Рабочая программа дисциплины

УТВЕРЖДАЮ

Директор института

___________

«___»_____________2017  г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

БАЗОВАЯ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Направление (специальность) ООП	21.05.03 Технология геологической разведки
Профили  подготовки	Геофизические методы поисков и разведки МПИ; Геофизические методы исследования скважин
Квалификация	Горный инженер-геофизик
Базовый учебный план приема (год)	2017
Курс	4	семестры	8
Трудоемкость в кредитах (зачетных единицах)	3
Виды учебной деятельности	Временной ресурс
по очной форме обучения
Лекции, ч	16,5
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч	16,5
Контактная (аудиторная) работа (ВСЕГО), ч	33
Самостоятельная работа, ч	75
ИТОГО, ч	108
Вид промежуточной аттестации	Экзамен	Обеспечивающее подразделение	Кафедра ГЕОФ
Заведующий кафедрой
Руководитель ООП	Немирович-
Преподаватель

2017 г.

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины является формирование у обучающихся определенного состава компетенций (результатов освоения) для подготовки к профессиональной деятельности (в соответствии с п. 3).

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ» относится к вариативному разделу учебного плана ООП: Междисциплинарный профессиональный модуль.

Пререквизиты:

С1.БМ2.1-3 Математика

С1.БМ2.6-8 Физика

С1.ВМ 4.6 Геология

Постреквизиты:

С3.Б.1.5 Комплексная интерпретация геофизических данных

С3.В.3.1 Комплексирование геофизических методов разведки

3. Планируемые результаты обучения по дисциплине

В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов освоения ООП),  в т. ч. в соответствии с ФГОС ВО и профессиональными стандартами (табл.1):

Таблица 1

Составляющие результатов освоения ООП

Результаты освоения ООП	Компетенции по ФГОС, СУОС	Составляющие результатов освоения
Код	Владение опытом	Код	Умения	Код	Знания
Р1, Р6, Р8	ОК 2, 9, 10, 11, 12; ПК 6	В8.1	анализа геолого-промысловой информации методами статистического анализа и моделирования с использованием данных литолого-фациального анализа и сейсмостратиграфии	У8.1	оценить состояние первичной геофизической информации и определить состав и объем процедур предварительной обработки данных	З1.9	гармонический анализ; дифференциальные уравнения; численные методы; основы числительного эксперимента; функции комплексного переменного; элементы функционального анализа
В8.2	получения аналитического выражения для фильтров, реализующих разделение полезных сигналов и помех	У8.2	составить проект графа основной обработки геофизических данных, исходя из их структуры и геологических задач	З1.10	вероятность и статистику; теорию вероятностей; случайные процессы, статистическое оценивание и проверку гипотез, статистические методы обработки экспериментальных данных; вариационное исчисление и оптимальное управление
В8.3	моделирования полезных сигналов	У8.3	выполнить спектральный анализ исходных геофизических полей и оценить параметры полезных сигналов и помех	З6.2	основы методов обработки и интерпретации геофизической информации
В8.4	сравнительного анализа геофизических данных на основе распознавания образов	У8.4	выполнить статистический и корреляционно-регрессионный анализ исходных данных	З8.2	корреляционно-регрессионный, дисперсионный и факторный анализ в обработке и интерпретации и геофизических данных
З8.3	принципы расчета и анализа корреляционные функций геофизических полей
З8.4	спектрального анализа геофизических сигналов; способы линейной фильтрации; расчета линейных фильтров
З8.5	статистические способы в задачах выделения слабых сигналов, распознавания образов при комплексном анализе геофизических данных

В результате освоения дисциплины студентом должны быть достигнуты следующие результаты (табл. 2):

Таблица 2

Планируемые результаты обучения по дисциплине

№ п/п	Результат
РД1	Знать место учебной дисциплины «Теоретические основы обработки геофизической информации» в комплексе профессиональных и специальных дисциплин, ее значение для повышения эффективности геологоразведочного дела, обеспечения минерально-сырьевой базы России.
РД2	Использовать знания, законы и технологии естественнонаучных, математических, социально-экономических наук в профессиональной деятельности.
РД3	Ориентироваться в потоке профессиональной и другой полезной в профессии информации, обобщать и излагать в форме рефератов и эссе опубликованные материалы.
РД4	Анализировать результаты петрофизических измерений, сопоставлять с геологическими и геофизическими данными.
РД5	Выполнять собственные исследования физических свойств горных пород,  формулировать их результаты, составлять отчеты по работам.
РД6	Самостоятельно учиться и непрерывно повышать  квалификацию в течение всего периода профессиональной деятельности.

