Методическое и алгоритмическое обеспечение системы контроля локальных аномалий грунта при скачкообразных искажениях данных малоглубинного электропрофилирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Догадин, Семен Евгеньевич

• Догадин, Семен Евгеньевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Догадин, Семен Евгеньевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ АНОМАЛИЙ ГРУНТА МЕТОДОМ МАЛОГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЯ

1.1 Малоглубинная электроразведка и электрическое профилирование

1.2 Поисковые задачи электроразведки при неразрушающих исследованиях приповерхностных слоев грунта

1.3 Многоэлектродные системы контроля локальных аномалий грунта

1.4 Интерпретация данных малоглубинного площадного электропрофилирования

1.4Л Объекты поиска и локальные аномалии при малоглубинном электропрофилировании

1.4.2 Точечные искажения измерительных данных и методы их

коррекции

1.4.3 Региональный фон измерительных данных и методы его

фильтрации

1.4.4 Скачкообразные искажения измерительных данных

1.5 Систематизация искажений данных малоглубинного электропрофилирования

1.6 Методы эквализации скачкообразных искажений данных малоглубинного электропрофилирования

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. МЕТОД АДАПТИВНОЙ ЭКВАЛИЗАЦИИ СКАЧКООБРАЗНЫХ ИСКАЖЕНИЙ ДАННЫХ МАЛОГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЯ

2.1 Эквализация скачкообразных искажений данных малоглубинного электропрофилирования

2.2 Эквализация скачкообразных искажений, вызванных изменением

внешних условий измерений

2.2.1 Нормализация измерительных данных

2.2.2 Определение границ локальных аномалий

2.2.3 Сглаживающая коррекция площадных скачкообразных искажений

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДА АДАПТИВНОЙ

ЭКВАЛИЗАЦИИ СКАЧКООБРАЗНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

3.1. Оценка эффективности эквализации скачкообразных

искажний

3.1.1 Оценка ступенчатости на границе планшетов

3.1.2 Оценка согласия при повторных измерениях

3.2. Оценка метода эквализации на модельных данных

3.3. Оценка эквализации на результатах полевых измерений

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРИ ЭКВАЛИЗАЦИИ

ДАННЫХ МАЛОГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЯ

4.1 Структурная схема системы контроля локальных аномалий грунта методом малоглубинного электропрофилирования

4.2 Экспериментальные исследования метода адаптивной эквализации скачкообразных искажений данных малоглубинной электроразведки

4.3 Перспективы применения метода адаптивной эквализации измерительных данных

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Примеры эквализации скачкообразных искажений результатов полевых измерений

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Свидетельство о регистрации и акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методическое и алгоритмическое обеспечение системы контроля локальных аномалий грунта при скачкообразных искажениях данных малоглубинного электропрофилирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Неразрушающие исследования грунтов, естественная структура которых изменена в результате антропогенного или техногенного воздействия, актуальны при решении экологических, археологических и инженерно-технических задач. Эффективным методом изучения структуры приповерхностных слоев грунта и локализации объектов искусственного происхождения является малоглубинное электропрофилирование.

Исследования больших территорий методом площадного электропрофилирования проводятся в течение нескольких полевых сезонов, в том числе в разные времена года. Измерения производятся последовательно, в соответствии с границами планшетов (координатно-увязанных участков априорно заданной формы и размера). Дальнейшей задачей системы контроля локальных аномалий грунта (ЛАГ) является корректное объединение полученных массивов данных. При формировании сводной карты распределения кажущегося удельного электрического сопротивления грунта (apparent soil resistivity) наблюдаются скачкообразные изменения среднего уровня значений сопротивления на границах смежных планшетов, которые вызваны отличиями условий проведения измерений (площадные скачкообразные искажения). Следовательно, для корректного выявления объектов поиска, соответствующих аномалиям кажущегося сопротивления, анализа их формы и геометрических параметров, необходимо специализированное методическое, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение системы контроля ЛАГ, которое обеспечивает эквализацию данных малоглубинного электропрофилирования - приведение всех массивов данных к единому уровню информативного сигнала.

Скачкообразные искажения сводных карт распределения кажущегося удельного сопротивления грунта связаны с воздействием внешних факторов на результаты измерений: изменение фоновой влажности грунта, температуры, выпадение атмосферных осадков в процессе съёмки и пр. Воздействие внешних факторов приводит к неравномерному изменению величины удельного сопротивления приповерхностных слоев грунта, а, следовательно, к изменению вза-

имной контрастности аномалий кажущегося удельного сопротивления и возникновению скачкообразных искажений на границе смежных планшетов.

В целом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью получения достоверной информации о форме и геометрических параметрах объектов поиска в приповерхностных слоях грунта на основе данных малоглубинного электропрофилирования. Разработка методического, алгоритмического и программно-технического обеспечения системы контроля локальных аномалий грунта позволяет существенно повысить качество неразрушающих исследований структуры грунта и является актуальной научно-технической задачей.

Степень разработанности темы. Традиционно, формирование сводных карт распределения кажущегося удельного сопротивления грунта производится при помощи специализированного программно-технического обеспечения системы контроля ЛАГ после проведения всех измерений на исследуемой территории. При корректировке скачкообразных искажений сводных карт предполагается, что погрешность носит аддитивный или мультипликативный характер (Haigh.J.G.B. 1991; Eder-Hinterleitner A., Neubauer W., 1996; Дудкин В.П., 1997; GEOPLOT, 2012; ERTLab Solver, 2012). В связи с нелинейным характером искажений, преобразования, ориентированные на устранение аддитивной или мультипликативной погрешности не эффективны: необходимо учитывать не только амплитуду, но и изменение взаимной контрастности аномалий кажущегося сопротивления.

