А.В. Веселовский

(Методическое пособие)

Качественно новый уровень использования колоссального объема накопленных информационно-алгоритмических ресурсов в области наук о Земле и рационального природопользования реализуется при полной информационной и научно-методической поддержке определенных групп пользователей, при создании специализированных приложений и эффективного решения задач, требовавших значительных усилий от научного сообщества.

Использование системы интернет-порталов для информационного обслуживания пользователей ставит приоритетные научные и прикладные задачи, решение которых осуществляется с использованием распределенной среды ИАС и приводит к снижению экономических затрат при поиске месторождений полезных ископаемых, уменьшению социального и экономического риска природных катастроф, формированию научных основ комплексного освоения и сохранения недр в системе наук о Земле. К основным классам таких задач следует отнести:

•  задача формирования информационного пространства ОНЗ РАН в проекте «Электронная Земля»;

•  мониторинг территории страны, в том числе, окружающей среды (экологический мониторинг);

•  выявление важнейших пространственно-временных закономерностей структурообразования в земной коре и их связи с эпохами формирования крупных и сверхкрупных месторождений полезных ископаемых;

•  построение национальной инфраструктуры пространственных данных для распределенной обработки комплексной информации;

•  исследования в области наук о Земле с привлечением коллективов ученых в междисциплинарных областях знаний;

•  грид-метакомпьютинг при решении сложных (масштабных) исследовательских задач с созданием инфраструктуры специализированных высокоскоростных распределенных вычислительных сред (грид-систем), поддерживающих развитие и использование ресурсной базы авторизованным сообществом пользователей;

•  информационная поддержка региональных работ в области наук о Земле;

•  включение системы GeoSINet в качестве российского сегмента в мировую сеть GRID .

Задачи научно-технологического характера, решение которых обеспечивает качественно новый уровень обслуживания пользователей порталами, составляли основу исследований 2004-2007 гг.:

- Разработка научно-технологических основ информационно-коммуникационного ядра распределенной информационно-вычислительной среды.

- Системный анализ информационного обмена и предлагаемых проектных решений.

- Разработка и реализация в модельно-макетном исполнении новых информационных ресурсов - баз данных и знаний, а также средств их формирования и интеграции.

- Разработка интегрированных распределенных информационных ресурсов и технологий для комплексных фундаментальных исследований и средств моделирования (на примерах частных научных проектов).

- Обоснование построения серверной инфраструктуры, совместимой с единой динамической средой распределенных ресурсов, и создания отечественного GRID -полигона.

В настоящее время на уровне первой итерации реализован комплексный проект, нацеленный на решение приоритетных задач программы «Электронная Земля…» - создать основы научной распределенной информационно-вычислительной среды специализированной ИАС определенной предметной направленности (науки о Земле, рациональное природопользование).

Система GeoSINet располагает распределенными информационными ресурсами и технологиями для комплексных фундаментальных исследований и средств моделирования.

Примером информационного обслуживания запросов, поступающих в ИБнД, является использование результатов исследований по теме «Решение фундаментальных и прикладных проблем магматизма с применением петролого-геохимических критериев и ГИС-технологий. Выявление особенностей внутриконтинентального и островодужного кайнозойского наземного вулканизма с помощью геоинформационной системы» (руководитель проекта академик О.А. Богатиков, ИГЕМ РАН). Полученные из ИБнД сведения с построением цифровой карты дают полные ответы на вопросы типа: указать пространственное положение и характеристики геологического строения кайнозойских золотосеребряных месторождений в пределах полуострова Камчатка.

Другим примером может служить выполнение запросов по темам прогнозной экспресс-оценки перспективных (с точки зрения месторождений полезных ископаемых) площадей. Для этих целей используются базы знаний и экспертные системы, специализирующиеся на определенном типе металла (золото, серебро, уран и пр.). На основе ГИС-технологии (в графической форме) обеспечивается визуализация исходной информации по целевым параметрам из базы данных и формируемого заключения. Разработанные в ИГЕМ РАН и ЦНИГРИ МПР алгоритмы, методические материалы и базы данных позволяют осуществлять экспресс-оценки геологических объектов различного металлогенического ранга по методу аналогий.

Анализ тематических запросов пользователей с группировкой по близости требований пользователя дает основания кластеризации обращений в интернет-порталы с формированием тематических полей, включающих научно-методические материалы.

