Luận văn Nghiên cứu áp dụng phương pháp tần suất – nhận dạng mới phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu áp dụng phương pháp tần suất – nhận dạng mới phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Phạm Bảo Chi NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI PHỤC VỤ DỰ BÁO KHOÁNG SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Phạm Bảo Chi NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG MỚI PHỤC VỤ DỰ BÁO KHOÁNG SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY Chuyên ngành: Vật lý địa cầu. Mã số: 60440111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học PGS.TS.VÕ THANH QUỲNH Hà Nội - 2015
3. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành quyển luận văn này, trước tiên, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Võ Thanh Quỳnh - người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Nguyễn Viết Đạt người đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Vật lý Địa cầu – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến thức và có những đóng góp hết sức quý báu để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Hiệu trưởng, các thầy cô trong khoa Toán – Lý – Tin, Trường Đại học Tây Bắc đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình. Cuối cùng cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần vững chắc của tôi trong những thời khắc khó khăn nhất. Do điều kiện thời gian và trình độ nên bản luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý quý báu của thầy cô và các bạn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 07 tháng 12 năm 2015 Học viên Phạm Bảo Chi
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG ............................................... 3 1.1. Lý thuyết xử lí tổ hợp số liệu ............................................................................ 3 1.1.1. Các yêu cầu khi sử dụng tổ hợp số liệu trong xử lí .................................... 3 1.1.2 Lựa chọn tổ hợp số liệu .............................................................................. 4 1.2 Mẫu và các đặc trưng thống kê của số liệu địa vật lý ........................................ 5 1.2.1 Số liệu đo và mẫu ngẫu nhiên ..................................................................... 5 1.2.2 Hàm mật độ xác suất ................................................................................... 6 1.2.3 Một số hàm phân phối lý thuyết .................................................................. 7 1.3. Các thuật toán nhận dạng .................................................................................. 8 1.3.1 Mẫu chuẩn các đặc điểm đặc trưng và sử dụng mẫu chuẩn trong nhận dạng ...................................................................................................................... 8 1.3.2 Các thuật toán nhận dạng có mẫu chuẩn .................................................. 10 1.3.3. Các thuật toán nhận dạng không có mẫu chuẩn ...................................... 14 1.3.4. Quyết định sự tồn tại của đối tượng và đánh giá chất lượng xử lí .......... 15 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHẬN DẠNG MỚI TRONG TÌM KIẾM, DỰ BÁO KHOÁNG SẢN THEO TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ MÁY BAY ......................................................................................................... 17 2.1. Các bước phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản .................................................................................................... 17 2.2. Phương pháp đánh giá và phân loại cụm dị thường ....................................... 18 2.3. Phương pháp Tần suất – Nhận dạng ............................................................... 20 2.3.1. Phương pháp phân tích tần suất. ............................................................. 20 2.3.2. Phương pháp Tần suất – Nhận dạng ........................................................ 22 2.3.3. Hoàn thiện và mở rộng pham vi áp dụng phương pháp Tần suất – Nhận dạng .................................................................................................................... 23