Целью работы является разработка методического, алгоритмического и программно-технического обеспечения системы контроля локальных аномалий грунта при площадных скачкообразных искажениях данных малоглубинного электропрофилирования.

Для достижения цели должны быть решены следующие задачи: - разработка метода адаптивной эквализации площадных скачкообразных искажений, который обеспечивает возможность корректного анализа структуры приповерхностных слоев грунта при малоглубинном электропрофилировании;

- оценка эффективности разработанного метода эквализации по данным модельных и натурных экспериментов;

- разработка алгоритма формирования сводных карт распределения кажущегося удельного сопротивления грунта при площадных скачкообразных искажениях, связанных с влиянием внешних факторов;

- разработка структуры системы контроля локальных аномалий грунта методом малоглубинного электропрофилирования, обеспечивающей эквализацию скачкообразных искажений данных;

- экспериментальные исследования разработанного методического, алгоритмического и программно-технического обеспечения при неразрушающем контроле грунта на территориях, расположенных в различных ландшафтных зонах.

Объект исследований - система контроля локальных аномалий грунта методом электропрофилирования.

Предмет исследований - методическое, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение системы.

Научная новизна. Разработан и обоснован метод адаптивной эквализации площадных скачкообразных искажений данных контроля локальных аномалий грунта. В отличие от традиционных методов, основанных на применении заданной функции коррекции ко всему массиву данных искаженного планшета, предложенный метод основан на том, что функция коррекции различна в пределах каждой из выделенных аномалий кажущегося удельного сопротивления. Это позволяет корректировать скачкообразные искажения данных на границе планшетов при сохранении исходной формы аномалий сопротивления.

Разработан алгоритм формирования сводной карты распределения кажущегося удельного сопротивления при контроле грунта методом площадного электропрофилирования. Отличительной особенностью алгоритма является оценка изменения среднего уровня значений кажущегося сопротивления при определении последовательности объединения смежных планшетов, что позволяет повысить эффективность метода эквализации данных площадного электропро-

филирования.

Разработана новая структура системы контроля локальных аномалий грунта методом малоглубинного электропрофилирования, включающая методическое, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение экспресс-обработки и адаптивной эквализации данных. Введение дополнительных модулей и управляющих сигналов определяет адаптивность системы при выявлении площадных скачкообразных искажений и обеспечивает возможность корректировки искажений в процессе полевых исследований, что является принципиальным отличием от известных систем, основанных на апостериорной обработке экспериментальных данных.

Теоретическая значимость. Разработка методического обеспечения эквализации данных системы контроля ЛАГ развивает научные основы методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды. Развитие структуры системы контроля и введение дополнительного алгоритмического обеспечения обработки информативных сигналов обеспечивает повышение качества неразрушающих исследований структуры грунта.

Практическая значимость. На основе разработанного в диссертации метода эквализации площадных скачкообразных искажений создано специализированное программно-техническое обеспечение системы контроля ЛАГ, предназначенное для корректировки сводной карты распределения кажущегося удельного сопротивления грунта, полученной при объединении нескольких ко-ординатно-увязанных массивов данных. Предложенные методы и алгоритмы могут быть использованы в системах контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, в частности, при исследовании материалов методом атом-но-силовой микроскопии.

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В диссертационной работе используются методы цифровой обработки сигналов и изображений, статистические методы и методы фильтрации измерительной информации.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается

корректным использованием математических методов, а также результатами сравнительного анализа с современными разработками в области малоглубинной электроразведки, методическим, алгоритмическим и программно-техническим обеспечением эквализации экспериментальных данных. Достоверность предложенных методов доказана в рамках компьютерного эксперимента, основанного на результатах неразрушающих исследований грунта на территориях, расположенных в различных ландшафтных зонах.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод адаптивной эквализации данных контроля локальных аномалий грунта обеспечивает корректировку «искаженного» планшета и, как следствие, устранение площадных скачкообразных искажений. Разработанный метод устраняет искажения на границах смежных планшетов при минимальных изменениях внутренних областей.

2. Эффективность алгоритма формирования сводной карты распределения кажущегося удельного сопротивления грунта обеспечивается адаптивным выбором последовательности объединения массивов данных площадного электропрофилирования .

3. Программно-техническое обеспечение экспресс-обработки и эквализации данных площадного электропрофилирования в рамках системы неразрушающе-го контроля грунта обеспечивает повышение качества экспериментальных данных. Предложенная структура определяет адаптивность системы контроля локальных аномалий грунта при выявлении и корректировке площадных скачкообразных искажений в процессе исследований.

4. Эффективность применения метода адаптивной эквализации и алгоритма корректировки экспериментальных данных при неразрушающем контроле грунта доказана при исследованиях структуры приповерхностных слоев грунта на территориях, расположенных в различных ландшафтных зонах.

