ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 5, с. 450-464
МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 624.131:519.2
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ И ДОСТОВЕРНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ВЫВОДОВ И ПРОГНОЗОВ
© 2007 г. Э. И. Ткачук
Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) Поступила в редакцию 03.05.2006 г.
Рассмотрены количественные характеристики качества первичной обработки и передачи информации о показателях свойств глинистых грунтов. Основное внимание уделено случайным погрешностям: изучены основные статистические показатели и закон распределения этих погрешностей, проанализировано их влияние на параметры распределения, взаимосвязей и изменения свойств. Показано, что при решении задач, связанных с многомерным корреляционным анализом экспериментальных данных, наличие таких погрешностей может приводить к значительной, иногда - к полной потере информации. Приведены рекомендации по контролю качества информации и алгоритм такого контроля, обоснованы максимальные ("критические") значения погрешностей, которые можно рассматривать как несущественные.
ВВЕДЕНИЕ
Инженерно-геологическая информация - важнейшая продукция инженерно-геологических изысканий и исследований. Производством этой продукции занимаются многочисленные изыскательские, проектно-изыскательские, геологоразведочные, научно-исследовательские организации и вузы, основные ее потребители - организации, связанные с проектированием и строительством гражданских, промышленных, гидротехнических, дорожных, горнодобывающих и других инженерных объектов, с обоснованием мероприятий по охране геологической среды и т.п. Результаты получения и использования инженерно-геологической информации: экономия материальных затрат при строительстве упомянутых объектов, повышение их эксплуатационной надежности, рациональное использование геологической среды и другие мероприятия, обеспечивающие оптимальное функционирование природно-техниче-ских геосистем различных (от элементарного до регионального) уровней.
Наиболее важная информация, получаемая в процессе инженерно-геологических изысканий и исследований, - сведения о количественных характеристиках состава, состояния и свойств (далее - свойств) грунтов, которые используются не только для оперативной оценки современной устойчивости геологической среды, но также для прогноза процессов и результатов взаимодействия ее с инженерными объектами. Изучению качества информации об этих свойствах уделяется большое внимание широкого круга специалистов [1, 3, 6, 8, 10-16].
Установлено, что упомянутое качество подвержено влиянию многочисленных факторов, среди которых условно можно выделить три основные группы:
1) методические, "технические" и технологические ошибки получения информации, связанные с нарушением естественной структуры и состояния горных пород в процессе отбора, транспортировки, хранения, подготовки проб к экспериментам, использованием различных способов, устройств, методов и методик проходки горных выработок, отбора монолитов, и т.п. [1, 6, 8, 11];
2) лабораторные погрешности воспроизводимости показателей свойств [6, 10];
3) погрешности первичной обработки и передачи информации [15].
Первая группа факторов формируется преимущественно на этапе подготовки к получению первичной (оперативной, исходной) информации (например, частных значений показателей свойств), вторая - в процессе ее получения. Третья группа факторов относится к погрешностям промежуточной информации, которая включает расчеты инженерно-геологических характеристик, их обобщение и т.п. Эта группа факторов дополняет погрешности первых двух групп. Таким образом, "выходная" (итоговая, заключительная) информация (нормативные и расчетные значения показателей свойств, результаты прогнозов и другие характеристики объекта исследований), которая представляет собой собственно продукцию инженерно-геологических изысканий и поступает к потребителю в ее окончательном ("чистом") виде, характеризуется дисперсией по-
грешностей информации, представляющей собой аддитивную функцию дисперсий погрешностей всех выделенных и других групп и факторов.
Многочисленные исследования влияния первой из упомянутых групп факторов на качество инженерно-геологической информации (оценки точности определений показателей свойств различными установками, способами и методами, разрешающей способности последних, их надежности, других характеристик качества) лежат в основе разработки ряда известных рекомендаций, ГОСТов и иных нормативных документов. Эти документы регламентируют методики, технологии определения показателей свойств грунтов и требования к метрологическому обеспечению используемого для этого оборудования.
Детальное изучение погрешностей воспроизводимости значений показателей свойств, выполненное В.В. Дмитриевым, позволило разработать методику контроля качества лабораторного изучения этих показателей, которая значительно повышает достоверность определения инженерно-геологических характеристик дисперсных грунтов [6].
Таким образом, определения значений показателей свойств, полученные в лицензированных организациях и лабораториях с соблюдением требований упомянутых нормативных документов, методик и рекомендаций, лишены существенных, а тем более грубых ошибок и, казалось бы, гарантируют потребителю получение качественной инженерно-геологической информации.