Дополнительный методический материал и примеры изложены в приложениях 1, 2 и 3.

Приложение 1

Сценарий и информация для выполнения запросов пользователя на ресурсах тематического портала (ИГЕМ РАН)

Для портала ИГЕМ РАН был разработан и опробован следующий сценарий, включающий в себя ряд экспериментальных запросов на тематический портал ИГЕМ РАН по теме "Прогнозирование месторождений полезных ископаемых".

Прогнозирование месторождений полезных ископаемых является одной из традиционных задач геологии. Для информационного обеспечения решения этой задачи используются современные информационные технологии, базы и банки данных и знаний.

Задача прогнозирования полезных ископаемых тесно связана с задачей поиска месторождений, которая может рассматриваться в качестве контроля результатов прогнозирования. Помимо этого к прогнозированию полезных ископаемых примыкают задачи металлогенического анализа и районирования. Следовательно, необходимо использовать массивы данных различного характера и вида.

Известно, что успех прогнозирования рудных месторождений зависит от уровня знаний закономерностей формирования и размещения месторождений.

Существуют уже ставшие традиционными направления прогнозирования полезных ископаемых:

•  на генетической основе (тождественная связь с теми или иными геологическими образованиями, ситуациями);

•  с использованием принципа аналогий (подобные в геологическом строении, обстановке, времени территории считаются сходными в отношении рудообразования, перенесение свойств изученных месторождений на мало изученные);

•  на основе эмпирических обобщений (использование для прогнозных оценок практически установленных закономерностей).

Другой группой сведений, необходимых при решении задачи прогнозирования являются сведения о рудных формациях:

•  типы рудных формаций;

•  геологические особенности рудных формаций и связь этих особенностей с внешней средой, то есть геологической обстановкой;

•  описание закономерностей пространственного и временного расположения этих типов рудных формаций, составляющие поисковые геологические критерии разных уровней.

Поскольку рудная формация – это аномалия концентрации полезного ископаемого, то детально изучаются вещественные характеристики. Важны также пространственные характеристики рудных тел, связи минерализации с магматизмом, метаморфизмом, гидротермально измененными породами.

Различают три группы характеристик полезных ископаемых – закономерности размещения, рудоконтролирующие факторы и критерии прогнозирования.

Метод количественного прогнозирования использует вероятностно-статистические и эвристические подходы распознавания образов для выделения перспективных площадей. Информационное обеспечение в этом случае опирается на данные, которые снимаются непосредственно с геологических карт, а описание территорий производится по элементарным ячейкам. По современным информационным технологиям выбор признаков осуществляется с использованием оценки информативности, что уменьшает количество учитываемых признаков из общего числа, заданного интерпретатором на первом этапе.

Знание пространственно-временных закономерностей размещения месторождений дает возможность прогнозировать местоположение рудных районов, полей, места локализации месторождений. Чтобы определить, является ли месторождение промышленным, предсказывается возможное количество запасов полезных минералов.

При постановке геологических задач, связанных с тематикой полезных ископаемых, надо учесть, что геологоразведочный процесс является многоэтапным. Методологической основой поисков является геологическое картирование, проводимое в последовательности от мелкомасштабной съемки до крупномасштабных поисково-оценочных работ. Задача мелкомасштабных съемок сводится к выделению площадей, перспективных на поиск месторождений. По результатам средне- и крупномасштабного картирования выбираются участки для проведения поисково-оценочных работ. Далее определяются объекты предварительной разведки.

Получив представления о геологическом строении и истории развития исследуемой территории, геолог предсказывает места возможной локализации оруденения. Таким образом, сначала определяются перспективные площади, а по мере увеличения детальности наблюдений предсказываются участки локализации месторождений и рудных тел.

Знание пространственно-временных закономерностей размещения месторождений дает возможность прогнозировать местоположение рудных районов, полей, места локализации месторождений. Чтобы определить, является ли месторождение промышленным, предсказывается возможное количество запасов полезных минералов.

Рассматривая геологические задачи с точки зрения информационного анализа следует выделить следующие составляющие:

•  Постановка задачи.

•  Алгоритм решения задачи.

•  Информационное обеспечение задачи.

•  Результат решения задачи.

•  Оценка результата.