Реализация и внедрение результатов работы. Исследования по данной тематике проведены в рамках:

- гранта Российского фонда фундаментальных исследований «Археолого-

геофизические исследования планировки, структуры и оборонительных сооружений средневековых поселений Прикамья: сравнительный анализ» (грант № 11-06-00213 а);

- программы междисциплинарных проектов фундаментальных исследований, выполняемых в Учреждениях Уральского отделения РАН в 2012-2014 гг. «Изучение и сохранение памятников историко-культурного наследия Камско-Вятского региона: методика междисциплинарных исследований» (грант № 12-М-26-2005).

Разработанные методы, модели и алгоритмы, а также программно-техническое обеспечение внедрены в ООО НПП «ЭРА» (г. Санкт-Петербург) и компании «НТ-МДТ» (г. Зеленоград). Внедрения подтверждены актами.

На специализированное программное обеспечение системы контроля локальных аномалий грунта получено свидетельство Федеральной службы по интеллектуальной собственности о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: VIII Международный геофизический научно-практический семинар «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых» (г. Санкт-Петербург, 2010); XV Международный симпозиум «Нанофотоника и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2011); IX Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2011); IX Всероссийская конференция «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем» (Ижевск, 2010); Научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (Ижевск, 2011), а так же на семинарах Физико-технического института УрО РАН и Ижевского государственного технического университета.

Личный вклад автора. Решение всех задач, сформулированных в диссертации, получение и интерпретация результатов на различных этапах математической обработки экспериментальных данных выполнены автором лично. В ра-

ботах, выполненных в соавторстве, диссертанту принадлежит разработка и исследование методов обработки и эквализации экспериментальных данных, а также разработка и реализация методов оценки достоверности результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 12 статей (из них 6 в изданиях из перечня ВАК и 6 в сборниках научных трудов, материалов международных и всероссийских научных конференций). Получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ (правообладатель - ИжГТУ).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (88 наименований) и двух приложений. Диссертация изложена на 147 машинописных листах основного текста, содержит 64 рисунка и пять таблиц.

ГЛАВА 1. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ АНОМАЛИЙ ГРУНТА МЕТОДОМ МАЛОГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЯ

1.1 Малоглубинная электроразведка и электрическое профилирование

Электроразведка представляет собой один из основных методов неразру-шающего контроля структуры земной коры. Она основана на изучении особенностей распространения постоянных и переменных электрических полей в земле и определении по измеренным полям электрических параметров среды, несущих важную информацию о свойствах и составе пород [1, с.З].

Одним из основных методов электроразведки является электроразведка методом сопротивлений. Этот метод использует постоянный или переменный ток для создания искусственных электрических полей. Для измерений используют измерительные установки, включающие питающие {А, В) и измерительные (М, АО электроды (рисунок 1.1) [2, с. 19].

Сущность метода сопротивлений заключается в следующем: в грунте с помощью питающих электродов А и В возбуждается электрическое поле, а на поверхности измеряется разность потенциалов между измерительными электродами М и N. По известной разности потенциалов 11{МЩ и току питающей линии 1(АВ) вычисляется кажущееся сопротивление текущего участка грунта рк. При этом учитывается геометрический коэффициент установки К, зависящий от взаимного положения питающих и измерительных электродов [3, с.33]:

Р* - К AUmn/ ¡AB

(1.1)

к =

2п

(1.2)

1111

+

АМ AN ВМ BN

Значение сопротивления, вычисленное по формуле (1.1), равно истинному удельному сопротивлению изучаемой среды только в том случае, если среда однородна. Приповерхностные слои грунта представляют собой неоднородную среду со сложной структурой, удельное кажущееся сопротивление которой сложным образом зависит от сопротивления её компонентов, а также пористости, влажности, глинистости, насыщенности влаги солями, минералогического состава, плотности почвы, температуры и многих других факторов [2]. Таким образом, для неоднородной среды выражение (1.1) определяет не истинное, а кажущееся удельное сопротивление грунта. Рассчитанное в соответствии с выражением (1.1) кажущееся удельное сопротивление соответствует сопротивлению условной однородной среды, дающей такой же результат измерений [4, с.39]. В пределах диссертационной работы, значение измеренного кажущегося удельного сопротивления грунта будем обозначать р„.

Измеренное значение кажущегося удельного сопротивления относят к условной точке привязки результатов измерений. Положение этой точки в горизонтальной плоскости ХУ обычно относят к геометрическому центру измерительной установки.

Электрическое поле распространяется в среде неограниченно далеко, но быстро затухает с удалением от источников тока. Объём, в котором протекает большая часть тока между питающими электродами, называется областью эффективного действия тока. Объекты, расположенные в этой зоне, максимально влияют на результаты измерений. Под эффективной глубиной исследования понимают глубину, на которой происходит наибольшее относительное приращение плотности тока при изменении расстояния между питающими электродами установки [5, с.35]. Изменение расстояния между питающими электрода-

ми установки приводит к изменению эффективной глубины: чем больше расстояние между питающими электродами, тем больший объем грунта влияет на результаты измерений, и, следовательно, тем больше эффективная глубина измерений. Таким образом, каждое измеренное значение можно условно соотнести не только с координатами на поверхности (Хи У),ноис некоторой эффективной глубиной (координата 7).

