[發明專利]基于壓縮感知的小波域稀疏一維油井數據壓縮與重構方法

有效

• 申請號: 201510796871.3
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN105530012B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 王衛江;高巍;史玥婷
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30;H03M7/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種基于壓縮感知的數據壓縮與重構方法，屬于信號壓縮處理領域。該方法可以以低于奈奎斯特采樣定理的速率在特定稀疏域上壓縮采樣，可以更好的利用信號的可壓縮性，在信號采集的過程中盡可能少的采集信號的冗余部分，壓縮傳輸，精確重構。其中壓縮采樣在小波變換域完成。其中的數據重構采用正交匹配追蹤算法。在油田實際數據傳輸應用中，降低了通信資源的占用，緩解了網絡傳輸延時，節約了生產運行成本。

技術領域

本發明涉及基于壓縮感知的一維油井數據壓縮與重構方法，屬于信號處理技術領域。

背景技術

在實際油田生產參數實時監控情況下，需降低數據采樣率來節約通信流量。油井載荷，位移，溫度，壓力和電參數這些信息主要通過無線網絡傳輸。其中一類是內部專門的無線網絡，如ZigBee網絡，這類網絡一般帶寬較小，油井之間通過多跳方式傳輸；另一類是第三方運營網絡，如GPRS或者3G網絡，這類網絡帶寬相對較大，通過單跳基站傳輸，根據數據流量計算費用。載荷、位移和電參數信息數據量較大，直接傳輸有許多弊端。對于專用網絡，會增大網絡的數據負荷和傳輸延時，降低網絡的服務質量，增加網絡中發送終端和傳輸路由節點的功耗，極端情況下甚至會導致網絡癱瘓。對于收費網絡，增加了數據流量不僅提高了生產運行成本，而且占用了民用通信資源。

發明內容

本發明的目的是為了降低信號的采樣率，減少油井數據傳輸資源的消耗，提出基于壓縮感知的一維油井數據壓縮與重構方法，該方法可以以低于奈奎斯特采樣定理的速率在特定稀疏域上壓縮采樣，可以更好的利用信號的可壓縮性，在信號采集的過程中盡可能少的采集信號的冗余部分，壓縮傳輸，精確重構。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的基于壓縮感知的一維油井數據壓縮與重構方法，步驟為：

1)對油井數據x去噪后在基底Ψ∈R^N×N所張成空間上進行稀疏分解：x＝Ψα；

所述的去噪處理，是指將數據x進行傅里葉變換后加窗濾波去除噪聲。

所述的稀疏分解，是指將數據x在小波變換域進行基分解。

2)對步驟1)得到的N維稀疏向量α進行壓縮采樣，得到信號y，y有M個采樣點：y＝Φx＝ΦΨα；

所述的壓縮，是指選取M維高斯隨機矩陣為觀測矩陣Φ與數據x相乘，M為自然數，由于M＜＜N，即實現數據壓縮。

3)對步驟2)得到的觀測值y用于油井數據監控系統的傳輸數據。

4)接收端接收步驟3)傳輸數據y，進行正交匹配追蹤(OMP,Orthogonal MatchingPursuit)重構最優解。

5)定義OMP算法初始殘差為e₀＝y，定義初始已匹配集合為，定義列數初始值i＝1。

6)計算相關性最大的列向量：q＝argmax|e_i-1,(φψ)_j|，其中行數j＝1,2,...,d，記錄此時列數i，稀疏系數在i列有非零值，大小為

7)將步驟6)尋找到的基底向量q加入到集合A_i＝A_i-1∪q后，對A_i進行施密特正交化，并求取新的殘差

8)多次循環迭代步驟7)，直至殘差小于門限值，得到最終匹配的稀疏系數α和集合A，即(φψ)′。

9)利用步驟8)中得到的稀疏系數，還原原始信號x＝Ψα。

自此完成一維油井數據壓縮與重構。

有益效果