Проблема автоматизации обработки геологической информации

Кибернетика - новое научное направление, изучающее наиболее общие вопросы управления, обработки, хранения и передачи информации в системах различной природы - технических, биологических, социальных и т. п.¹

¹ (Акад. А. И. Берг дает следующее развернутое определение кибернетики: "Кибернетика - наука о процессах управления в сложных динамических системах, основывающаяся на теоретическом фундаменте математики и логики, а также на применении средств автоматики, особенно электронных вычислительных, управляющих и информационно-логических машин". Согласно акад. А. Н. Колмогорову, "кибернетика занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования".)

Рис. 1. Различные схемы управления. а - простая, с обратной связью; б - иерархическая с двухступенчатым регулированием; в - развитая иерархическая

Одним из основных объектов, изучаемых кибернетикой, являются системы управления.

В общем случае система управления состоит из следующих элементов (рис. 1, а): управляющий орган (регулятор) и управляемый объект. От управляемого объекта в управляющий орган поступает - осведомительная информация. Получая осведомительную информацию, управляющий орган перерабатывает ее в командную информацию. В соответствии с командной информацией происходит изменение управляемого объекта. Эти изменения фиксируются управляющим органом, и в зависимости от того, какой эффект имело выполнение предыдущих команд, принимается новое решение (вырабатывается новая командная информация).

Эта особенность управления - наблюдение за результатом использования предыдущих команд и принятие новых решений в зависимости от этого результата носит название обратной связи, в соответствии с этим и системы, схемы которых совпадают с изображенной на рис. 1, а, называются схемами с обратной связью. Вследствие того, что системы управления с обратной связью играют исключительную роль в кибернетике, мы будем иногда называть их кибернетическими.

Во многих случаях управление осуществляется таким образом, чтобы отклонения некоторого ("определяющего") параметра управляемого объекта от заданной величины было минимальным.

Можно привести объекты самой различной природы - биологические, социальные, технические, которые (с той или иной степенью идеализации) соответствуют схеме системы управления с обратной связью. Термостаты, стабилизаторы напряжения и тока, различного рода биологические регуляторы, живые организмы в целом, промышленные предприятия, человеческие общества - все это может рассматриваться как кибернетические системы.

Для геологов очень важным является тот факт, что геологоразведочные работы в общих чертах подчиняются схеме рис. 1, а, и, следовательно, являются кибернетической системой.

Действительно, при геолого-геофизических работах мы получаем самые различные данные - сейсмические, гравиметрические, электрометрические, магнитные, промыслово-геофизические, геохимические, стратиграфические, минералого-петрографические и многие другие: получаем геолого-геофизическую информацию, которая в схеме обратной связи является осведомительной. Эта осведомительная информация подвергается многогранной обработке, комплексной геолого-геофизической интерпретации, осуществляемой различными коллективами геологов и геофизиков, которые в приведенной схеме играют роль регулятора. На основе обработки и комплексной интерпретации геолого-геофизической информации вырабатываются рекомендации относительно характера дальнейших геолого-геофизических работ, рекомендации, которые являются командной (управляющей) информацией. Люди и аппаратура, получающие первичную информацию, играют роль управляемого объекта.

Регулятор геолого-геофизической кибернетической системы должен работать таким образом, чтобы обеспечить максимальный прирост разведанных запасов в кратчайшее время и при минимальных затратах средств.

Очень важным частным случаем схемы с обратной связью является схема иерархического управления (рис. 1, б и в). В том случае, когда управляемый объект может принимать большое число различных состояний, часто оказывается более удобным разделить регулятор на две или несколько ступеней. Регулятор первой ступени осуществляет управление в соответствии с "нормальным" режимом работы, когда состояние управляемого объекта находится в определенных пределах. Если управляемый объект выходит из этих пределов, то включается регулятор второй ступени, который и корректирует соответствующим образом управление. Аналогично работает регулятор третьей и более высоких ступеней.

Иерархическая система особенно оправдывает себя, когда управление может быть разделено между однотипными или близкими по характеру друг к другу регуляторами первой ступени, которыми управляет один регулятор второй ступени.

Очевидно, что схемы, изображенные на рис. 1, б и в, являются детализацией схемы рис. 1, а: объединяя все ступени регуляторов в один блок, мы возвращаемся к простой схеме с обратной связью. С другой стороны, различные части иерархической системы управления можно рассматривать как некоторые самостоятельные кибернетические системы. Так, любой из регуляторов второй ступени можно представить как управляющий орган, а совокупность регуляторов первой ступени, которую он контролирует,- как управляемый объект.

Особенностью геолого-геофизических работ как кибернетической системы является то, что они отвечают иерархической схеме управления.

Обработка геолого-геофизической информации осуществляется по определенным методикам. Это - первая ступень управления. Анализ эффективности методики интерпретации с целью ее совершенствования соответствует второй ступени управления. Грубо можно сказать, что интерпретация, осуществляемая производственными организациями, есть в основном регулятор первой ступени, а научно-исследовательские организации и руководящие органы отвечают в схеме регуляторам второй и более высоких ступеней.

Так как связь между регулятором и объектом замкнута (информация делает "кольцо" - поступает от управляемого объекта в регулятор и обратно), можно говорить о замкнутом потоке информации в кибернетической системе. Если такая система является иерархической, то наряду с иерархией регуляторов в ней может быть выделена иерархия потоков информации. Так, можно говорить об информационных потоках первой ступени, замыкающихся через регуляторы первой ступени, о потоках второй и более высоких ступеней.