Постановка включает формулировку задачи и начальные исходные данные (описание объекта). Алгоритм решения задачи включает определение методов и последовательность процедур. Информационное обеспечение – данные, используемые на всех этапах решения задачи.

Рассмотрение информации, привлекаемой для решения задачи, невозможно без понимания постановки и учета алгоритма. Алгоритм может быть задан в явной форме, но, в геологии часто представляет собой неформализованную процедуру. В этом случае решение задачи осуществляется на основе опыта и интуиции исследователей.

В неформализованных задачах сложно зафиксировать всю информацию, привлекаемую для решения задачи. Поэтому необходимо обращаться по мере надобности в интегральный банк данных, на который опирается тематический информационный портал.

В целом информационное обеспечение задачи прогнозирования и поиска полезных ископаемых требует несколько групп сведений:

•  Подробные сведения о рудных формациях с учетом генетических особенностей.

•  Сведения о геологической среде.

•  Генетические модели, на основе которых выделяются перспективные территории.

С геологических карт:

•  Описание эталонных территорий, содержащих определенные типы рудных формаций.

•  Описание площадей, на которых осуществляется прогнозирование.

•  Сведения об изученности территорий (проведенные работы, аномалии, результаты опробывания, проявления минерализации).

Важно, чтобы информационное обеспечение однозначно интерпретировало основные понятия и геологические сведения, описывающие рудные формации и месторождения. Одинаковые объекты должны описываться однотипно (стандартно). Все сведения отвечают требованиям понятийной совместимости. Предусматривается классификация данных по уровням иерархии – локальные, региональные, глобальные.

Тематический портал должен ориентироваться на терминологическую систему по отдельной области научного знания, то есть содержать упорядоченную терминологию. Это требует использования стандартов в этой области и выполнения актуализирующих работ по сбору терминологии, дополнению терминологических справочников и дескрипторных словарей. Задачи сложные с учетом лексической и семантической многозначности геологического языка (полезные ископаемые) и неустановившихся лингвистических процессов в природопользовании, охране природы и экологии.

Данные должны привязываться к алгоритму решения задачи.

Информация для задачи прогнозирования месторождений полезных ископаемых настолько обширна, что необходим автоматизированный банк данных Интегральный банк данных.

Приложение 2

Сценарий решения задачи в рамках

проекта «Электронная Земля"

•  Постановка задачи в рамках проекта» « Электронная Земля».

•  Гипотетический пользователь в процессе работы по теме получил набор некоторых данных. Демонстрация данных.

•  Пользователь принимает решение о возможности решения проблемы с помощью собственных данных. Демонстрация постановки задачи.

•  Пользователь предполагает, что для решения поставленной задачи ему, во-первых, не хватает знаний о предмете исследований, во-вторых, не хватает фактических данных и, в-третьих, он самостоятельно не может определить набор необходимых средств для проведения вычислений.

•  Предмет исследований . Для получения дополнительной информации по предмету исследований пользователь обращается к базе данных ВИНИТИ.

•  Первый вариант поиска. Пользователь запрашивает доступ к рубрикатору ВИНИТИ, определяет рубрики, в которых находятся интересующие его документы. Демонстрация рубрикатора, отбора рубрик и поиск по заданным рубрикам в реферативной или библиографической базе данных ВИНИТИ.

•  Второй вариант поиска. Пользователь запрашивает доступ к базе данных ключевых слов (продукт ВИНИТИ), определяет набор ключевых слов и осуществляет поиск интересующих его документов. Демонстрация списков ключевых слов, отбора ключевых слов и поиска по заданным КС, демонстрация массива полученных данных. Выгрузка полученных данных в БД пользователя.

•  Фактические данные по проблеме и необходимые программные средства для проведения вычислений . Пользователь проводит научный анализ полученных реферативных данных из БД ВИНИТИ. Отбирает нужные документы и сортирует их в соответствии с дальнейшими действиями: ознакомление с полным текстом документов, обращение к авторам статьи, составление запроса в интересующие организации.

