[發明專利]一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法及系統

有效

• 申請號: 202011065673.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112183407B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳磊;李凱;付超;高雪池;許新驥;許孝濱;丁向南;馬川義
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東高速集團有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14;G06F17/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法，其特征是：包括以下步驟：

獲取時域地震記錄數據的采樣頻率信息，將數據通過傅里葉變換轉換到頻率域中，進行頻譜分析，確定采集信號主頻，將時域數據轉換至時頻域；

基于采樣頻率信息，建立濾波窗長與信號主頻之間的關系，并求得最優濾波窗長；

利用小波系數矩陣中模值最大值的位置，確定時頻譜中對應主頻段位置，自適應選取高斯濾波系數的峰值位置；

利用高斯概率分布密度函數和對地震數據頻譜的分析，自適應選取高斯濾波系數的方差；

在時頻域數據各頻段分別選取最后若干時窗的小波系數矩陣求平均值，作為各個頻段噪聲譜的估計值，利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣進行消減，得到去噪后小波系數矩陣，將其轉換到時間域中，完成去噪；

其中，利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣進行消減的具體過程包括：利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣相減，若相減后矩陣的模增大，則改為對噪聲譜估計矩陣的一半進行相減；

所述添加系數的高斯濾波窗函數為：在傳統二維高斯濾波窗函數的幅值并不隨時間或頻率的改變而改變的基礎上，引入與頻率相關的加權系數，以增強信號主頻附近數據的權重，得到改進后的地震超前探測濾波窗函數。

2.如權利要求1所述的一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法，其特征是：利用采樣頻率信息，建立濾波窗長與信號主頻之間的關系，并求得最優濾波窗長的具體過程為：

從子波的到達時、波形、波峰、波谷和相位參數的角度進行分析，以選取對雷克子波影響最小的濾波窗為目的，確定最優濾波窗長。

3.如權利要求1所述的一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法，其特征是：自適應選取高斯濾波系數的峰值位置的具體過程包括：

基于時頻域變換后的小波系數矩陣中數值大小與原始信號強度相對應，在有效信號強度大于噪聲強度的情況下，通過小波系數矩陣中的最大值選取加權系數峰值點；

進行同步擠壓小波變換后，原始時域數據可轉換為時頻域的小波系數矩陣，通過計算矩陣中各元素值的大小，選出小波系數最大的元素，并確定該元素在矩陣中的位置，位置所對應的點為所求的峰值點。

4.如權利要求1所述的一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法，其特征是：自適應選取高斯濾波系數的方差的具體過程包括：根據實際數據特征總結經驗公式確定最優方差，最優方差與小波系數矩陣頻段數之間的聯系，通過進行正演模擬擬合出最優方差與頻段數之間的關系曲線。

5.如權利要求1所述的一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法，其特征是：利用小波變換的逆變換，將小波系數矩陣轉換到時間域中。

6.一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪系統，其特征是：包括：

用于獲取時域地震記錄數據的采樣頻率信息，將數據通過傅里葉變換轉換到頻率域中，進行頻譜分析，確定采集信號主頻，將時域數據轉換至時頻域的模塊；

用于基于采樣頻率信息，建立濾波窗長與信號主頻之間的關系，并求得最優濾波窗長的模塊；

用于利用小波系數矩陣中模值最大值的位置，確定時頻譜中對應主頻段位置，自適應選取高斯濾波系數的峰值位置的模塊；

用于利用高斯概率分布密度函數和對地震數據頻譜的分析，自適應選取高斯濾波系數的方差的模塊；

用于在時頻域數據各頻段分別選取最后若干時窗的小波系數矩陣求平均值，作為各個頻段噪聲譜的估計值的模塊；

用于利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣進行消減，得到去噪后小波系數矩陣，將轉換到時間域中的模塊；

其中，利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣進行消減的具體過程包括：利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣相減，若相減后矩陣的模增大，則改為對噪聲譜估計矩陣的一半進行相減；

所述添加系數的高斯濾波窗函數為：在傳統二維高斯濾波窗函數的幅值并不隨時間或頻率的改變而改變的基礎上，引入與頻率相關的加權系數，以增強信號主頻附近數據的權重，得到改進后的地震超前探測濾波窗函數。