Методы геоинформатики и нечеткой математики в анализе геофизических данных
https://doi.org/10.22405/2226-8383-2018-19-4-194-214
Аннотация
В настоящей работе приведен обзор базовых математических понятий и конструкций, которые легли в основу методов геоинформатики, развиваемых научной школой академика А.Д. Гвишиани. Важно отметить, что в рамках указанной школы геоинформатика понимается более широко, чем изучение и применение географических информационных систем. Геоинформатика включает в себя исследования по созданию методов и алгоритмов, позволяющих автоматизировать решение задач в области наук о Земле на базе данных исходных наблюдений. Под решением понимается адекватное моделирование логики эксперта, осуществляющего анализ данных и принятие решений вручную. Именно системы наблюдений и регистрируемые данные о процессах, происходящих в недрах Земли и в околоземном пространстве, являются основой фундаментальных исследований как в области геоинформатики, так и других науках о Земле. Так, под руководством академика А.Д. Гвишиани была существенна развита система наблюдений магнитного поля Земли. Настоящая статья в большей мере посвящена математическому аппарату, используемому для анализа данных наблюдений с целью последующего выявления новых закономерностей в процессах Земли и околоземного пространства.
Об авторе
А. А. Соловьев
Геофизический центр РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Россия
Россия
Соловьев Анатолий Александрович — доктор физико-математических наук, членкорреспондент РАН, заместитель директора по науке, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник, ГЦ РАН; ведущий научный сотрудник, ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН
Список литературы
1. Gvishiani A., Lukianova R., Soloviev An., Khokhlov A. Survey of Geomagnetic Observations Made in the Northern Sector of Russia and New Methods for Analysing Them // Surveys in Geophysics. 2014. Vol.35. № 5. P.1123-1154.doi: 10.1007/s10712-014-9297-8
2. Гвишиани А.Д., Лукьянова Р. Ю. Геоинформатика и наблюдения магнитного поля Земли: российский сегмент // Физика Земли. 2015. № 2, С. 3–20. DOI: 10.7868/S0002333715020040
3. Гвишиани А.Д., Старостенко В.И. , Сумарук Ю. П., Соловьев Ан. А.., Легостаева О. В. Уменьшение солнечной и геомагнитной активности с 19 го по 24 й цикл // Геомагнетизм и аэрономия,.2015, Т. 55, № 3. С. 314–322 DOI: 10.7868/S0016794015030098
4. Гвишиани А.Д., Лукьянова Р. Ю. Исследование геомагнитного поля и проблемы точности бурения наклонно направленных скважин в Арктическом регионе. // Горный журнал. 2015. .№ 10. С.94-99. doi:http://dx.doi.org/10.17580/gzh.2015.10.17
5. Gvishiani A, Soloviev An., Krasnoperov R., Lukianova R. Automated Hardware and Software System for Monitoring the Earth’s Magnetic Environment. // Data Science Journal. 2016.15, p.18. DOI: 10.5334/dsj-2016-018
6. Gvishiani A.. Sidorov, R. Lukianova R, Soloviev An. Geomagnetic activity during St. Patrick’s Day storm inferred from global and local indicators // Russ. J. Earth Sci., 16, ES6007, doi:10.2205/2016ES000593
7. Лаверов Н.П.., Леонов Ю.Г., Макоско А.А., Бондур В.Г., Гвишиани А.Д., Глико А.О., Гольдин С.В., Гордеев Е.И., Диденко А.Н., Куликов Е.А., Левин Б.В., Лобковский Л.И., Маловичко А.А., Соболев Г.А. Предложения по развитию и модернизации системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений // Проблемы национальной безопасности. Экспертные заключения. Аналитические материалы. Предложения / Под общ. ред. акад. Н.П.Лаверова. М.: Наука. 2008. С.206-232.
8. Zadeh L.A. Fuzzy sets // Information and Control. 1965. № 8, 338-353.
9. Gvishiani A., Dubois J. Artificial intelligence and dynamic systems for geophysical applications. Springer-Verlag, Paris. 2002. 350 p.
10. А. Н. Колмогоров, С. В. Фомин. Элементы теории функций и функционального анализа, 5-ое изд. М. Наука. 1981. 544 с.
11. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Леденев А.В., Злотники Ж., Боннин Ж. Математические методы геоинформатики II. Алгоритмы нечеткой логики в задачах выделения аномалий на временных рядах // Кибернетика и системный анализ 2003.т.39. №4. С.103-111.
12. Gvishiani A.D., Agayan S.M., Bogoutdinov Sh.R., Tikhotsky S.A., Hinderer J., Bonnin J., Diament M. Algorithm FLARS and recognition of time series anomalies // System Research & Information Technologies. 2004. №. 3. P.7-16.