•  Первый вариант поиска . Ознакомление с полным текстом документа не может быть продемонстрировано в реальном временном режиме в связи с необходимостью проведения работ по распознаванию текста статьи, ВИНИТИ не генерирует полнотекстовые базы по всем поступающим изданиям, но гарантирует предоставление полного текста любого первоисточника (например, статьи) по запросу пользователя. Демонстрация технологии формирования и отработки запроса пользователя в удаленном доступе в реальном режиме времени. Демонстрация полнотекстовых документов, полученных в результате отработки запроса в ВИНИТИ, выделение необходимых данных для решения поставленной задачи (например, цифровых данных). Выгрузка полученных данных в БД пользователя.

•  Второй вариант поиска . Ознакомление с отобранной реферативной информацией или даже с полным текстом документа зачастую не может решить всех проблем пользователя. В этом случае, пользователь анализирует отобранные документы на предмет выявления специалистов, работающих в интересующей нас области. Обращение к авторам отобранной статьи может быть осуществлено двумя способами. Первый - через адрес указанный в конце реферата. Второй через базу данных персоналий (продукт ВИНИТИ). Поиск в базе данных персоналий может быть проведен аналогично вышеописанному через рубрики, ключевые слова или по фамилиям. Демонстрация всех трех способов поиска авторов. Вооружившись необходимой справочной информацией пользователь связывается с авторами статьи и запрашивает у них недостающую информацию или обсуждает другие вопросы.

Демонстрация обращения пользователя к автору интересующей статьи в реальном режиме времени. Получение необходимой информации, например, обращение к базе данных автора статьи с учетом пропуска фазы переговоров или переписки и других организационных манипуляций. Выгрузка полученных данных в БД пользователя.

Демонстрация обращения пользователя к автору интересующей статьи в реальном режиме времени через тематический портал одного или нескольких участников проекта ЭлЗ или сторонний портал. Получение необходимой информации, например, обращение через портал к базе данных автора статьи в реальном режиме времени или с учетом пропуска фазы переговоров или переписки и других организационных манипуляций. Выгрузка полученных данных в БД пользователя.

•  Третий вариант поиска. Ознакомление с отобранной реферативной информацией или даже с полным текстом документа зачастую не может решить всех проблем пользователя. В этом случае, пользователь анализирует отобранные документы на предмет выявления организаций, разрабатывающих интересующую нас область. Составление запроса в интересующие организации может быть осуществлено двумя способами. Первый - через адрес указанный в реферате. Второй через базу данных организаций (продукт ВИНИТИ). Поиск в базе данных организаций может быть проведен аналогично вышеописанному через рубрики, ключевые слова или по полным или сокращенным названиям организаций. Демонстрация всех трех способов поиска организаций. Вооружившись необходимой справочной информацией пользователь обращается с запросом в организацию и запрашивает там недостающую информацию или обсуждает другие вопросы.

Демонстрация обращения пользователя с запросом в организацию в реальном режиме времени. Обращение к базе данных с учетом пропуска фазы оплаты доступа и других организационных манипуляций. Выгрузка полученных данных в БД пользователя.

Демонстрация обращения пользователя в организацию в реальном режиме времени через тематический портал одного или нескольких участников проекта «Электронная Земля» или сторонний портал. Получение необходимой информации, например, обращение через портал к базе данных или организации в реальном режиме времени или с учетом пропуска фазы переговоров или переписки и других организационных манипуляций. Выгрузка полученных данных в БД пользователя.

•  Получив все необходимые составляющие пользователь приступает к решению поставленной задачи, проведению необходимых вычислений.

•  Демонстрация полученных результатов, и демонстрация приложения этих результатов к решению конкретной народно-хозяйственной задачи или использование полученных результатов для решения инновационной задачи.

•  Демонстрация заключительного слайда со схемой взаимодействия организаций, участников сценария. Полный перечень участников проекта ЭлЗ. Полный перечень информационных ресурсов, задействованных при исполнении сценария.

Приложение 3

Запросы к ИБнД системы GeoSINet по теме "Полезные ископаемые"

1. Какие типы месторождений мира относятся к крупным и суперкрупным, каковы закономерности их пространственного размещения и условия образования?

Интересующие сведения можно получить из БД " Крупные и суперкрупные месторождения полезных ископаемых мира". В ней приведено типовое описание 1086 месторождений полезных ископаемых, относящихся к следующим группам: благородные металлы, черные и цветные металлы, алмазы, редкие металлы и сопутствующая перечисленным типам минерализация. Иэ БД можно получить полную информацию о суперкрупных месторождениях (например, Алмалык, Калгари, Сухой Лог) и о месторождениях – гигантах (Витватерсранд, Мурунтау).