4. Структура и содержание дисциплины

Курс 4, семестр 8

4.1 Методы вероятностно-статистического анализа геофизических данных

Введение. Основные понятия теории вероятностей и математической статистики в задачах обработки геофизической информации. Событие и вероятность. Теорема Байеса и ее применение для переоценки априорных вероятностей. Случайная величина и ее характеристики. Законы распределения случайных величин. Статистические оценки случайных величин, доверительный интервал и доверительная вероятность. Статистическая проверка простых гипотез. Критерии согласия и их применение для сравнения выборок и числовых характеристик.

Корреляционно-регрессионный анализ, интерполяция и аппроксимация геофизических данных. Корреляция и регрессия. Информационная матрица Фишера и корреляционная таблица. Оценка тесноты корреляционной связи при помощи разнообразных коэффициентов корреляции. Виды регрессий и их применение. Полиномиальное интерполирование и сглаживание. Интерполяционные полиномы Лагранжа и Ньютона. Линейные и кубические сплайны.

Дисперсионный и факторный анализы геофизических данных. Основы дисперсионного анализа. Факторная, общая и остаточная дисперсии. Математическая модель факторного анализа. Метод главных компонент. Собственные значения и вектора корреляционной матрицы и их физический смысл при обработке геофизических данных. Области применения факторного и компонентного анализов.

Корреляционные характеристики геофизических полей. Основные понятия теории случайных процессов. Автокорреляционная функция и ее применение. Взаимно корреляционные функции и их применение. Структурные функции и их применение.

4.2. Спектральный анализ геофизических данных

Понятие о преобразовании Фурье. Спектры непрерывных периодических и импульсных сигналов. Свойства преобразований Фурье. Дискретизация сигналов. Спектры дискретно заданного сигнала. Теорема Котельникова.

Спектры стационарного случайного процесса. Спектральная плотность. Спектр автокорреляционной функции.

Z-преобразование и разложение сигналов по другим системам ортогональных функций.

Основные приложения спектрального анализа при обработке геофизических данных.

4.3. Линейная фильтрация геофизических полей

Понятие о линейной фильтрации. Свертка во временной и частотной областях. Физические и математические фильтры. Построение фильтров для заданного диапазона частот. Трансформации потенциальных геофизических полей как процесс частотной фильтрации. Построение дискретных фильтров трансформаций. Идеальные фильтры Чебышева и Баттерворта. Двумерные фильтры.

Оптимальные линейные фильтры. Критерии оптимальности фильтров. Уравнение Колмогорова-Винера. Оптимальные винеровские фильтры. Оценка качества фильтрации. Оптимальный согласованный фильтр в задачах обнаружения сигналов. Оптимальный энергетический фильтр в задачах разделения геофизических сигналов.

Двумерные оптимальные линейные фильтры.

4.4. Выделение слабых геофизических аномалий

Основные понятия теории статистических решений. Статистическая гипотеза, ошибки 1 и 2 рода и их вероятности. Функции правдоподобия. Критерии принятия статистических решений. Надежность обнаружения аномалии и область ее применения.

Способы выделения геофизических аномалий. Способы обратных вероятностей, межпрофильной корреляции и адаптивной фильтрации.

Непараметрические способы обнаружения геофизических аномалий. Знаковая и порядковая статистика. Ранг элемента выборки. Знаково-ранговые и ранговые алгоритмы обнаружения сигналов.