13. Soloviev A., Sh. Bogoutdinov, S. Agayan, R. Redmon, T. M. Loto’aniu, H. J. Singer (2018), Automated recognition of jumps in GOES satellite magnetic data, Russ. J. Earth Sci., 18, ES4003, doi:10.2205/2018ES000626
14. С.М. Агаян, А.А. Соловьев, Ш.Р. Богоутдинов, Ю.И. Николова. Регрессионные производные и их применение в изучении геомагнитных джерков // Геомагнетизм и аэрономия, том 59, №1. 2019
15. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р. Математические методы геоинформатики. I. О новом подходе к кластеризации // Кибернетика и системный анализ. 2002. № 2. С. 104-122.
16. Gvishiani A.D., Mikhailov V.O, Agayan S.M., Bogoutdinov Sh., Tikhotsky S.A., Diament M., Galdeano A. Artificial intelligence technique in potential field and other geophysical studies // Conseil de l’Europe. Cahiers du Centre Europeen de Geodynamique et de Seismologie. GrandDuchy of Luxemburg. 2003. Vol. 20. P.63-69
17. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Соловьев Ан.А. Дискретный математический анализ и геолого-геофизические приложения // Вестник Краунц. Науки о Земле. 2010. № 2. Вып. 16. С.109-125
18. Агаян С.М., Соловьев А.А. Выделение плотных областей в метрических пространствах на основе кристаллизации // System Research & Information Technologies — 2004. — № 2. — С. 7-23
19. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Агаян С.М. Интеллектуальная система распознавания FCAZm в определении мест возможного возникновения сильных землетрясений горного пояса Анд и Кавказа // Физика Земли. 2016, № 4. С. 3–23. DOI: 10.7868/S0002333716040013
20. ГвишианиА.Д., Агаян С.М.,Добровольский М.Н.,ДзебоевБ.А.Объективнаяклассификация эпицентров и распознавание мест возможного возникновения сильных землетрясений в Калифорнии // Геоинформатика. 2013. № 2. С.44-57.
21. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Агаян С.М. О новом подходе к распознаванию мест возможного возникновения сильных землетрясений на Кавказе // Физика Земли. 2013. № 6. С. 3-19. DOI: 10.7868/S0002333713060045
22. Gvishiani A., Dobrovolsky M., Agayan S., Dzeboev B. Fuzzy-based clustering of epicenters and strong earthquake-prone areas // Environmental Engineering and Management Journal. 2013. Vol.12. No. 1. P. 1-10.
23. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Сергеева Н.А., Рыбкина А.И. Формализованная кластеризация и зоны возможного возникновения эпицентров значительных землетрясений на Крымском полуострове и Северо-Западе Кавказа // Физика Земли. 2017. № 3. С. 33–42. DOI: 10.7868/S0002333717030036
24. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Дзебоев Б.А., Белов И.О. Распознавание мест возможного возникновения эпицентров сильных землетрясений с одним классом обучения // Доклады академии наук. 2017. Т. 474. № 1. С. 86–92. DOI: 10.7867/S0869565217130175.
25. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Белов И.О., Сергеева Н.А., Вавилин Е.В. Последовательное распознавание мест возможного возникновения значительных и сильных землетрясений: Прибайкалье-Забайкалье // Доклады Академии наук. 2017. Т. 477. № 6. С. 704–710. DOI: 10.7868/S0869565217360178.
26. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Сергеева Н.А., Белов И.О., Рыбкина А.И. Зоны возможного возникновения эпицентров значительных землетрясений в регионе Алтай-Саяны // Физика Земли. 2018. № 3. С. 18–28. DOI: 10.7868/S000233371803002X.
27. Гвишиани А.Д. Диамант М., Михайлов В.О., Гальдеано А., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Граева Е.М. Алгоритмы искусственного интеллекта для кластеризации магнитных аномалий // Физика Земли. 2002. №7. С.13-28.
28. Mikhailov V., Galdeano A., Diament M., Gvishiani A., Agayan S., Bogoutdinov S., Graeva E., and Sailhac P. Application of artificial intelligence for Euler solutions clustering // Geophysics. 2003. Vol. 68. № 1. P.168-180.
29. Соловьёв Ан.А., Шур Д.Ю., Гвишиани А.Д., Михайлов В.О., Тихоцкий С.А.. Определение вектора магнитного момента при помощи кластерного анализа результатов локальной линейной псевдоинверсии аномалий ΔT // Доклады Академии наук. 2005. Том 404. № 1. С. 109-112.