5. 2.4. Phương pháp Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng ...................................... 26 2.4.1. Xây dựng ma trận thông tin đối mẫu ........................................................ 27 2.4.2. Đánh giá lựa chọn tổ hợp thông tin ......................................................... 27 2.4.3. Phân tích đối sánh xác định các đối tượng đồng dạng ............................ 29 2.4.4. Hoàn thiện và mở rộng phạm vi áp dụng phương pháp Khoảng cách – Tần suất – Nhận dạng ........................................................................................ 29 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM TRÊN TÀI LIỆU THỰC TẾ VÙNG NINH THUẬN ......................................................................... 33 3.1. Phương pháp Tần suất – Nhận dạng và khả năng ứng dụng .......................... 33 3.2. Tài liệu thu thập, tính toán về khu vực nghiên cứu ........................................ 34 3.2.1. Vị trí địa lí của khu vực nghiên cứu ......................................................... 34 3.2.2. Tài liệu Địa vật lý máy bay về khu vực nghiên cứu ................................. 35 3.3. Phân tích thử nghiệm ...................................................................................... 38 3.3.1. Phân tích thử nghiệm theo phương án 1...................................................... 38 3.3.2. Thực hiện phân tích thử nghiệm phương pháp Tần suất – Nhận dạng mới ............................................................................................................................ 43 3.4. Kết quả và nhận xét ........................................................................................ 50 3.4.1. Nhận xét kết quả thực hiện theo phương án 1 .......................................... 50 3.4.2. Nhận xét kết quả thực hiện phân tích theo phương pháp Tần suất – Nhận dạng mới ............................................................................................................. 51 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 55
6. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ các bước thực hiện chương trình .................................................... 26 Hình 3.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................ 34 Hình 3.2. Bản đồ hàm lượng Uran. ........................................................................... 35 Hình 3.3. Bản đồ hàm lượng Thori ........................................................................... 36 Hình 3.4. Bản đồ hàm lượng Kali. ............................................................................ 36 Hình 3.5. Bản đồ hàm lượng kênh tổng. ................................................................... 37 Hình 3.6. Kết quả phân vùng triển vọng khoáng sản theo đề án bay đo cho khu vực nghiên cứu. ................................................................................................................ 38 Hình 3.7. Sơ đồ diện tích triển vọng khoáng sản của khu vực theo kết quả của đề án bay đo ........................................................................................................................ 44 Hình 3.8. Sơ đồ vị trí các đối tượng mẫu .................................................................. 45 Hình 3.9. Sơ đồ đường đồng mức hệ số đồng dạng với vùng 08 theo kết quả phân tích Tần suất- Nhận dạng. ......................................................................................... 48 Hình 3.10. Đường biên xác định được dựa theo sơ đồ đường đồng mức hệ số tỷ lệ ................................................................................................................................... 49 Hình 3.11. Kết quả khoanh định lại biên của các vùng triển vọng khoáng sản ....... 50
7. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Khoảng giá trị đặc trưng của đối tượng mẫu ....37 Bảng 3.2. Ma trận thông tin của đối tượng mẫu.. ......37 Bảng 3.3. Giá trị tỷ trọng thông tin sắp xếp giảm dần ..38 Bảng 3.4. Giá trị tỷ trọng cho m tính chất đầu ...39 Bảng 3.5. Ma trận thông tin của 5 đối tượng đối sánh .........39 Bảng 3.6. Kết quả phân tích chỉ số đồng dạng của 5 đối tượng đối sánh ... ..43 Bảng 3.7. Kết quả phân tích cho các đối tượng mẫu . 48 Bảng 3.8. Bảng tóm tắt kết quả phân tích Tần suất–Nhận dạng mới cho vùng 08..49
8. MỞ ĐẦU Công tác đo bay địa vật lý ở nước ta bắt đầu và đẩy mạnh khoảng những thập niên gần đây. Những kết quả đạt được trong thời gian qua đã khẳng định được vai trò và hiệu quả to lớn của công tác địa vật lý máy bay trong việc tham gia giải quyết nhiệm vụ địa chất quan trọng, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản. Tuy nhiên trong thực tế công tác địa vật lý máy bay vẫn còn tồn tại một số hạn chế mà chủ yếu là ở nội dung xử lý – phân tích tài liệu cần được đầu tư nghiên cứu để không ngừng nâng cao hiệu quả. Nguồn tài liệu của các phương pháp địa vật lý máy bay là rất phong phú, khối lượng các tài liệu địa vật lý máy bay ở nước ta hiện nay rất lớn. Xử lí, phân tích tài liệu, khai thác triệt để thông tin đối với nguồn tài liệu hết sức phong phú này phục vụ công tác điều tra địa chất và tìm kiếm khoáng sản là nhiệm vụ hết sức quan trọng. Trong công tác xử lý – phân tích tài liệu địa vật lý máy bay phục vụ giải đoán địa chất, tìm kiếm và dựa báo triển vọng khoáng sản, người ta sử dụng một tổ hợp rất nhiều các phương pháp