Для изучения геологических неоднородностей в толще земной коры в горизонтальном направлении проводят электрическое профилирование. Измерительную установку перемещают вдоль условных линий, намеченных на исследуемой территории (профилей) на заданное расстояние в соответствии с выбранным шагом измерений. Шаг измерений, а также расстояние между смежными профилями выбирается в соответствии с задачей исследования. При всех измерениях взаимное положение электродов - конфигурация измерительной установки - остаётся неизменным [4, с. 173-177]. Следовательно, эффективная глубина г, остаётся постоянной величиной. Последовательное перемещение измерительной установки по участку исследования позволяет сформировать двумерный массив распределения кажущегося удельного сопротивления грунта РкИЛ, расположение элементов которого соответствует взаимному положению точек наблюдений в пределах исследуемой территории (рисунок 1.2 (а)). При этом координата точки измерений х, последовательно изменяется в диапазоне [Хтш, Хтах]; координата у, - в диапазоне (Ттш, 7тах].

Для визуализации получаемых данных обычно используют яркостное представление. Наименьшему значению кажущегося сопротивления приписывается нулевая яркость точки, а наибольшему - максимальная, либо наоборот (рисунок 1.2 (б)). Такая графическая визуализация массива данных наглядно характеризует распределение кажущегося сопротивления грунта в пределах исследуемой площади. Для упрощения интерпретации, применяется интерполяция данных. При этом вычисляются значения кажущегося сопротивления в точках, находящихся в промежутках между точками измерений (рисунок 1.2 (в)).

Рисунок 1.2 - Данные электропрофилирования и способы их визуализации: а) массив данных; б) яркостное представление; в) двумерная интерполяция

массива; г) трёхмерное представление

В некоторых случаях используют трёхмерное представление данных: изменению значений кажущегося сопротивления соответствует изменение высоты отображения поверхности в каждой точке (рисунок 1.2 (г)) [6; 7, 62 р.].

Результаты электроразведки подчиняются логнормальному закону распределения [2, с. 25]. В связи с этим, при обработке и визуализации данных используется логарифмическая шкала кажущегося сопротивления (1§р*).

Визуализация полученных массивов данных позволяет проводить анализ распределения кажущегося удельного сопротивления грунта на соответствующей эффективной глубине в пределах исследуемой территории. Выделяемые при этом локальные аномалии кажущегося сопротивления дают возможность восстановить пространственные характеристики объектов поиска, расположен-

ных в приповерхностных слоях грунта (форма и расположение объекта на каждом из слоев измерений).

1.2 Поисковые задачи электроразведки при иеразрушающих исследованиях приповерхностных слоёв грунта

Методы электроразведки широко применяются с 20-х годов XX века в первую очередь с целью поиска и разведки полезных ископаемых. Основной задачей электроразведки является установление глубины и последовательности залегания земных слоёв по вертикали на глубинах до нескольких километров (далее по тексту - геоэлектроразведка). Разработанный математический аппарат позволяет вычислять глубину расположения, толщину и свойства горных пород. На основе статистического анализа возможно определять границы аномалий сопротивления и причины их возникновения, связывая каждую аномалию с горной породой, имеющей соответствующие электрические свойства. Подробно разработана классификация искажений данных, существует набор методов их обработки [8, 9].

При поиске природных объектов методом геоэлектроразведки, измерения проводятся на больших территориях (десятки кв. км) при значительном расстоянии между электродами (100 м и более). Глубина исследований достигает нескольких километров. При этом в качестве объекта поиска рассматриваются глубинные неоднородности [10]. Влияние приповерхностных слоев грунта рассматривается как мешающий фактор, воздействие которого искажает результаты измерений и подлежит устранению [11; 12, с.6].

Помимо поиска и разведки полезных ископаемых, электроразведка применяется для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач, задач исследования исторических территорий, экологического контроля и других исследований, связанных с изучением структуры приповерхностных слоев грунта ([5; 9; 10]). В настоящее время малоглубинная электроразведка рассматривается в качестве самостоятельного направления исследований, характеризующегося специфической методикой измерений, методами предварительной

обработки и анализа измерительной информации. В большинстве случаев задачами малоглубинной электроразведки являются локализация и диагностика состояния объектов искусственного происхождения, расположенных в приповерхностных слоях грунта: поиск и изучение состояния трасс трубопроводов, диагностика днищ цистерн, нефтеналивных резервуаров и других объектов промышленности, оценка состояния прилегающих территорий, определение ареала распространения грунтовых вод и пр. [5, с.215]. Помимо этого малоглубинная электроразведка применяется в почвоведении, мелиорации, экологическом мониторинге [12], а также в полевой археологии для определения границ и построения примерной планировки древних поселений [13; 14].

При исследовании территорий, подвергшихся антропогенному или техногенному воздействию, интерес представляют объекты искусственного происхождения, расположенные в приповерхностных слоях грунта (в основном глубина залегания не более 3 - 4 м) - остатки построек и сооружений, различные по своей форме, геометрическим параметрам, структуре и составу строительных материалов, расположению в пространстве культурного слоя. Задачи малоглубинного площадного электропрофилирования предполагают определение местоположения объектов поиска при максимальной точности восстановления их контура и пространственных характеристик расположения в грунте. В связи с этим, поиск объектов производится с малым шагом между электродами (обычно 0.5 - 1.0 м), а площадь участка исследований обычно не превышает нескольких сотен квадратных метров.

