خورشید مشرق، دستاوردها و نوآوری های علمی

دستاوردها و نوآوری‌های علمی
در این شماره نیز مانند گذشته خورشید مشرق اقدام به معرفی فعالیت‌های شاخص این اداره کل و ارائه بخشی از دستاوردهای علمی نموده است. وجه انتخاب این دستاوردها کاربردی بودن و تأثیر آن‌ها در معرفی توانمندی سازمان و یا اهمیت علمی آن‌ها خواهد بود.

توسعه سامانه‌های کاربردی برای پردازش و کنترل کیفیت داده‌های ژئوشیمیایی
توسط: حسین فردوسی

در راستای تسهیل فعالیت‌های کارشناسی و کاهش زمان انجام پردازش‌های تکراری و زمان‌بر، یک مجموعه نرم‌افزاری برای تحلیل و پردازش داده‌های ژئوشیمیایی در حال توسعه است. این مجموعه با استفاده از زبان برنامه‌نویسی پایتون و چارچوب Flask طراحی شده و با هدف تولید سریع‌تر خروجی‌های تحلیلی، نمودارها و گزارش‌های مورد نیاز پروژه‌های ژئوشیمی شکل گرفته است.
از نیاز کارشناسی تا ابزار تخصصی
در پروژه‌های گسترده ژئوشیمی، بخش عمده‌ای از زمان کارشناسان صرف آماده‌سازی داده‌ها، کنترل کیفیت، محاسبه شاخص‌ها و تهیه نمودارهای متعدد می‌شود. هدف از توسعه این مجموعه نرم‌افزاری، کاهش این زمان و فراهم‌کردن محیطی یکپارچه برای انجام بخشی از این فعالیت‌هاست.
این مجموعه در دو بخش اصلی طراحی شده است:
- تحلیل خطا در نمونه‌های تکراری برای کنترل کیفیت و بررسی دقت نتایج آزمایشگاهی؛
- تحلیل زمین‌شیمی برای پردازش و تحلیل داده‌های ژئوشیمیایی در گروه اکتشاف.

بخش نخست: کنترل کیفیت و تحلیل خطا در نمونه‌های تکراری
نسخه اولیه برنامه تحلیل خطا در نمونه های تکراری با استفاده از زبان‌های پایتون و فلاسک نوشته شده و روی سرور ژئوفیزیک مرکز مشهد راه‌اندازی و تست شده است. داده‌های مربوط به برگه‌های 1:50,000 بلوک بردسکن نیز با استفاده از این برنامه بررسی و صحت‌سنجی شده‌اند. این تجربه نشان داد که می‌توان بخشی از فرآیندهای تکراری کنترل کیفیت داده‌ها را به صورت نرم‌افزاری و نظام‌مند انجام داد.
این برنامه از روش تحلیل خطای تامپسون–هاورث برای بررسی نمونه‌های تکراری استفاده می‌کند. کاربر یک فایل اکسل با ساختار مشخص را بعنوان ورودی در سامانه بارگذاری می‌کند و پس از پردازش، یک فایل اکسل و یک فایل با قالب zip آماده می‌شود. فایل اکسل خروجی شامل نتایج تحلیل آماری هر عنصر است و فایل زیپ شامل مجموعه‌ای از نمودارهای تحلیلی تولید شده است. این رویکرد امکان بررسی سریع رفتار خطای اندازه‌گیری و مقایسه نتایج تکراری را فراهم می‌کند.
نمونه فایل اکسل ورودی از برنامه قابل دریافت بوده و در اینجا نیز ضمیمه شده است. همچنین خروجی برنامه شامل یک فایل اکسل درمورد نتایج پردازش انجام شده و یک فایل شامل نمودار تهیه شده برای هر کانال است.
نمای صفحه اول برنامه شامل بخش ورود فایل و داشبورد (فایل نمونه جهت دانلود و منوی راهنما) در شکل‌های (1 تا 4) ارائه شده است.