Задачи:

- Выявление типов месторождений, принадлежащих к категориям суперкрупных.

- Выявление типов месторождений, принадлежащих к категориям крупных.

- Выявление закономерностей пространственного размещения крупных и суперкрупных месторождений и условий их образования.

2. Как описано крупное месторождение в ИБнД?

Описание месторождения приведено по следующим параметрам:

- индентификационные (порядковый номер, название объекта);

- географические;

- региональные: тектонические и геологические;

- локальные геолого-структурные;

- металлогенические;

- геохронологические и геохимические;

- ссылки на источники информации.

3. К каким минеральным типам принадлежат известные

эндогенные месторождения России?

Эндогенные месторождения, известные на территории России, включают золото, платиноиды, алмазы, свинец, цинк, медь, олово, вольфрам, сурьма, ртуть и др. В БД "Минеральные месторождения России" п риведены сведения о 1400 о полезных ископаемых перечисленных минеральных типов.

Задача: Выявление минеральных типов эндогенных месторождений России.

4. Какая информация содержится в БД "Минеральные месторождения России"?

БД содержат общую информацию (идентификатор, название месторождения, географическое и геологическое положение, год открытия, сопутствующие полезные ископаемые и др.), геологическую (тектоническое положеие, рудно-формационный тип, вмещающие породы, структурный контроль, форма рудных тел, генетический тип и др.), геолого-экономическую информацию (размеры рудных тел по падению и простиранию, содержание полезного компонента, промышленная оценка) и сведения об источниках информации.

Более подробные сведения о полях БД приведены в т аблице 1.

Таблица 1

Поля БД "Геология рудных (эндогенных) полезных ископаемых"

Задача: Какой комплекс информации необходим для описания эндогенного месторождения России.

5. Каково состояние минерально-сырьевой базы России на конец ХХ века (включая 2000 г .)?

Об этом можно узнать из гипертекстовой БД. "Состояние минерально-сырьевой базы России (на 2000 г .). В ней приведены результаты анализа состояния минерально-сырьевой базы России и предложены оптимальные пути решения проблемы обеспечения России стратегическими минерально-сырьевыми ресурсами.

6. Какие типы россыпных месторождений известны на территории Росси и стран СНГ и как они распространены?

В БД «Россыпные месторождения России и стран СНГ» приведена характеристика известных типов россыпных полезные ископаемых. Они включают: золото, алмазы, платиновые металлы, олово, вольфрам, киноварь, титан, хромит, самоцветы, горный хрусталь. Рассмотрены генетические типы и предложена промышленная классификация. Месторождения вынесены на цифровую карту России М 1:2 500 000.

Задача: Выявление типов россыпных месторождений России.

7. Какие полезные ископаемые известны на территории Сихотэ-Алинь?

Об этом можно узнать из геореляционной БД "Полезные ископаемые Сихотэ-Алиня" . На листах геологических карт Государственной геологической съемки М 1:200 000 показаны разнообразные (рудные и нерудные) месторождения конкретной территории и приведены их геологическая и промышленная характеристики.

Задача: Какие полезные ископаемые характерны для территории Сихотэ-Алинь

8. Какие п олезные ископаемые известны на территории Камчатской области и Корякского автономного округа?

Из БД "Полезные ископаемые Камчатской области и Корякского автономного округа" (объемом 1 400 000 Кб) следует, что на упомянутой территории известны разнотипные месторождения – металлические, неметаллические, горючие полезные ископаемые, подземные воды. Их пространственное положение отражено на карте М 1:500 000.

Задача: Выявление пространственного размещения разнотипных месторождений на территории Камчатской области и Корякского автономного округа?

9. К каким рудным типам принадлежат известные в мире месторождения золота?

Известные в мире месторождения золота относятся к следующим наиболее распространенным типам:

собственно золоторудный и золотосодержащий. Последний включает серебро-золоторудный, медно-порфировый, урановорудный подтипы. В БД "Представители разнотипных месторождений золота" приведена характеристика 194 разнотипных месторождений по следующим параметрам:

- название месторождения, тип, минеральный состав, возраст, географическое и тектоническое положение, промышленная значимость, запасы (в тоннах).

