беловского, Кондомского, и Томь-Усинского геолого-экономических районов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.П., Рыбак Л. В., Клебанов А. Ф. Методология создания интегрированных информационных систем для угольной промышленности (на примере Кузбасса) Информационные недра Кузбасса: Труды научнопрактической конференции. Кемерово: КемГУ, 2003. 25−33.
  2. .Ф., Потапов В. П., Митина Н. В. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Перспективы переработки. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАП, 2003.-108 с.
  3. .Ф. Кузнецкий бассейн Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. М.: Педра, 1996. 96 140.
  4. А.З., Станкус В. М., Шаклеин С В и др. Угольные ресурсы России и их рациональное использование Минеральные ресурсы России. Экономика и управление, 1996. JV" 3. 11−20.
  5. СИ., Ершов В. В., Поцелуев А. А. и др. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна. Кемерово, 2000. 245 с.
  6. П.А. Математическая статистика в горном деле. Учебное пособие для вузов спец. «Маркшейдерское дело». М: «Высшая школа», 1973. 287 с.
  7. Потапов В. П. Современные методы построения информационных систем в горном деле Сборник трудов IV республиканской научно-технической
  8. Н.В. Информационная модель Сборник трудов углевмещающего молодых комплекса КемГУ, Кузнецкого бассейна ученых посвященный 60-летию Кемеровской области. Кемерово: Полиграф, 2002. -Т.2.-С.97−99.
  9. Н.В. Информационное обеспечение геохимии углей Кузнецкого бассейна Информационные недра Кузбасса. Труды научно-практической конференции. Кемерово: КемГУ, 2003. 56−57.
  10. Калянов Г. Н. CASE технологии. Консалтинг при автоматизации бизнес процессов. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Горячая линия Телеком, 2000. 320 с.
  11. П. Логика, алгебра и базы данных: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1989.-360 с.
  12. A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник. М.: Финансы и статистика, 2000. 352 с.
  13. Вендров A.M. CASE технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998.-176 с.
  14. А.Н., Вендров A.M., Иванов В. К. и др. Системы управления базами данных и знаний. М.: Финансы и статистика, 1991. 348 с. 21. Р. Ахаян, А. Горев, Макашарипов. Эффективная работа с СУБД. СанктПетербург: изд-во Питер, 1997. 697 с. 22. А. А. Сахаров. Концепции построения и реализации информационных систем, ориентированных на анализ данных СУБД, 1996. № 4. 55−70.
  15. В.В., Шумаков П.В. Delphi
  16. Руководство разработчика баз данных. М: «Нолидж», 1999. 560 с.
  17. А.Г. Создание Windows приложений в среде Delphi. М.: ТОО фирма «Компьютер Пресс», 1995. 287 с.
  18. А.Я. Язык SQL в Delphi 5. М.:ЗАО БИНОМ", 2000.-208 с.
  19. М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.
  20. В.П., Ненахова В. Ф., Сапрыкин Ф. Я. и др. Металлогения и геохимия угленосных и сланцесодержащих толщь СССР. Закономерности «Издательство концентрации элементов и методы их изучения. М.: Наука, 1988. 256 с.
  21. Инструкция по изучению и оценке попутных твердых полезных ископаемых при разведке угля и горючих сланцев. Отв. Редактор К. В. Миронов. М: Наука, 1987. 137 с.
  22. Н.В. Геоинформационная система комплексного исследования геохимии кузнецких углей Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научно-практической конференции. Кемерово: ННЦ ГН ИГД им А. А. Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2004. 48−49.
  23. Н.В. Геоинформационая модель интегрированного анализа геохимических данных кузнецких углей Материалы V Международной научной конференции «Наука и образование». Белово: «Беловский полиграфист», 2004. 551−552. 31. Д. Мейер. Теория реляционных баз данных. М.: Издательство Мир, 1987. 608 с.
  24. В.П. Новые тенденции в развитии баз для угольной промышленности Сборник трудов международной научно-практической конференции посвященной 275-летию Российской отрасли академии наук «Экологические проблемы угледобывающей в регионе при переходе к устойчивому развитию». Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. 127−132.