30. Widiwijayanti C., Mikhailov V., Diament M., Deplus C., Louat R., Tikhotsky S., Gvishiani A. Structure and evolution of the Molucca Sea area: constraints based on interpretation of a combined sea-surface and satellite gravity dataset // Earth and Planetary Science Letters. 2003. Vol. 215. P.135-150.
31. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р. Определение аномалий на временных рядах методами нечеткого распознавания // Доклады АН. 2008. Т. 421. № 1. С. 101-105.
32. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Злотники Ж., Боннин Ж. Математические методы геоинформатики III. Нечеткие сравнения и распознавание аномалий на временных рядах // Кибернетика и системный анализ. 2008. Т.44. №3. С.3-18
33. Gvishiani A.D., Agayan S.M., Bogoutdinov Sh.R., Graeva E.M., Zlotnicki J., and J. Bonnin. Recognition of anomalies from time series by fuzzy logic methods // Russian Journal of Earth Sciences. 2008. Vol. 10. № 1.С.1-9. ES1001, doi:10.2205/2007ES000278.
34. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Каган А.И. Гравитационное сглаживание временных рядов // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2011. Т.17. № 2. С.62-70.
35. Богоутдинов Ш.Р., Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Соловьев Ан.А., Кин Э. Распознавание возмущений с заданной морфологией на временных рядах. I. Выбросы на магнитограммах всемирной сети ИНТЕРМАГНЕТ // Физика Земли. 2010. № 11. С.99-112.
36. Гвишиани А.Д., Соловьев Ан.А., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Сидоров Р.В. Алгоритмическая система распознавания выбросов на магнитограммах // Динамика физических полей Земли. М.: Светоч Плюс. 2011. С.297-309.
37. Соловьев Ан.А., Агаян С.М., Гвишиани А.Д., Богоутдинов Ш.Р., Шулья А. Распознавание возмущений с заданной морфологией на временных рядах. II. Выбросы на секундных магнитограммах // Физика Земли. 2012. № 5. С. 37-52.
38. Soloviev An., Chulliat A., Bogoutdinov S., Gvishiani A., Agayan S., Peltier A., Heumez B. Automated recognition of spikes in 1 Hz data recorded at the Easter Island magnetic observatory // Earth Planets Space. 2012. Vol.64. № 9. P.743-752. Doi:10.5047/eps.2012.03.004.
39. A.Soloviev, A.Chulliat, S.Bogoutdinov (2017), Detection of secular acceleration pulses from observatory data, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 270 (2017), p. 128-142, doi: 10.1016/j.pepi.2017.07.005
40. Zlotnicki J., Le Mouel J.-L., Gvishiani A., Agayan S., Mikhailov V., Bogoutdinov Sh., Kanwar R., Yvetot P. Automatic fuzzy-logic recognition of anomalous activity on long geophysical records: Application to electric signals associated with the volcanic activity of La Fournaise volcano (Reunion Island) // Earth and Planetary Science Letters. 2005. Vol. 234. P.261-278.
41. Богоутдинов Ш.Р., Агаян С.М., Гвишиани А.Д., Граева Е.М., Родкин М.В., Злотники Ж., Ле Муэль Ж. Алгоритмы нечеткой логики в анализе электротеллурических данных в связи с мониторингом вулканической активности // Физика Земли. 2007.№7. С.72-85.
42. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р. Дискретный математический анализ и мониторинг вулканов // Инженерная экология. 2008. № 5. С.26-31.
43. Гвишиани А.Д., Белов С.В., Агаян С.М., Родкин М.В., Морозов В.Н., Татаринов В.Н., Богоутдинов Ш.Р. Геоинформационные технологии: методы искусственного интеллекта при оценке тектонической стабильности Нижнеканского массива // Инженерная экология. 2008. №2. С.3-14.
44. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А. Оценка сейсмической опасности при выборе мест захоронения радиоактивных отходов // Горный журнал. 2015.№ 10.С.39-43. doi:http:// dx.doi.org/10.17580/gzh.2015.10.07
Рецензия
При поддержке: ГЦ РАН, Государственное задание на 2018 г.
Для цитирования:
Соловьев А.А. Методы геоинформатики и нечеткой математики в анализе геофизических данных. Чебышевский сборник. 2018;19(4):194-214. https://doi.org/10.22405/2226-8383-2018-19-4-194-214
For citation:
Soloviev A.A. Methods of geoinformatics and fuzzy mathematics in geophysical data analysis. Chebyshevskii Sbornik. 2018;19(4):194-214. (In Russ.) https://doi.org/10.22405/2226-8383-2018-19-4-194-214
Просмотров: 663
Послать статью по эл. почте 