10. Какими особенностями геологического строения характеризуются золоторудные и золото-серебряные месторождения субаэральных вулканических поясов кайнозойского и мезозойского возраста?

Об этом можно узнать из БД " Геологическое строение золоторудных и золото-серебряных месторождений субаэральных вулканических поясов ( Kz и Mz )", в которой п риведена типовая характеристика 169 месторождений Курило-Камчатского, Японского, Филиппинского, Индонезийского, Ново-Гвинейского вулканических поясов ( Kz ), находящихся в пределах Тихоокеанского суперпланетарного пояса Земли,. и Охотско-Чукотского вулканического пояса ( Mz ) , расположенного в краевой части Азиатского континента.

Из нее следует, что и для кайнозойских и для мезозойских месторождений характерны пространственная и временная близость к вулканическим субаэральным образованиям, что позволяет высказать предположение об единстве магматического очага, явившегося и источником рудообразующего флюида.

Задача: Выявление особенностей геологического строения

золоторудных и золото-серебряные месторождений субаэральных вулканических поясов кайнозойского возраста.

11. Какими особенностями характеризуются урановые месторождения щитов?

БД "Информационные признаки урановых месторождений щитов" содержит сведения об эндогенных урановых месторождениях, располагающихся на Украинском, Бразильском, Канадском, Австралазийском щитах и других более локальных выходах архей-протерозойского основания. Это древние (протерозойские) скопления промышленно важных урановых руд, которые обладают многими чертами, позволяющими сделать предположение об их глубинном (мантийном) генезисе.

В БД основное внимание уделено отношению их к магматическим породам глубинного происхождения, геохимическим особенностям руд, минералам – спутникам урана в рудах, особенностям околорудных метасоматических преобразований.

Задача: Выявление характерных особенностей урановых месторождений щитов

12. Какие крупные урановые эндогенные месторождения известны на территории России и Восточной Европы?

К к рупным эндогенным месторождениям урана в России относятся Стрельцовское, Аргунское, Антей, расположенные в Восточно-Забайкальской металлогенической провинции; крупными месторождениями урановых руд в Восточной Европе являются Шлема-Альберода, Яхимов, Пшибрам.

В БД "К рупные урановые эндогенные месторождения России и Восточной Европы" включены сведения об особенностях тектонического положения перечисленных месторождений, их геологического строения, о минеральном составе руд, околорудных изменениях. Приведены геохронологические данные о возрастеруд и высказано предположение о их генезисе.

Задача: Выявление особенностей, характерных для крупных урановых месторождений России

(Стрельцовское, Аргунское, Антей).

13. Какими особенностями характеризуются крупные урановые месторождения России

(Стрельцовское, Аргунское, Антей)?

Эти сведения можно получить из БД "Информационные признаки крупных урановых месторождений –

Стрельцовское, Аргунское, Антей (РФ, Восточное Забайкалье)". Описание информационных признаков приведено на уровне рудной провинции, рудного поля, конкретного месторождения. Рассмотрены минеральный состав руд и их геохимические особенности.

14. Какие рудные формации известны в Восточно-Забайкальской металлогенической провинции?

В БД приведены сведения о 15 наиболее распространенных рудных формациях, которые проявлены в пределах 30 рудных полей, образуя промышленные скопления молибденовых, вольфрамовых, оловянных, свинцово-цинковых, золото-серебряных, сурьмяно-ртутных и урановых руд. Сведения содержат геохронологические данные о возрасте руд и вмещающих пород, об элементах - спутниках в рудах, о характере исходного (возможно рудообразующего) расплава и его геохимической специализации.

Задача: Рудные формации Восточно-Забайкальской металлогенической провинции.

15. Какое положение занимает урановорудное оруденение в рудно-формационном ряду Восточно-Забайкальской провинции?

По имеющимся геохронологическим данным можно предполагать, что урановое оруденение месторождений Стрельцовского рудного поля (абсолютный возраст 185 млн. лет) сформировалось позже золото-сульфидного оруденения и месторождений олова, вольфрама, но раньше золотосодержащих полиметаллических месторождений, а также серебро-золорудной и сурьмяно-ртутной формаций и месторождений флюорита.

Руководитель портала «Интегральный банк данных»

А.В. Веселовский