شکل 1- صفحه نخست و ورود داده

شکل 2- پیغام انتظار زمان پردازش

شکل 3- صفحه راهنما

شکل 4- بخش امکان دانلود نتایج و نمودارها

در صفحه نخست برنامه، امکان ورود فایل داده و دسترسی به داشبورد و راهنما فراهم شده است. پس از آغاز پردازش، سامانه وضعیت انتظار و پردازش را نمایش می‌دهد و در پایان، خروجی‌های قابل دانلود در اختیار کاربر قرار می‌گیرد. این ساختار باعث می‌شود کاربر بدون انجام مراحل متعدد دستی، مجموعه نتایج مورد نیاز خود را از یک فرآیند مشخص دریافت کند.
فایل‌های خروجی شامل یک فایل اکسل شامل خلاصه نتایج و دسته بندی عناصر براساس میزان دقت (شکل 5) یک zip فایل شامل نمودارهای تهیه شده است.
• نمودار مقایسه میانگین rpd عناصر (2 نمودار شکل‌های (6 و 7)
• نمودارهای تامپسون – هوارث: در قالب یک پوشه بنام log_thompson_howarth_plots که برای هر عنصر یک نمودار تامپسون –هوارث لگاریتمی بصورت تصویر تهیه شده است (شکل 8).
• نمودار مقایسه دو مقدار اولیه و تکراری برای هر عنصر: در قالب یک پوشه بنام comparison_plots که برای هر عنصر یک نمودار متقابل بصورت تصویر تهیه شده است (شکل 9).
• نمودارهای متقابل هر عنصر: در قالب یک پوشه بنام scatter_plots که برای هر عنصر یک نمودار متقابل بصورت تصویر تهیه شده است (شکل 10).

برنامه تحلیل زمین‌شیمی
بخش دوم، برنامه "تحلیل داده‌های ژئوشیمی" است. این برنامه با هدف پردازش و تحلیل داده‌های ژئو‌شیمی درحال توسعه بوده و برخی قسمت‌های آن تکمیل شده است. این برنامه برای کارشناسان ژئوشیمی گروه اکتشاف طراحی شده است. تاکنون بخش پردازش داده‌های سنسورد، پردازش داده‌های خارج از رده، تبدیل به توزیع نرمال داده‌ها، تهیه نقشه از داده‌ها و تعیین آنومالی‌های تک عنصری آماده شده است. تهیه نقشه با روش دلخواه و بخش‌های تحلیل چند عنصری درحال توسعه است. صفحه اول این برنامه بصورت شکل (5) است.

شکل 5- صفحه اول برنامه زمین‌شیمی

این برنامه ورودی را در قالب یک فایل اکسل دریافت کرده و پس از انتخاب شیت داده از میان شیت‌های موجود، داده‌ها بارگذاری می‌شود.
در بخش پردازش شکل (6) عملیات مورد نظر انتخاب و اجرا شده و خروجی تهیه می‌شده امکان انتخاب پردازش بعدی میسر می‌گردد.

شکل 6- پردازش‌های آماده شده در این بخش

برای انجام پردازش داده‌های سنسورد دکمه شروع تحلیل در آن بخش فشرده می‌شود. و خروجی لازم در انتهای صفحه قابل دانلود است (شکل 7). خروجی بصورت اکسل فایل حاوی تمام خروجی‌های لازم است.
در بخش پردازش داده‌های خارج از رده 3 روش z-score، فاصله بین چارکی و روش دورفل پیش‌بینی شده که کاربر با توجه به نیاز خود گزینه مناسب را انتخاب خواهد کرد. که این عملیات می‌تواند روی داده‌های اولیه یا نتایج پردازش‌های قبلی به انتخاب کاربر انجام گیرد.

شکل 7- خروجی تهیه شده

تبدیل به توزیع نرمال
در این بخش سعی شده فرایند تبدیل داده‌ها به توزیع نرمال اجرا گردد. به این منظور داده‌ها با 6 روش (کاکس-باکس، لاگ نرمال، یائو-جانسون، کوانتایل، روش رده‌بندی و روش مجذور برای تبدیل به توزیع نرمال استفاده شده و نتایج این روش‌ها با استفاده از تابع p-value و مقادیر کشیدگی و چولگی مقایسه شده‌اند. نتایج هر روش برای هر عنصر در یک فایل اکسل ذخیره شده است. همچنین تبدیل‌های انجام شده در قالب یک فایل اکسل دیگر در کنار ورودی‌های اولیه آماده شده‌اند. در شکل زیر نتیجه این پردازش قابل مشاهده است.

در نهایت نقشه تهیه شده بعنوان خروجی در بررسی تک عنصری برای طلا بصورت نمونه در تصویر زیر ارائه شده است.

چشم انداز توسعه
در ادامه توسعه این برنامه، آماده‌سازی پردازش‌های چند عنصری، تهیه نقشه با توجه به سنگ بالا دست و حوضه آبریز، طراحی برداشت‌های بهینه نیز مدنظر است.