[發明專利]基于壓縮感知的小波域地震數據實時壓縮與高精度重構方法

有效

• 申請號: 201710181390.0
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107045142B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 陳祖斌;王麗芝;宋楊;龍云;王金磊;趙發;王紀程
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;H03M7/30
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張巖;王立文

本發明涉及一種基于壓縮感知的小波域地震數據實時壓縮與高精度重構方法，包括以下步驟：首先對微震信號在小波域稀疏表示；然后利用Logistic混沌序列構造混沌伯努利測量矩陣(CBMM)，并用測量矩陣對稀疏表示的微震信號壓縮觀測；最后采用貝葉斯小波樹結構壓縮感知重構算法(BTSWCS)，恢復出完整原始數據。本發明經實際對比實驗結果表明：使用本方法對總采樣點為2⁸的數據壓縮，壓縮時間可縮短至10^?5s，也就是說，若地震儀采樣率是1KSPS，CBMM測量矩陣對它采集的0.25s的數據基本可以實現實時壓縮。低信噪比情況下，本發明重構算法使PSNR值至少提升5dB，相對貪婪算法，明顯提高了峰值信噪比，降低了重構誤差。

技術領域

本發明涉及一種微地震數據的處理方法，特別涉及一種基于壓縮感知的小波域地震數據實時壓縮與高精度重構方法。

背景技術

數據實時傳輸是制約無纜存儲式地震儀發展的最主要因素。隨著地震勘探的不斷深入，地震勘探正向多維、多分量和高分辨等方向發展，使得地震勘探數據持續膨脹，給無纜地震儀的采樣和無線傳輸速度、存儲器的存儲容量以及計算機的處理速度造成極大壓力。通過對地震數據進行合理的壓縮處理，可以提高實時處理速度，改善地震儀無線通訊數據傳輸性能。因此，縮減壓縮時間、提高重構精度成為迫切需要研究的課題。

CN104749633A公開了一種《高效高精度地震勘探數據壓縮方法》對地球物理勘探儀器中采集的信號經24位模數轉換后的數據壓縮1/3的數據量，把24位3字節數據壓縮為16位2字節數據。首先，設24位模數轉換器輸出的數據為D24；接著，設經壓縮后的數據格式為4位階碼E4+16位尾數M16；然后把24位數據在保留符號位的情況下轉換為4位階碼E4加16位尾數M16，階碼E4的取值為0～8；最后把4個采樣點數據組合成10個字節，即4個樣點的階碼占用2個字節，4個尾數占用8個字節。該方法具有壓縮誤差小，能夠保持數據原貌，實現高效高精度壓縮的優點。

CN104378118A公開了一種《高效自適應地震數據流無損壓縮及解壓縮方法》，通過使用編碼方式將采樣數據原始的24位3字節形式自適應的壓縮為1字節或2字節或3字節或者和少量數據轉化為4字節；在數據壓縮前，首先根據原始數據的數值大小進行所需字節的判定，0～63及-64～-1區間的數據壓縮后為1字節，64～8191及-8192～-65區間的數據壓縮后為2字節，8192～104875及-104876～-8193區間的數據壓縮方法操作后為3字節，占用字節與原來相同，除以上數據范圍外，其他24位有符號整型數據可以表示的其他整型數在經壓縮算法操作后需要使用4個字節表示。該方法具有大量節省存儲空間，顯著提高數據傳輸效率的優點。

2011年石水勇公開了《基于提升小波變換的地震勘探數據有損壓縮研究》，以小波變換為基礎，研究了不同小波轉化為提升方案的原理，用于地震勘探數據提升小波正逆變換。對基于小波變換的三種典型的有損壓縮方法一EZW、SPIHT、EBCOT方法，研究了其各自的原理和優缺點，從而選擇出SPIHT算法作為地震勘探數據的編碼方法。對于地震勘探原始數據和重構數據，設計并使用5種不同的評價標準對重構數據進行分析。2015年徐鋒濤公開了《基于EZW算法的地震數據壓縮》，對地震信號進行二維小波變換；利用系數之間的相關性對變換后的系數采用EZW方法重新組織；采用自適應算術編碼對量化后的系數進行無損熵編碼。

雖然上述現有技術可用于微地震信號壓縮重構，但由于地球物理數據的特殊性，數據采集時要求盡量保持數據原貌，但這些數據壓縮方式均不能用于數據采集階段，必須對完整的地震數據進行操作，而不能對一個或少量幾個采樣數據處理，無法對數據流實時壓縮，并且解碼純粹是編碼的逆運算，壓縮倍數是以損失信號精度為代價，無法做到降低壓縮比的同時，減少重構誤差。

發明內容

本發明目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于壓縮感知的小波域地震數據實時壓縮與高精度重構方法。