Для повышения информативности измерений используют методику, предполагающую электропрофилирование территории при последовательном изменении эффективной глубины измерений {многослойные измерения). При этом получают несколько пространственно упорядоченных массивов данных, каждый из которых отражает структуру грунта на заданной эффективной глубине, а совокупность всех данных позволяет восстановить структуру приповерхностных слоёв грунта и реконструировать пространственный образ объектов поиска (рисунок 1.3).

Расположение плоскостей горизонтальных геофизических разрезов - {г)

Рисунок 1.3 - Пространственное расположение набора массивов

измерительных данных

Проведение многослойных измерений многократно увеличивает трудоёмкость электроразведочных работ. Для её сокращения используется многоэлектродная электроразведочная аппаратура.

1.3 Многоэлектродные системы контроля локальных

аномалий грунта

В настоящее время, в электроразведке используются многоэлектродные системы контроля грунта. Суть многоэлектродных измерений заключается в последовательном изменении конфигурации установки и шага измерений за счет программной коммутации массива электродов, установленных на участке исследований (рисунок 1.4). С аппаратной точки зрения предполагается, что на поверхности грунта располагаются одновременно несколько десятков электродов, каждый из которых соединен с программно управляемым коммутатором. Коммутатор в соответствии с алгоритмом измерений позволяет задавать расположение питающих и измерительных электродов, участвующих в каждом единичном измерении. Отличительной особенностью многоэлектродных ис-

следований является возможность проведения большого количества измерений без перемещения сетки электродов или изменения её конфигурации.

Многоэлектродные измерения рассматриваются как наиболее перспективное направление развития теории и методики малоглубинных электрометрических исследований [15, 39 р.; 16]. По оценкам разработчиков, использование системы из 64 одновременно подключенных электродов повышает скорость измерений на 500 - 600% по сравнению с применением классической четырёх электродной аппаратуры [17]. Применение многоэлектродных систем позволяет существенно повысить производительность исследований, увеличить детальность описания объектов в горизонтальном направлении, а также даёт возможность распознавания и подавления помех [9, 11].

Сеть электродов

Измеритель-коммутатор

Профили измерен11й

Шаг измерений

Элементарные учаетки измерений

Массивы данных на различных эффект в н ых глубинах

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Догадин, Семен Евгеньевич, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Жданов, M.С. Электроразведка: Учебник для вузов / Жданов М.С.-М.:Недра, 1986.-316 с.

2. Электроразведка методом сопротивлений / Под. ред. В.К.Хмелевского и В.А.Шевнина: Учебное пособие.-М.:Изд-во МГУ, 1994. - 160 с.

3. Слукин, В.М. Неразрушающие методы исследования памятников архитектуры / В.М.Слукин.- Свердловск: Изд-во Урал, ун-та, 1989.220 с.

4. Электроразведка: Справочник геофизика. В двух книгах/Под ред. В.К.Хмелевского и В.М.Бондаренко. Книга первая.-2-е изд.,перераб. И доп. - М.: Недра, 1989.-438 с.

5. Колесников, В.П. Основы интерпретации электрических зондирований / В.П.Колесников .- М.:Научный мир, 2007.-248 с.

6. Tonkov N. Geophysical Survey of Tumuli in The Valley of the Kings, Central Bulgaria. Prognosis and Archaeological Evidence / N. Tonkov// Archaeological Prospection Vol. 3, 1996. P. 209-217.

7. Darvill T. Billown Neolithic Landscape Project, Isle of Man. Sixth Report: 2000 (Bournemoth University School of Conservation Sciences Research Report 9). Bournemoth and Douglas. Bournemoth University and Manx National Heritage. 62 p.

8. Куфуд, О. Зондирование методом сопротивлений.- Пер. с англ.- М.: Недра, 1984.-270 с.

9. Геоэкологическое обследование предприятий нефтяной проиышленности Под ред. Проф. В.А.Шевнина и доц. И.Н.Модина.- М.:РУССО, 1999 - 511с.

10. Никитин, А.А. Комплексирование геофизических методов: учебник для вузов. / А.А. Никитин, Хмелевской В.К. - Тверь: ООО "Издательство ГЕРС", 2004.-294 с.

11. Бобачев, А.А. Многоэлектродные электрические зондирования в условиях горизонтально-неоднородных сред / Бобачев, И.Н. Модин, Е.В.Перваго, В.А. Шевнин // Разведочная геофизика. Обзор. АОЗТ "Геоинформмарк".

Вып. 2.М., 1996. 50 с.

12. Поздняков, А.И. Полевая электрофизика почв / А.И.Поздняков .-М.:МАИК "Наука/Интерпериодика", 2001.-187 с.

13. Atkinson, R. J. С. Methodes electriques de prospection en archeologie, in Laming, A., Ed., La Decovert de Passe: Picard, 1952. P. 59-70.

14. Wynn, J.C. Archaeological prospection: An introduction to the Special Issue // Geophysics. 1986. Vol. 51. № 3. P. 533-537.

15. Geophysical survey in archaeological field evaluation. Research and Professional Servies Guideline № 1. Ancient Monuments Laboratory. English Heritage. 1995. 39 p

16. Модин, И.Н. Малоглубинная электроразведка: состояние и перспективы [Электронный ресурсрс] / И.Н. Модин // Ломоносовские чтения - 2010. Секция "Геология" .-2010 .-Режим доступа :

http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=l 184915&uri=25.html (дата обращения: 05.02.2012)

17. Werkema Jr. D.D., Versatile Windows Based Multi-Electrode Acquisition System for DC Electrical Methods Surveys / D.D. Werkema Jr., E.Atekwana, W.Sauck, J.A.Asumadu // Environmental Geosciences. 1998, Vol. 5. № 4. P. 196-206.