Итак, при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых мы имеем дело с различными потоками информации. Потоки осведомительной информации требуют обработки - преобразования в командную информацию. До последнего времени во всех звеньях обработки геологических и геофизических данных роль регулятора-системы, преобразующей осведомительную информацию в командную,- выполнял человек, выполнял "вручную", не будучи вооруженным каким-либо устройствами, облегчающими анализ полученных данных.

Малая эффективность "ручной" обработки геологической и геофизической информации обусловлена рядом причин.

1. При ручной обработке сложные методики, требующие весьма длительной обработки одних и тех же данных или привлечения для этой обработки большого числа исполнителей, на практике, как правило, не могут быть реализованы в сколько-нибудь значительных объемах.
2. Даже в тех случаях, когда не лимитируют ни фактор времени, ни число исполнителей, осуществление "вручную" сложных методик часто не удается в силу того, что чем сложнее методика, тем более высоки требования, предъявляемые к квалификации интерпретаторов. В квалифицированных же кадрах всегда ощущается недостаток. Этот недостаток частично связан с тем, что число разрабатываемых сложных методик растет большими темпами, чем число квалифицированных исполнителей, способных освоить эти методики.
3. Человек в состоянии эффективно обрабатывать одновременно определенный, сравнительно небольшой объем информации. Вследствие этого обработка первичной информации в большинстве случаев "локальна" - она производится без привлечения материалов по смежным или аналогичным районам, а часто и без привлечения материалов других исследований по данному району.
4. В тех случаях, когда производится более или менее глубокая обобщенная интерпретация, охватывающая, достаточно большие площади, в силу трудности сопоставления материалов и сложности их обработки работа затягивается на много лет. При этом зачастую она сводится к решению только отдельных вопросов. Таким образом, ручная обработка отличается не только малой глубиной, но и низкой скоростью, что лишает возможности принимать оперативные решения.
5. Обработка материалов человеком - субъективна; на ее результаты оказывают влияние недостатки отдельных исполнителей. Вообще надежность обработки информации человеком не всегда достаточно велика. Вследствие рассеяния внимания, вызванного утомлением или другими причинами, человек допускает те или иные ошибки в обработке данных, и это может исказить, иногда очень серьезно, окончательный результат.
6. Углубленная обработка и обобщение материалов часто оказываются невозможными вследствие того, что не удается получить необходимые данные из мест их хранения. Это может быть, во-первых, результатом того, что нужные данные рассеяны в различных фондах, библиотеках и собрать их практически невозможно. Во-вторых, это может явиться следствием недостатков в организации работы хотя бы одного хранилища документов (например, территориальных фондов).

Недостаток "получаемой полезной информации", являющийся следствием малой эффективности ручной обработки, восполняется путем дополнительного сбора информации, что сопряжено с лишним расходованием средств, времени, сил. Нередко "недобранная" полезная информация вообще никак не восполняется, что ведет к пропуску залежей или месторождений и, следовательно, к не менее серьезным экономическим потерям. Медленность ручной обработки приводит к невозможности оперативно направлять поиски и разведку - корректировать направление работ под влиянием полученных результатов.

Радикальное повышение эффективности обработки (интерпретации) геолого-геофизической информации возможно лишь на основе автоматизации этой обработки на базе современной кибернетической техники¹. Применение этой техники может идти по двум линиям: по пути совершенствования интерпретации текущей информации и по пути углубленной обработки материалов прошлых лет (так называемая "разведка архивов").

¹ (Обычно говорят о современной "вычислительной" или "счетно-решающей" технике, имея в виду аналоговые автоматические устройства и быстродействующие цифровые машины с автоматическим управлением, однако круг задач, решаемых этими машинами-управление, сбор, хранение и оперативная выдача и обработка информации - уже давно перерос чисто вычислительные проблемы, в связи с чем эту технику мы будем называть "кибернетической".)

Необходимость повторной обработки архивных материалов связана, во-первых, с тем, что в процессе разведки ранее сделанные выводы часто быстро устаревают. Вновь полученные данные требуют пересмотра положений, легших в основу первоначальной обработки материалов. Во-вторых, со временем совершенствуется и методика обработки материалов, в результате чего осуществленная ранее обработка с точки зрения сегодняшнего дня может оказаться неэффективной.

В США в результате "разведки архивов" был открыт ряд нефтяных месторождений, в соответствии с чем там предполагается переработка (с помощью математических машин) 50 тыс. км сейсмических профилей. В настоящее время известен положительный опыт использования аналоговых и цифровых вычислительных машин для обработки сейсмограмм, результатов гравиметровой и магнитной съемок, данных геохимических наблюдений и т. п.

Следует подчеркнуть важность широкого подхода к проблемам автоматизации обработки геолого-геофизической информации. Речь идет не столько о применении вычислительных машин для решения отдельных задач, связанных с громоздкими вычислительными работами, выполнение которых непосильно при "ручном" счете (например, обработка гравитационных полей), сколько о применении современной вычислительной и информационной техники для широкой автоматизации хранения и обработки разнообразной геолого-геофизической информации.

Проблема автоматизации обработки геологической информации распадается на две - техническую и методическую (алгоритмическую).