4.5. Обработка комплекса геофизических данных

Понятие о распознавании образов в геофизике. Описание признаков геофизического поля. Оценка информативности признаков и их комплекса. Обработка данных комплекса при наличии эталонных объектов. Правила принятия решений и оценка их надежности. Обработка данных комплекса при отсутствии эталонных объектов. Применение факторного анализа и метода главных компонент.

4.6. Программное обеспечение обработки геофизических данных

Представление геофизических данных в виде файлов. Системы оперирования базами данных. Региональные и локальные базы данных.  Краткая характеристика систем обработки геофизических материалов.

Лекция 1. Введение

Лекция 2. Предварительная обработка геофизических данных

Лабораторная работа 1. Предварительная обработка геофизических данных

Лабораторная работа 2. Выявление локальных аномалий методом интерполяции регионального фона

Контрольная работа №1. Расчет полинома Лагранжа, нормализация функции

Лекция 3. Анализ случайных процессов в геофизике. Корреляционные функции.

Лабораторная работа 3. Определение параметров искомого объекта с использованием алгоритма распознавания образов

Лабораторная работа 4. Корреляционный анализ. Функция автокорреляции.

Контрольная работа №2. Расчет функции автокорреляции, расчет функции взаимной корреляции, расчет коэффициентов корреляции, вычисление уравнений регрессии.

Лекция 4. Спектральный анализ геофизических сигналов

Лабораторная работа 4. Спектральный анализ

Лекция 5. Анализ случайных числовых последовательностей в геофизике. Законы распределения, статистики, критерии сравнения статистических параметров

Лекция 6 Фильтрация геофизических сигналов.

Лабораторная работа 6. Полосовая фильтрация.

Контрольная работа №3 Расчет преобразований Фурье, расчет оптимального фильтра

5. Организация самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа студентов при изучении дисциплины предусмотрена в видах и формах, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Основные виды и формы самостоятельной работы

Виды самостоятельной работы	Объем времени, ч
Работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса	35
Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку	10
Подготовка к лабораторным работам	20
Подготовка к контрольной работе и экзамену	10

6. Оценка качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется  в соответствии с «Положением о промежуточной аттестации студентов Томского политехнического университета».

Максимальное количество баллов по дисциплине в семестре – 100 баллов, в т. ч.:

в рамках текущего контроля – 60 баллов, за промежуточную аттестацию (экзамен) – 40 баллов.

Оценка качества освоения дисциплины  производится по результатам оценочных мероприятий.

Оценочные мероприятия текущего контроля по разделам и видам учебной деятельности приведены в Приложении «Календарный рейтинг-план изучения дисциплины». 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература:

, др. Обратные задачи и методы их решения. Приложения к геофизике. М.: Физматлит, 2014. - 217 с. URL: http://e. /view/book/50537 Теоретические основы обработки геофизической информации.- М.: Недра, 1986.-342с.:ип.

Дополнительная литература:

Вычислительная техника в полевой геофизике.-М.: Недра, 1984.-218с.:ип. Вычислительная математика и техника в разведочной геофизике. Справочник геофизика /под ред. .-М.:Недра, 1991. - 456с.:ип. Анализ временных последовательностей в геофизике. - М.: Недра, 1985.-356с.:ип Цифровые фильтры. - М.: Недра, 1987.-210с.:ип. пектральный анализ в геофизике.-М.:Недра, 1983.-487с.:ип

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

№ п/п	Наименование	Корпус, ауд., количество установок
1.	Компьютерный класс с мультимедийной аппаратурой для проведения лабораторных работ расчетного и аналитического характера	20 корпус, 416 ауд. 15 рабочих мест
2.	Лекционная аудитория с интерактивной доской	20 корпус, 422 ауд. 25 рабочих мест.

Базовая рабочая программа составлена на основе Общей характеристики ООП ТПУ по направлению подготовки специалистов  21.05.03 «Технология геологической разведки» (приема 2017 г.).

Программа одобрена на заседании кафедры ГЕОФИЗИКИ

(протокол № 000 от 01.01.01 г.).

Автор:

Доцент__________________________//

Рецензенты:

Профессор каф. ГЕОФ________________________/Немирович-/

Профессор каф. ГЕОФ __________________________//