18. Petkov, A.T. Automatic and electromechanical equipment for electrical prospecting / A.T. Petkov, M.I. Georgiev // Archaeometry: Proc. of the 25-th intern. symp. Amsterdam etc: Elserier.- 1989.- P. 365 - 374.

19. Candansayar, M.E. Detecting small-scale targets by the 2D inversion of two-sided three-electrode data: application to an archaeological survey /

M.E.Candansayar, A.T.Basokur // Geophysical Prospecting.- 2001.- Vol. 49.- P. 13-25.

20. Слукин, B.M. Метод симметричного электропрофилирования при исследованиях антропогенных объектов / В.М.Слукин, М.Ю.Горбачев // Методы естественных наук в археологии. М.: Наука, 1987,- С. 102 - 107.

21. Горбачев, М.Ю. Некоторые особенности применения метода СЭП при исследовании исторических памятников // Вопросы исследования памятников архитектуры. М., 1990, С. 94 - 98.

22. Глазунов, В.В. Геофизические исследования на античном поселении Пан-ское-I / В.В.Глазунов, А.П.Наумов, Г.А.Внучков , С.А.Алексеев, И.С.Хасиев // Новое в применении физико-математических методов в археологии. М, 1979 .- С. 22 - 39.

23. Патент № 2091819 (RU). Устройство для геоэлектроразведки / Алексеев В.А., Журбин И.В., Зверев В.П. //Б.И. 1997., № 27; МКИ G 01 V 3/02.

24. Бобачев, А.А.Электротомография со стандартными электроразведочными комплексами / А.А.Бобачев, И.Н. Модин // Разведка и охрана недр.-2008.-Вып.1,- С.43-47

25. GEOPLOT, Instruction Manual [Электронный ресурс] // Geoscan Research. -Режим доступа: http:// www.geoscan-research.co.uk (дата обращения: 20.10.2012)

26. Журбин, И.В. Многоэлектродная аппаратура и программное обеспечение для малоглубинной электроразведки в археологии /И.В.Журбин, Д.В.Груздев// Разведка и охрана недр. 2004. № 12. С. 37-38.

27. ERTLab Solver [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://www.ertlab.com (дата обращения: 20.10.2012)

28. Geosoft [Электронный ресурс].- Режим доступа: http:// www.geosoft.com (дата обращения: 02.10.2013)

29. Никитин, А.А. Теоретические основы обработки геофизической информации: Учебник для вузов./ А.А. Никитин .-М.:Недра, 1986.-342 с.

30. Basokur, А.Т. Automated ID interpretation of resistivity soundings by simultaneous use of the direct and iterative methods // Geophysical Prospecting. 1999. Vol.47. №2. P.149-177.

31. Hordt A. A first attempt at monitoring underground gas storage by means of time-lapse multichannel transient electromagnetics / A.Hordt, P.Andrieux,

F.M.Neubauer, H. Ruter, K.Vozoff // Geophysical Prospecting. 2000. Vol.48. №3. P.489-509.

32. Lark R.M. Multiresolution analysis of data on electrical conductivity of soil using wavelets / R.M.Lark,S.R. Kaffka, D.L.Corwin // Journal of Hydrology. 2003. № 272. P. 276-290.

33. Дудкин В.П. Методы комплексной интерпретации результатов магнитометрической съемки археологических памятников / В.П.Дудкин, И.Н.Кошелев // Восточноевропейский археологический журнал. 2002. №3(16). http://www.archaeology.kiev.ua/journal/

34. Eder-Hinterleitner A. Restoring magnetic anomalies / A.Eder-Hinterleitner, W.Neubauer , P. Melichar // Archaeological Prospection. 1996. Vol.3. P. 185197.

35. Журбин И.В. Предварительная обработка результатов измерений в малоглубинной геофизике / И.В.Журбин, А.С.Коровин // Геоинформатика. -2007.-№ 1,-С. 37-40.

36. Тюрин Ю.Н. Статистический анализ данных на компьютере / Ю.Н.Тюрин, А.А.Макаров; под. ред. В.Э.Фигурнова.- М.: ИНФРА-М. 1998.-528 с.

37. Бат М. Спектральный анализ в геофизике. Пер. с англ./ М.Бат М.:Недра, 1980, 535с.-Пер.изд.:Нидерланды, 1974

38. Дудюн В.П. Первинна обробка результате магштометричних спостере-жень на археологичних пам'ятках / В.П. Дудюн, M.I. Жарких,

I.M. Кошелев // Археометр1я та охорона юторико - культурно!' спадщини. -Кшв, 1997. -Вип. 1. -С. 10-18.

39. GEOPLOT, Instruction Manual [Электронный ресурс] // Geoscan Research.-Режим доступа: http // www.geoscan-research.co.uk (дата обращения: 04-032011).

40. Haigh J.G.B. Automatic grid balancing in geophysical survey / J.G.B. Haigh // Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology 1991. - Oxford, 1992. - P. 191-196.

