Інформаційна технологія експрес-аналізу даних геоелектромагнітних спостережень

Abstract

У дисертаційній роботі розв’язане актуальне наукове завдання – розроблення інформаційної технології експрес-аналізу даних для підвищення ефективності геофізичних досліджень методом зондування становленням електромагнітного поля в ближній зоні та методом природного електричного поля. Розроблено модель тренду часового ряду моніторингових даних, представлену поліномом третього степеня, яка забезпечує усунення шуму, заповнення пропущених даних і дає змогу подати і дослідити подобову динаміку природного електричного поля в точці спостережень. Удосконалено метод побудови моделі геоелектричного розрізу в точці спостережень, який, за рахунок використання асимптотичних формул до польових даних, забезпечує підтримку оперативного прийняття рішень про проведення подальших етапів спостережень, зменшує час виконання польових робіт та підвищує достовірність досліджень. В результаті цього на основі побудованої у поточній точці спостережень моделі геоелектричного розрізу в польових умовах і в режимі реального часу можна скоригувати відстань до наступної точки або визначити додаткові. За рахунок інтеграції апарату описової статистики та моделювання трендів часових рядів удосконалено метод експрес-аналізу моніторингових даних, який забезпечує виявлення часових діапазонів з нетиповою поведінкою природного електричного поля та імовірною кореляцією зі сейсмічними подіями. Розроблено інформаційну модель структурування польових та моніторингових даних, яка ґрунтується на поєднанні службової інформації з даними вимірювань у розробленому форматі, що забезпечило можливість їх подальшого аналізу та візуалізації. В диссертационной работе решена актуальная научная задача – разработка информационной технологии экспресс-анализа данных для повышения эффективности геофизических исследований методом ЗСБ и методом естественного электрического поля (ЕЭП). Разработана модель тренда временного ряда мониторинговых данных в виде полинома третьей степени, которая убирает шум, заполняет пропуски и позволяет получить и исследовать посуточную динамику ЕЭП в точке наблюдений. Усовершенствован метод построения модели геоэлектрического разреза в точке наблюдений, который за счет использования асимптотических формул к полевым данным, обеспечивает поддержку оперативного принятия решений о проведении дальнейших этапов наблюдений, сокращает время выполнения полевых работ и повышает достоверность исследований. Вследствие чего на основании построенной в текущей точке модели геоэлектрического разреза в полевых условиях и в режиме реального времени можно скорректировать расстояние к следующей точке или определить дополнительные. На основании интеграции аппарата описательной статистики и моделирования трендов временных рядов усовершенствован метод экспресс-анализа мониторинговых данных, который обеспечивает обнаружение временных диапазонов, вероятно связанных с сейсмическими событиями. Разработана информационная модель структурирования полевых и мониторинговых данных, базирующаяся на основании совмещения служебной информации и данных измерений в разработанном формате, что обеспечило возможность их дальнейшего анализа и визуализации. An actual scientific problem, the development of information technology for express analysis of data is solved in the dissertation for increasing the efficiency of geophysical research by the transient electromagnetic and natural electric field methods. In the first chapter, on the basis of the curried out analysis of the current state in scientific research regarding existing methods, models and tools, the task of study is defined, general attributes of the known technologies and examples of acquisition systems for primary geophysical data are represented, the features of methods and approaches relating to the data processing and analysis are described, as well as questions for further solving are highlighted. In the second chapter the features of permanent and in field geophysical studies are outlined, the classification of such studies is carried out, the used methods, procedures for recording and collection of such primary data and the formats for their visualization are described as well as a model for structuring that data of permanent and in field geophysical observations is developed also. The structuring is organized by providing meta-information in a character format, and the data itself in numerical one. Such a structuring of geophysical data enabled the possibility for their further analysis and visualization. In the third chapter a model of the trend of time series for monitoring data, a method for express analysis of them, visualization algorithms and a method for constructing a geoelectric cross section model are developed. The model of the time series trend was represented in the form of a polynomial of the third degree. This provides to remove the noise influence, to fill the data gaps and allows to show and study the daily dynamics of the natural electric field at the observation point. On the base of descriptive statistics and the simulation of time series trends, a method for express analysis of monitoring data was developed, which allows to detect the time bands with irregular behavior of the natural electrical field and possible correlation with seismic events. The method of constructing a geoelectric cross-section model has been further developed, which, by application the asymptotic formulas to the experimental data, provides the support for express decisionmaking on further measurement steps, reduces fieldwork time, and improves research reliability. In the fourth section, a structural and functional model of information technology of express analysis of geoelectromagnetic observation data, a structure of an automated system of express data analysis that implements information technology and its software and algorithms are developed. The structure of the automated system consists of 4 subsystems: transmitting (measuring, in field), receiving, processing and analysis subsystem, as well as access, presentation and visualization ones. The developed hardware and software complex combines in an alone system different data sets of monitoring and field observations, guarantees simultaneous reception-transmission, storage and access to each of them, as well as in one holistic structure covers the whole process of research, from registration and collection of primary information and ending with the formation of archives, visualization of the data obtained and graphical representation of the results of their processing and analysis.