khác nhau trong đó nhóm các phương pháp thống kê - nhận dạng được áp dụng rộng rãi và có hiệu quả cao. Tuy nhiên, khi tiến hành các phương pháp phân tích nhận dạng đối với các loại tài liệu địa vật lý ở nước ta vẫn còn gặp một số hạn chế nhất định cần phải được nghiên cứu khắc phục. Do khối lượng tài liệu cũng như chủng loại các thông tin thu được trên các đối tượng địa chất rất lớn ngày càng nhiều, trong khi đó số lượng các tham số đầu vào cho các chương trình của phương pháp phân tích nhận dạng hiện có thường bị giới hạn. Việc sử dụng các tổ hợp thông tin khác nhau để tiến hành phân tích nhận dạng nhiều khi cho những kết quả rất khác nhau. Mặt khác, kể cả khi số lượng các tham số đầu vào của các chương trình phân tích nhận dạng được mở rộng thì việc sử dụng đồng thời tất cả các loại thông tin có được để phân tích nhận dạng thì kết quả mang lại có độ tin cậy không cao hơn so với kết quả của việc chỉ sử dụng một tổ hợp thông tin nhất định có chất lượng cao. Rõ ràng, việc sử dụng những thông tin thiếu độ tin cậy không những không mang lại hiệu quả mà còn làm nhòa đi thông tin quan trọng khác, gây nên những nhận biết sai lệch về đối tượng nghiên cứu 1
9. Để nâng cao độ tin cậy của các phương pháp phân tích nhận dạng đã có những công trình nghiên cứu theo hướng ứng dụng bài toán đánh giá lựa chọn thông tin để tìm ra tổ hợp những thông tin có chất lượng tốt trước khi tiến hành phân tích nhận dạng. Bên cạnh đó các nhà địa vật lý Việt Nam cũng đã nghiên cứu xây dựng và đưa vào áp dụng có hiệu quả một số phương pháp phân tích mới trong đó có phương pháp phân tích Tần suất – Nhận dạng do nhóm tác giả PGS.TS.Võ Thanh Quỳnh và nnk đề xuất xây dựng. Đề tài luận văn “Nghiên cứu áp dụng phương pháp Tần suất – Nhận dạng mới phục vụ dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay” mà học viên lựa chọn nhằm tìm hiểu, áp dụng phương pháp phân tích tổ hợp các tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm và dự báo triển vọng khoáng sản góp phần đẩy nhanh và nâng cao chất lượng của công tác xử lí phân tích tài liệu địa vật lý máy bay. Luận văn được thực hiện với nhiệm vụ chính sau: - Tìm hiểu về các thuật toán phân tích và đánh giá lựa chọn thông tin. - Tìm hiểu về phương pháp phân tích tài liệu địa vật lý máy bay trong tìm kiếm, dự báo triển vọng khoáng sản. - Đánh giá, dự báo triển vọng khoáng sản cho vùng Nhị Hà trên cơ sở áp dụng bổ sung phương pháp Tần suất – Nhận dạng mới. Từ những nhiệm vụ trên, luận văn được viết với cấu trúc gồm: - Mở đầu - Chương 1: Cơ sở lý thuyết nhận dạng - Chương 2: Một số phương pháp phân tích nhận dạng mới trong tìm kiếm, dự báo khoáng sản theo tài liệu địa vật lý máy bay - Chương 3: Kết quả phân tích thực nghiệm trên tài liệu thực tế vùng Ninh Thuận. - Kết luận 2
10. CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG Nhận dạng là phương pháp thực nghiệm nhằm xác định một mô hình cụ thể trong tập hợp các mô hình thích hợp, dựa trên cơ sở quan sát các tín hiệu vào ra. Lý thuyết nhận dạng là một trong những phương pháp phục vụ cho mục tiêu của công tác thăm dò địa vật lý, chỉ cần dựa vào các số liệu khảo sát trường địa vật lý của đối tượng mà không cần tác động nghiên cứu trực tiếp đối tượng như các lĩnh vực khác mà vẫn đưa ra được các thông tin của đối tượng để phục vụ cho các mục tiêu khác nhau. Phương pháp sử dụng công cụ là toán học để giải quyết các bài toán phân loại đối tượng, và là một phương án được lựa chọn nhiều trong địa vật lý hiện nay. 1.1. Lý thuyết xử lí tổ hợp số liệu Mỗi loại số liệu thường phản ánh một số đặc trưng nào đó của đối tượng nhưng việc sử dụng số liệu đó để đưa ra kết luận cho đối tượng sẽ cho kết quả kém tin cậy do nhiều nguyên nhân khác nhau chưa kể đến sự sai số trong quá trình thu thập và chỉnh lí số liệu. Và để đáp ứng được yêu cầu thực tế cùng nâng cao chất lượng xử lí thông tin, hiện nay, người ta áp dụng phổ biến là các phương pháp xử lí số liệu tổ hợp. Xử lí số liệu về cơ bản là dựa trên nhiều loại thông tin khác nhau để giải quyết được các nhiệm vụ đặt ra phù hợp với điều kiện kinh tế và kĩ thuật cho phép. Không chỉ riêng trong địa vật lý mà nhiều lĩnh vực khác cũng sử dụng xử lí tổ hợp dữ liệu để nâng cao chất lượng xử lí. 1.1.1. Các yêu cầu khi sử dụng tổ hợp số liệu trong xử lí Xử lí tổ hợp số liệu trong lý thuyết nhận dạng là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu và các dạng số liệu khác nhau nên khi khảo sát, thu thập thông tin về đối tượng phải đáp ứng được các yêu cầu thực tế đặt ra như sau: - Thông tin phải đảm bảo về số lượng và chất lượng để đạt được mục tiêu và xử lí với độ chính xác có thể chấp nhận được. - Thời gian thu thập thông tin phải phù hợp với tiến độ yêu cầu. - Khảo sát, thu thập thông tin phải đạt được hiệu quả kinh tế. 3