41. Vafidis A. Integrated geophysical studies at ancient Itanos (Greece) / A. Vafidis, N. Economou, Y. Ganiatsos, M. Manakou, G. Poulioudis, G. Sourlas,

E. Vrontaki, A. Sarris, M. Guy, Th. Kalpaxis // Journal of Archaeological Science. - 2005. - Vol. 32. - P. 1023-1036.

42. Somers L.E. Geophysical Surveys in Archaeology: Guidance for Surveyors and Sponsors / L.E. Somers, M.L. Hargrave, J.E. Simms // Engineer research and development center, Construction engineering research laboratory. ERDC/CERL SR-03-21, 2003. - 122 p.

43. Chanturishvili L. New results of archaeogeophysical investigations of Armaztsikhe-Bagineti ancient urban area / L. Chanturishvili, T. Chelidze,

G. Tabagua, M. Jakhutashvili, A. Tarkhnishvili, T. Zardalishvili, D. Odilavadze // Journal of the Georgian Geophysical Society. Issue (A), Physics of Solid Earth. -2001. - Vol. 6. - P. 112-117.

44. Электрическое зондирование геологической среды. Ч. II / под ред. В.К. Хмелевского, В.А. Шевнина. - М.: Изд-во МГУ, 1992. - 200 с.

45. Geophysical Survey in Archaeological Field Evaluation // English heritage .2008

46. Тропченко А Ю. Цифровая обработка сигналов. Методы предварительной обработки. Учебное пособие по дисциплине"Теоретическая информатика"/ А.Ю.Тропченко, А.А,Тропченко - СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. - 100 с.

47. Вычислительные математика и техника в разведочной геофизике/ Под ред. В.И.Дмитриева.- 2-е изд., перераб. И доп._ М.:Недра, 1990-498 с.

48. Догадин С.Е., Журбин И.В. Площадные искажения данных геоэлектроразведки и методика их фильтрации /С.Е.Догадин, И.В.Жубин // Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке: сб. тр. науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов и молодых учёных. В 3 т. Т.1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. С. 204-209.

49. Сапожников Б.Г. Применение равноточного масштаба для изображения результатов геофизических наблюдений и оценки их разрешающей спо-

собности / Б.Г.Сапожников // Методы разведочной геофизики .-Л.: НЕДРА, 1971, вып. 13

50. TerraSurveyorLite User Manual [Электронный ресурс] // DW Consulting .Режим доступа: http://www.dwconsulting.nl/TerraSurveyor-GSSI_manual30x2.pdf (дата обращения 02.02.2013)

51. Бондаренко В.М. Общий курс разведочной геофизики: Учеб юдля вузов. / В.М.Бондаренко, Г.В. Демура, Е.И. Савенко .- M.:Norma, 1998.-304с.

52. Milgram D.L. Computer methods for creating photomosaics / D.L.Milgram // Computer Science Center, University of Maryland.- 1975 .- Vol.24.- P.l 1131119

53. BURT P.J. A multiresolution spline with application to image mosaics / P.J. BURT and E.H. ADELSON // ACM Transactions on Graphics.- 1983 .- Vol. 2 .- P.217-236

54. Chia-Yen C., Reinhard K. Image Stitching — Comparisons and New Techniques/ C. Chia-Yen, K. Reinhard.// Computer Analysis of Images and Patterns. Lecture Notes in Computer Science. 1999. V.1689. P.615

55. Ostiak P. Implementation of HDR panorama stitching algorithm [электронный источник]/ P.Ostiak //Institute of Computer Graphics and Multimedia Systems Technical University of Szczecin .- Режим доступа:

http://www.cescg.org/CESCG-2006/papers/Szczecin-Ostiak-Piotr.pdf (дата обращения 12.01.2012)

56. Davis J. Mosaics of scenes with moving objects// IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR'98), Santa Barbara, USAJune 1998. P. 354

57. Levin A Seamless Image Stitching in the Gradient Domain [электронный источник]/ A.Levin, A.Zomet, S.Peleg, Y.Weiss .- Режим доступа: http://cs.engr.uky.edu/~jacobs/classes/2011 _photo/readings/gradient_domain_st itching.pdf (дата обращения 12.01.2012)

58. Журбин И.В., Зелинский А.В. Методические аспекты исследования грун-

тов методом многосеточной электрометрии // «Приборостроение в XX веке. Интеграция науки, образования и производства». Сборник трудов научно-технической конференции. Ижевск: Издательский дом «Удмуртский университет», 2001. С. 183-189.

59. Догадин С.Е. Методика определения характера искажений малоглубинной электроразведки // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. науч. тр. / науч. ред. В. А. Куликов. - Ижевск: Изд-воИжГТУ, 2011.С. 160-163.

60. Аппаратура электроразведочная для методов сопротивлений и естественного поля "ERA-MAX": Техническое описание и инструкция по эксплуатации // ООО НПП "ЭРА".- СПб.- 2008 .- Режим доступа: http://www.era-max.com/TO.html (дата обращения: 16.04.2013)

61. Иванова М.Г. Иднакар: Древнеудмуртское городище IX-XIII вв. - Ижевск: Удмуртский ин-т истории, языка и литературы УрО РАН, 1998. - 294 с.

62. Журбин И.В. Комплексные геофизические исследования культурного слоя археологических памятников (городище Иднакар, IX-XIII вв.)/ И.В.Журбин , А.А, Бобачев, В.П. Зверев // Археология, этнография и антропология Евразии. № 2(30). 2007. С. 114-124.