Однако после определения первичных показателей свойств полученные данные, прежде чем поступить к потребителю, проходят несколько этапов формирования промежуточной информации, включающих расчет ряда характеристик, составление таблиц, их перепечатку, переписку, ввод в ПЭВМ, размножение, публикацию результатов и т.п. Возникающие и накапливающиеся при этом погрешности первичной обработки и передачи информации существенно влияют на достоверность инженерно-геологических выводов и прогнозов [15].
При малых объемах информации рассматриваемые погрешности, как правило, отсутствуют (за исключением погрешностей округления). Однако в результатах инженерно-геологического изучения больших территорий или оснований сложных инженерных объектов такие погрешности в подавляющем большинстве случаев неизбежны даже при самой тщательной традиционной проверке полученных материалов. Практически неизбежно наличие этих погрешностей также в архивных и опубликованных материалах, часто используемых в процессе инженерно-геологических и инженерно-геоэкологических ис-
следований и включающих более 500-1000 чисел (иногда при меньших объемах информации).
Наличие упомянутых погрешностей известно [15], однако изучено не в той мере, которая необходима для разработки достаточно доступных, эффективных и обоснованных способов их контроля. В частности, слабо изучено влияние этих погрешностей на результаты решения прогнозных задач, отсутствуют обоснованные "критические" значения погрешностей, превышение которых приводит к статистически существенному искажению параметров распределения и взаимосвязей показателей свойств. Поэтому основное внимание в данной работе уделено дальнейшему изучению погрешностей первичной обработки и передачи информации и разработке способов их контроля.
ОБЪЕМЫ И МЕТОДИКА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ
Оценка и контроль качества первичной обработки и передачи информации (далее - передачи информации) о значениях показателей свойств грунтов осуществлялись в процессе выполнения хоздоговорных работ и договоров о творческом содружестве с производственными и научно-исследовательскими организациями, частично - при финансовой поддержке в форме гранта Е02-9.0-75 Министерства образования РФ.
В основу исследований кроме опубликованных материалов положены результаты определения свойств преимущественно глинистых грунтов многочисленных участков изысканий большинства инженерно-геологических регионов Европейской части России, Средней Азии, Украины и некоторых других стран. Эти результаты получены лабораториями СевКавТИСИЗа, ЛенТИСИЗа, Гидропроекта, ПГО "Южгеология", Ленгидропро-екта, СевКавГИПРОВОДХОЗА, РостовДонТИ-СИЗа, УкрГИИНТИЗа, НижневолжТИСИЗа, ЛенГРАЖДАНПРОЕКТа, МУП "Прогресс", некоторыми другими организациями и предпринимателями в период с 1960 по 2005 гг. В общей сложности изучено более 300 выборочных совокупностей, каждая из которых включала от 18-30 до 300-4290 значений 10-30 и более (преимущественно 12-20) показателей (признаков) состава, состояния и свойств, т.е. от нескольких сот до 50 тыс. чисел. Кроме того, получены оценки качества передачи информации в процессе руководства учебно-исследовательскими работами, курсовыми и дипломными проектами, выполненными студентами по материалам производственных практик.
Для количественной оценки рассматриваемых погрешностей вычислялись разности Ах значений одноименных показателей, введенных в опера-
Ae 0.03
0.02
0.01
0
-0.01 -0.02 -0.03
0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4
1
1
31
6i
91
121
151
181
501 1001
1501
2001
N
2501
3001
3501
4001
Рис. 1. Погрешности передачи информации о показателях физических свойств глинистых грунтов территорий Анапы (а) и Новочеркасска (•) в значениях погрешностей коэффициента пористости Ав, полученных для каждого из N1 определений.
тивную память ПЭВМ (х) и рассчитанных на ПЭВМ по известным формулам [4, 5] (х'). Значения х принимались в качестве "истинных", полученные погрешности Ах ("абсолютные погрешности" по ГОСТ 16263-70) и их абсолютные значения |Ах| анализировались. Так, если исходная информация содержит значения плотности грунтов р, их минеральной части р^, плотности скелета pd, влажности W, коэффициента пористости e, пределов WL, Wp и числа пластичности Ip, то, введенные в оперативную память ПЭВМ, эти значения позволяют уже с помощью ПЭВМ и специально разработанного программного обеспечения "Грунт" [16] или прикладной программы
"Excel" вычислить рd, e', Ip > и соответствующие разности (Ах). Если в разностях Ae = e - e' и AIp = = Ip - Ip ' имеется отличающееся от ноля число, то хотя бы в одном из значений р, р^, pd, W, e, WL, Wp, Ip в процессе передачи информации с момента определения в лаборатории д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.