Инженерно-геологическая информация

Инженерно-геологическая информация всегда описывает структуру и свойства некоторой области геологической среды, а также если она относится к динамической литосистеме — то и их изменения в течение некоторого отрезка физического времени. Поэтому имеет смысл ставить вопрос о пространственно-временных границах инженерно-геологической информации, положение которых устанавливают по признакам ее наличия (или отсутствия). Это, естественно, идеальные в мысленном отображении границы (границы в пространстве признаков).

По отношению к исследуемой литосистеме можно говорить о свойстве замкнутости инженерно-геологической информации. Свойство замкнутости (незамкнутости) инженерно-геологической информации определяет отношение пространственно-временных границ изучаемой литосистемы (геологическое пространство) и инженерно-геологической информации (пространство признаков). Необходимость рассмотрения этого свойства инженерно-геологической информации вытекает из положения о том, что она в пространственно-временном отношении должна быть адекватна изучаемой области геологической среды. Информация должна быть локализована пространственными границами квазистатической литосистемы или пространственно-временными границами динамической литосистемы. В этом случае границы ИГС и границы литосистемы совпадают, находятся в отношениях, подобных отношениям эквивалентности, и инженер но-геологическую информацию следует считать замкнутой границами литосистемы.

Если границы изучаемой области геологической среды и границы ИГС не совпадают, то следует говорить об излишне замкнутой или незамкнутой информации. В первом случае границы исследуемой литосистемы находятся внутри границ ИГС (имеющаяся инженерно-геологическая информация относится к большей, чем литосистема, области геологической среды). Во втором случае границы ИГС заключены внутри границ исследуемой литосистемы (имеющиеся сведения об инженерно-геологических условиях относятся только к части изучаемой литосистемы). Последний случай, понятно, более неблагоприятен. Если ИГС не замкнута, то необходимы дополнительные инженерно-геологические исследования.

Показатели замкнутости информации по пространству (М_ξ) и по времени (М_t) можно выразить формулами:

где F — объем земного пространства, характеризуемый имеющейся информацией;ƒ— объем подсистемы ПТС, информация о котором необходима для решения инженерной задачи; T— период времени, характеризуемый имеющейся информацией; t — период времени, требующийся для прогноза некоторого процесса с заданными точностью и уровнем доверительной вероятности.

Следующим свойством, характеризующим качество инженерно-геологической информации, является ее полнота по списку свойств.
Под полнотой инженерно-геологической информации следует понимать степень полноты сведений о свойствах геологической среды — компонентах инженерно-геологических условий и ЭГП, необходимых и достаточных для решения инженерной задачи при планировании, проектировании, строительстве или эксплуатации ПТС. Информацию можно считать полной по списку свойств геологической среды, если она содержит набор сведений о свойствах геологической среды и о ее движении, необходимый и достаточный для решения инженерной задачи. Информация является неполной по списку свойств геологической среды, если перечень сведений о ее свойствах — компонентах инженерно-геологических условий и данных о движении геологической среды меньше необходимого и достаточного для решения инженерной задачи набора данных о свойствах среды. Информация будет избыточной по списку свойств геологической среды, если набор сведений о свойствах среды и данных о ее движении превышает комплекс, необходимый для решения инженерной задачи.

Полноту информации по списку свойств характеризует степень ее разнообразия, выражаемая показателем В = 1 - n_и / n_опт., где В — разнообразие информации; n_и — набор свойств о подсистеме ПТС, содержащийся в информации; n_опт. — набор свойств, необходимый и достаточный для решения инженерной задачи.
Понятно, что одна и та же информация может быть полной или неполной по списку свойств в зависимости от цели ее использования. Например, инженерно-геологическую информацию, не содержащую сведений о геоморфологическом строении исследуемой территории (области геологической среды), следует признать неполной по списку свойств, если она предназначена для проектирования линейного наземного сооружения (дороги, трубопровода). Та же информация может оказаться полной по списку свойств, если ее используют для обоснования проекта какого-либо подземного сооружения.

Важнейшей характеристикой инженерно-геологической информации является ее количество. Задача оценки количества информации в теории информации не считается полностью решенной. Количество информации подсчитывается по формуле энтропии, предложенной К. Шенноном:

где H— энтропия, p_i — мера неопределенности.

Следует подчеркнуть, что шенноновская энтропия — мера неопределенности наших знаний о геологической среде. Она зависит от распределения вероятностей некоторой случайной величины, а не от нее самой. Инженеров-геологов с точки зрения методических приложений больше устраивала бы не формальная мера количества информации, равная энтропии, а такая ее количественная оценка, которая учитывала бы качественную структуру информации, ее ценность. Это, естественно, не значит, что оценка, подсчитываемая по формуле К. Шеннона, не пригодна для наших целей. Ее можно использовать для решения задач оптимизации управления ПТС, при прогнозе ее функционирования. Она с успехом может применяться при системном подходе к геологической среде для описания структуры литосистсмы, определяемой отношениями ее свойств. Используя меры теории информации, можно получить, например, для каждой точки исследуемой литосистемы интегральный показатель свойств геологической среды — компонентов инженерно-геологических условий. Поле такого показателя — поле сложности инженерно-геологических условий. Существуют и другие пути подсчета количества инженерно-геологической информации. Разделив, например, изучаемую область геологической среды на квазиоднородные литосистемы, можно для каждой из них получить количество информации. Оценка будет представлять собой полную условную энтропию, являющуюся линейной комбинацией условных энтропии нормированных значений показателей свойств литосистемы (оценок средних их значений), подсчитанных с учетом их взаимосвязи.

С количеством информации непосредственно связаны и следующие ее свойства. К ним относятся вероятность и точность данных о свойствах геологической среды, с которыми эти данные представлены в отчетных материалах. Проблема точности и доверительной вероятности инженерно-геологической информации находится в начальной стадии разработки. Из числа свойств геологической среды — компонентов инженерно-геологических условий можно выделить только показатели свойств грунтов, для которых аспект точности и вероятности в какой-то мере проработан и нашел отражение в нормативах. Разработаны также способы проведения границ геологических тел с заданными точностью и вероятностью. Это способы итераций и критерий выделения слоистых геологических тел.

Вероятность и точность оценки других компонентов инженерно-геологических условий, несмотря на их актуальность, остаются, к сожалению, вне ноля зрения специалистов. Между тем научное обоснование и регламентация вероятности и точности инженерно-геологической информации, получаемой в ходе инженерно-геологических работ, дали бы в масштабах страны ощутимый экономический эффект, так как надежность и точность данных связаны с количеством инженерно-геологической информации а через него — с объемами работ и способами их проведения. По приближенным, самым скромным оценкам, ограничение вероятности информации, получаемой в процессе государственной инженерно-геологической съемки и работ на предварительных стадиях изысканий, величиной 0,7-0,8 позволило бы сэкономить десятки миллионов рублей в год. Учитывая требования равной вероятности и точности информации можно утверждать, что инженерно-геологическая информация, представляемая проектировщикам на этапах компоновки сооружений и окончательных расчетов (проект и рабочая документация или рабочий проект), должна удовлетворять вероятности 0,95 при расчетах оснований по несущей способности и 0,85 — при расчетах по деформациям.

Доверительный уровень информации при расчетах мостов и труб должен быть соответственно 0,98 и 0,9; гидротехнических сооружений — 0,95; а сооружений I класса капитальности и уникальных — 0,99.