63. Догадин С.Е. Методика фильтрации данных площадного электропрофилирования: требования и программная реализация / С.Е, Догадин, И.В.Журбин // Вестник ИжГТУ. 2012. № 1. С. 89-92.

64. Савельев Н.С. Разведочные работы в Баишевском микрорайоне / Н.С. Савельев, А.Ф. Яминов // Археологические открытия 1996 г. М.: Наука 1997. С.278-279.

65. Журбин И.В. Методика и технология геофизических исследований при сохранении и музеефикации памятников археологии // Круг идей: алгоритмы и технологии исторической информатики. Труды IX конференции Ассоциации «История и компьютер» / Под ред. Л.И. Бородкина, В.Н. Владимирова. М., Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2005. С. 223-240.

66. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин / В.Н. Дахнов - М.: Недра, 1982. - 340 с.

67. Измерительные информационные системы : учыеьное пособие / Н.А. Ру-бичев.-М.: Дрофа, 2010.-334,[2]с.:ил.

68. Журбин И.В. Метод корректировки искажений данных площадного электропрофилирования / И.В. Журбин, С.Е. Догадин // Записки Горного института. Том 194. 2011. С. 178-182.

69. Догадин С.Е. Коррекция данных малоглубинной электроразведки // Информационные системы в промышленности и образовании: сб. науч. тр. / отв. ред. Ю.В. Веркиенко. - Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2008. С. 57-61.

70. Гонсалес Р. Цифровая обработка изображений. / Р.Гонсалес, Р.Вудс М.: Техносфера, 2005. 1072 с.

71. Young I.T. Fundamentals of Image Processing [Электронный ресурс]/ I.T.Young, Gerbrands J.J., van Vliet L.J.- Режим доступа: http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/TUDELFT/FIP2 _3.pdf (дата обращения: 10.01.2012)

72. C.H.Chou A binarization method with learning-built rules for document images produced by cameras/ С. H. Chou, W. H. Lin, F. Chang // Pattern Recognition. 2010. Vol. 43. № 4. P. 1518-1530.

73. Hojjatoleslami S.A. Region growing: A new approach / S.A. Hojjatoleslami, J. Kittler // IEEE Transactions on Image Processing. 1998. Vol. 7. № 7. P. 10791084.

74. Roerdink B.T.M. The Watershed Transform: De nitions, Algorithms and Paral-lelization Strategies / B.T.M. Roerdink and A.Meijster // Fundamenta Informaticae .- 2001.- Vol.41.- P.l87-228

75. Bertrand G. On topological watersheds // Journal of Mathematical Imaging and Vision. 2005. Vol. 22. № 2-3. P. 217-230.

76. Гафаров M.P. Исследование методов сегментации изображений / М.Р.Гафаров, А.Н.Мирзаянов // Информационные технологии в науке,

промышленности и образовании: сб. науч. тр. / науч. ред. В. А. Куликов. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. С. 22-25.

77. Beucher S. Watershed, hierarchical segmentation and waterfall algorithm // Mathematical Morphology And Its Applications To Image Processing. 1994. V.2. pp. 69-76.

78. Frucci M. Oversegmentation reduction in watershed-based grey-level image segmentation / M.Frucci, G.S.Baja // International Journal of Signal and Imaging Systems Engineering. 2008. V.l. №1. pp. 4-10.,

79. Ли К.Ю. Алгоритм маршрутизации и его приложения / К.Ю. Ли // ИРИ известия по ЭВМ. - 1961. - Вып. ЕС-10, № 2. - Р. 364-365.

80. Журбин И.В. Метод фильтрации пространственных искажений при малоглубинных электрометрических исследованиях грунтов / И.В.Журбин, А.С.Коровин // Вестник ИжГТУ. № 1. 2006. С. 30-33.

81. Zhurbin I.V. On the method of visualization of electrometric data / I.V. Zhurbin, D.V.Malyugin // Archaeological prospection. 1998. Vol. 5. № 2. P.73-79.

82. Куликов В.А. Метод согласования данных малоглубинной электроразведки / В.А.Куликов, И.В.Журбин, С.Е.Догадин// Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 2 (18). С. 205-209.

83. Догадин С.Е. Метод объединения сканированных фрагментов нанораз-мерных материалов в атомной силовой микроскопии // Молодежь и современные информационные технологии. Сборник трудов IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии». 4.1. -Томск: Изд-во СПБ Графике, 2011. С. 236-237.

84. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012610256 Фильтрация данных малоглубинной электроразведки/ С.Е.Догадин. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 10.01.2012.

85. Догадин С.Е. Методика анализа панорамных изображений атомно-силовой микроскопии / С.Е.Догадин, Д.В.Хлопов // Материаловедение. 2011. №10, С. 28-33.

86. Догадин, С. Е. Способ автоматизированного создания панорамных СЗМ изображений / С. Е. Догадин, С. И. Леесмент, О. В. Карбань // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 2. С.62-69

87. Догадин С.Е. Автоматизированный метод создания панорамных СЗМ-изображений / С.Е.Догадин, С.И.Леесмент, О.В. Карбань// Труды XV международного симпозиума «Нанофизика и нанофотоника - 2011». Т.2. Нижний Новгород. 2011. С. 558-559.

88. С\у1с1с1юп [Электронный ресурс] .- Режим доступа: http://gwyddion.net (дата обращения: 16.04.2013)