[發(fā)明專(zhuān)利]一種地震數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810010947.9
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107942377A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳祖斌;王麗芝;崔忠林;宋楊;龍?jiān)?/a>;趙玉瑩;唐國(guó)峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01V1/28
• 分類(lèi)號(hào): G01V1/28
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 張巖,王立文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地震數(shù)據(jù)的處理方法，特別涉及一種地震數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)方法，基于貝葉斯壓縮感知改進(jìn)算法。

背景技術(shù)

地質(zhì)勘探過(guò)程中海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回收給現(xiàn)有地震儀帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，這也是制約地震儀發(fā)展的最主要因素。特別是，隨著地震勘探的不斷深入，使得地震勘探數(shù)據(jù)持續(xù)膨脹，給地震儀的采樣和無(wú)線(xiàn)傳輸速度、存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量以及計(jì)算機(jī)的處理速度造成極大壓力。通過(guò)壓縮感知理論的關(guān)鍵技術(shù)，在下位機(jī)對(duì)地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮，數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，當(dāng)需要地震資料解釋的時(shí)候上位機(jī)又能夠高精度重構(gòu)出完整原始數(shù)據(jù)，這不但可以提高數(shù)據(jù)處理速度和減小存儲(chǔ)空間，而且可以改善地震儀無(wú)線(xiàn)通訊數(shù)據(jù)傳輸性能。因此，地震數(shù)據(jù)的壓縮與重構(gòu)方法成為迫切需要研究的課題。

CN106772567A公開(kāi)了《一種用于地震勘探儀的數(shù)據(jù)傳輸無(wú)損壓縮算法》，壓縮的實(shí)現(xiàn)分兩個(gè)方面：第一方面是根據(jù)前兩個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)本采樣點(diǎn)的預(yù)測(cè)值與本采樣點(diǎn)的真實(shí)值之差求得預(yù)測(cè)差值ΔV，用ΔV替代本采樣點(diǎn)24位原始數(shù)據(jù)；第二方面是根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，采用游程編碼和霍夫曼編碼兩次壓縮指示預(yù)測(cè)差值ΔV數(shù)據(jù)位數(shù)的指示數(shù)據(jù)位數(shù)段，顯著減少一幀中指示數(shù)據(jù)位數(shù)段的長(zhǎng)度。其采用了多次壓縮，壓縮能力強(qiáng)，所需上傳數(shù)據(jù)量減少50％以上。該方法具有在算法的復(fù)雜度和時(shí)效性方面，計(jì)算和實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不改變采集站微處理器實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)。

CN103067022A公開(kāi)了《一種整型數(shù)據(jù)無(wú)損壓縮方法、解壓縮方法及裝置》，提供一種整型數(shù)據(jù)壓縮方法，包括：位重組處理過(guò)程、數(shù)據(jù)塊劃分及基本信息存儲(chǔ)過(guò)程和編碼處理過(guò)程；整型數(shù)據(jù)解壓縮方法包括：基本信息解析過(guò)程、解碼處理過(guò)程和位恢復(fù)處理過(guò)程；整型數(shù)據(jù)壓縮裝置包括：位重組處理模塊、數(shù)據(jù)塊劃分及基本信息存儲(chǔ)模塊和編碼處理模塊；整型數(shù)據(jù)解壓縮裝置包括：基本信息解析模塊、解碼處理模塊和位恢復(fù)處理模塊。該方法具有算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，編碼解碼效率高，壓縮效果好，可用于對(duì)音頻數(shù)據(jù)、地震勘探信號(hào)、地球物理測(cè)井波形數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)等多種類(lèi)型的整型數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損壓縮和解壓縮的優(yōu)點(diǎn)。

2011年于文茂公開(kāi)了《基于SPIHT改進(jìn)算法的地震數(shù)據(jù)壓縮》，用該算法對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮和重構(gòu)，在減少編解碼時(shí)間的同時(shí)，能夠得到較高的壓縮比和較好的圖像重構(gòu)效果。為了驗(yàn)證算法的有效性，選取了10幅地震剖面圖進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明該算法能夠很好地保留圖像的客觀質(zhì)量，同時(shí)也提高了編解碼的效率。2015年Carlos公開(kāi)了《Seismic Data Compression Using 2D Lifting-Wavelet Algorithms》，在研究二維提升小波壓縮地震數(shù)據(jù)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分解層次越多信噪比越低，非均勻量化在大幅值時(shí)容易出錯(cuò)，在地震數(shù)據(jù)應(yīng)用中用均勻量化來(lái)獲得最小熵，當(dāng)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信噪比高于40dB時(shí)，Huffman編碼比算術(shù)編碼更好。驗(yàn)證了壓縮效果與濾波器類(lèi)型和長(zhǎng)度、分解層數(shù)、量化方式以及編碼方式有關(guān)。

雖然上述現(xiàn)有技術(shù)可用于地震數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)，但常見(jiàn)壓縮算法中壓縮倍數(shù)是以損失信號(hào)精度為代價(jià)，數(shù)據(jù)壓縮程度直接影響到重構(gòu)效果，實(shí)時(shí)壓縮與高精度重構(gòu)的需求無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足。并且鑒于壓縮過(guò)程更注重實(shí)時(shí)性，重構(gòu)過(guò)程更注重精確性，常見(jiàn)壓縮重構(gòu)算法是無(wú)法滿(mǎn)足地震勘探系統(tǒng)實(shí)時(shí)壓縮，并且高精度重構(gòu)出原始數(shù)據(jù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地震數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)方法。

本發(fā)明首先給出了基于壓縮感知理論的地震數(shù)據(jù)壓縮方法；然后，給出了地震數(shù)據(jù)重構(gòu)方法。根據(jù)壓縮感知理論可知：若信號(hào)是稀疏的或者是在某個(gè)變換域內(nèi)稀疏，那么信號(hào)可以由測(cè)量矩陣將原始信號(hào)變換為低維信號(hào)，再通過(guò)重構(gòu)算法優(yōu)化求解得到原始信號(hào)。由此可以看出：壓縮方法即測(cè)量矩陣的構(gòu)造，重構(gòu)方法即重構(gòu)優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)。本發(fā)明與常見(jiàn)地震數(shù)據(jù)壓縮重構(gòu)算法的區(qū)別在于：可對(duì)地震數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)邊采集邊壓縮，壓縮所用的測(cè)量矩陣易于硬件實(shí)現(xiàn)，并且壓縮過(guò)程和重構(gòu)過(guò)程是兩個(gè)獨(dú)立的算法實(shí)現(xiàn)，重構(gòu)精度不完全受壓縮比大小的制約，地震數(shù)據(jù)可以在下位機(jī)壓縮，回收壓縮后的數(shù)據(jù)，當(dāng)后續(xù)需要地震資料解釋時(shí)，再在上位機(jī)高精度重構(gòu)出完整原始數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種地震數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)方法，包括以下步驟：

A、輸入地震監(jiān)測(cè)實(shí)際數(shù)據(jù)x；

B、對(duì)輸入數(shù)據(jù)用小波基Ψ稀疏表示，得到稀疏系數(shù)θ＝Ψx；

C、構(gòu)造混沌序列測(cè)量矩陣Φ；

D、利用測(cè)量矩陣對(duì)稀疏系數(shù)觀測(cè)，得到壓縮后的數(shù)據(jù)y＝Φθ+n，n表示噪聲；