  25. Н.В. Создание информационной системы геохимии углей Кузнецкого бассейна Сборник трудов второй областной научной конференции «Молодые ученые Кузбассу». Кемерово: «Фирма Полиграф», 2003. 250−252. 35. В. П. Боровиков, И. П. Боровиков. STATISTICA статистический анализ и обработка данных в среде Windows. Издание 2-е, стереотипное. М.: Информационно издательский дом «Филинъ», 1998. 608 с.
  26. Дж. Статистика и анализ геологических данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1977.-571 с.
  27. В.И. Методы математической обработки геологических данных на ЭВМ. М.: Недра, 1977. 168 с. 38. В. В. Александров, Н. Д. Горский. Методы обработки многомерных данных. Л.: Машиностроение, 1987. 239 с.
  28. Боровиков В.П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. 2-е изд. СПб.: «Питер», 2003. 688 с.
  29. В.П., Ивченко Г. И. Прогнозирование в системе STATISTICA в среде Windows. М «Финансы и статистика», 1999.-382 с.
  30. Introduction to Data Mining and Knowledge Discovery. 2"* edition, by Two Crows Coфaration. -1998. P. 31. 42. B. Корнеев, A. Гарев, Васютин, В. Райх. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М «Полидж», 2000.
  31. В.П. Математическое и информационное моделирование геосистем угольных предприятий. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 180 с.
  32. М., Соломатин Е. Средства добычи знаний в бизнесе и финансах. Открытые системы, 1997. JSfs 4. 41−44.
  33. М.В. Разработка алгоритмов комплексного анализа деятельности угольных предприятий с применением метода нейронных сетей.
  34. Shapiro Arnold. Classification Data Mining methods. DBMS Journal v. 10. N10 1998.-P 47−56. 48. E.L. Goodvin. Data Mining Tecnology. Data Mining and bCnowledge Discovery Journal. V.
  35. Ming-Syan Chen and Jiawei Han and Philipp S.Yu. Data mining: an overview from a database perspective. IEEE Trans. On Knoweledge And Data Egineering. Vol
  36. Issue 6. Dec-1996. -P. 866−883. 50. http://www.statsoft.com
  37. H.B. Применение методов исследования структуры данных для выявления особенностей пластовых месторождений Материалы всероссийской научной конференции «Наука и образование». Белово: «Беловский полиграфист», 2003. 483−488.
  38. В.П. Математическое и информационное моделирование геосистем угольных предприятий. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 1999.-211с.
  39. В.П. Методы извлечения знаний и современные технологии хранения данных для угольной промышленности Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции «Перспективы развития горнодобывающей промышленности». Новокузнецк, 1999. 1721.
  40. Н.В. Применение методов Data Mining для выявления закономерностей комплексного накопления химических элементов в углях Кузбасса Информационные недра Кузбасса. Труды III региональной научно-практической конференции. Кемерово: КемГУ, 2004. 67−68.
  41. В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 287 с.
  42. Surfer 1, Golden Software, Inc., Help, 1999.
  43. B.C. Геоинформациоиный метод математического моделирования //Физ.-матем. проблемы разработка полезных ископаемых СО АН СССР. Новосибирск, 1986. 5. 89−94.
  44. B.C. Проблемы геоинформатики как приоритетного направления в горных науках Доклады международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (Мельниковские чтения, Екатеринбург, 6−8 июля 1998 г.). Т.
  45. Екатеринбург, 1998. 24−31.
  46. Н.В. ГИС геохимии углей Кузнецкого бассейна Материалы XLI Международной научной студенческой конференции «Студент и научнотехнический прогресс»: Информационные технологии. Новосибирск: НГУ, 2003.-С.24.
  47. Kerry К.Е., Hawick К.А. Spatial inteфolation on distributed, high-performance computers. Technical Report DHPC 015, University of Adelaide, 1997.
  48. Дж., Бонэм-Картер Г. Моделирование на ЭВМ в геологии. М.: Мир, 1974.320 с.
  49. Н.В. Технология обработки геоданных для комплексного исследования геохимии кузнецких углей Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научно-практической конференции. Кемерово: ННЦ ГП ИГД им А. А. Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «ЭкспоСибирь», 2003. 132−134.
  50. Митина Н. В, Геоинформационная система для комплексного исследования геохимических свойств угольных месторождений Вестник КузГТУ, 2006. 5 69−71.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?