專利名稱：傳送壓縮地震探測數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)傳送方法，該方法利用壓縮技術(shù)最大限度地應(yīng)用現(xiàn)有的傳送路徑。
本發(fā)明方法特別適用于地震探測領(lǐng)域，即必須把頻繁研究的大量數(shù)據(jù)傳送給記錄車輛一類的中心站。響應(yīng)于由地震源發(fā)射并被地下斷層送回的震動，由數(shù)量眾量的接收機(jī)，諸如同待研究地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)的地音探測器，拾取信號。拾取的信號由當(dāng)?shù)夭杉瘑卧?有時遍布于數(shù)千米的距離)收集，每個采集單元設(shè)計成收集由一個或多個接收機(jī)所收到的信號，并對信號實現(xiàn)數(shù)字化，進(jìn)行變量復(fù)雜性的預(yù)處理，在通過電纜、光纖、無線信道等傳送路徑以實時或延遲方式傳送給收集站之前，把它們存入當(dāng)?shù)氐拇鎯ζ骼铩?br> 利用各種地震探測數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)把當(dāng)?shù)氐牟杉瘑卧苯踊蚪?jīng)由中間站連接到中心站，而中間站則具有改變復(fù)雜程度的本地單元濃縮或控制功能。如本申請人的法國專利2,720,518、2,696,839、2,608,780、2,599,533、2,538,561、2,511,772或2,627,652所指出的，傳送鏈路可運(yùn)用電纜、無線電鏈路、一個或多個中繼站或者電纜與無線電鏈路的組合等手段來設(shè)置。
本申請人的法國專利A-02,608,70號特別介紹了配備兩條傳送路徑的采集單元的用法，其中一條傳送路徑有較高的傳送速率，而另一條路徑有一個通帶，且根據(jù)當(dāng)?shù)貍魉皖l率的可得性，通帶能相應(yīng)地變窄，這在當(dāng)前的無線電傳送規(guī)則框架內(nèi)是很容易實現(xiàn)的。連續(xù)循環(huán)收集的地震探測數(shù)據(jù)被存入每個單元的信群存儲器里(mass memory)，并定期傳送給中央控制與記錄站。為讓中心站的操作員檢查每個采集單元正在正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，要傳送部分?jǐn)?shù)據(jù)，以適應(yīng)窄通帶的傳送路徑。
也由本申請人提出的法國專利A-2,615,627介始了地震探測采集單元的用法，該單元特地配備了專用裝置，用于處理經(jīng)受各種測試、地音探測器和采集系統(tǒng)部件的信號，并在傳送后對先前在中心站所繪制的地震探測曲線作預(yù)處理，以減少收集的數(shù)據(jù)量。
目前的趨勢，特別在所謂的三維地震探測框架內(nèi)，就是在陸地、海洋或沿海地區(qū)被監(jiān)視的區(qū)域內(nèi)(長度往往超過數(shù)千米)分布上百成千只地震探測接收機(jī)。要收集發(fā)送的數(shù)據(jù)量在不斷增多。為避免出現(xiàn)傳送問題而妨礙地震探測系統(tǒng)的發(fā)展，趨向于選用數(shù)據(jù)壓縮方法，以適應(yīng)地質(zhì)學(xué)家的要求。
地震探測數(shù)據(jù)壓縮可節(jié)省本地采集單元和/或本地控制與集中站里信群存儲組件的大量空間，還可大量縮短傳送時間。
有多種多樣的數(shù)據(jù)壓縮方法，大致可分為兩大類，具體取決于這些方法是否涉及到丟失信息，在數(shù)據(jù)展寬后出現(xiàn)的變化是否被允許。
特別在地質(zhì)學(xué)界，由于最合適的信息其幅值往往極小，且只有通過數(shù)字處理若干條曲線才能把它從背景噪聲里分離出來，故盡量減少壓縮損失顯得很重要。如果傳送的信息僅用來監(jiān)視設(shè)備操作和目視檢查采樣曲線的形狀，則只有在極為特定的情況下才允許可能的精度損失。
眾所周知的數(shù)據(jù)壓縮方法可分為兩類(a)無信息損失的壓縮方法和(b)導(dǎo)致信息損失的方法，經(jīng)恢復(fù)的數(shù)據(jù)損失其部分精度。
a)第一類方法，可把這類方法引用為旨在消除數(shù)據(jù)冗余度，即所謂的字典法，每個字用其在參照表里的索引代替；當(dāng)在壓縮的文本包含大量冗余度時，這類方法極有效。一種也被稱為RLE(行程編碼run-length encoding)的方法非常適用于包含等值長序列的文本。
統(tǒng)計編碼法也是眾所周知的，其中的數(shù)據(jù)用一同樣含義的代碼取代，但是占的空間較小。例如，Huffman編碼法包括一個與某數(shù)據(jù)有關(guān)的代碼，其長度隨出現(xiàn)頻度而變化。算術(shù)編碼法則用固定的位數(shù)表示可變的數(shù)據(jù)數(shù)。
稱為“LPC”(線性預(yù)測編碼Linear Predictive coding)的一種壓縮技術(shù)適合于壓縮聲波，其主要內(nèi)容是用根據(jù)P個先前的樣本作出的預(yù)測來代替信號樣本s(t)，且假設(shè)該信號是不變的。
傳送的是預(yù)測s^(t)而不是樣本s(t)，即預(yù)測系數(shù)，以及余數(shù)e(t)，即在時刻t的實際值與預(yù)測值之差，經(jīng)展寬得到值s(t)＝s^(t)+e(t)。如果預(yù)測正確，則余數(shù)很小，占用空間比原值s(t)小。用來計算s^(t)的系數(shù)，通常數(shù)量很少，占用空間比s(t)少。對于幅值一般比Δ(t)小的e(t)，此法同樣適用。
在有損失的壓縮方法中，目標(biāo)是以更少的位數(shù)來建立最大可能的信號模型，例如可以引用定量法，其中把一段n位的信息用另一個只對P位(P＜n)編碼的信息表示，然后展寬，再通過移位處理把這些P位展寬為n位，導(dǎo)致?lián)p失很大。
根據(jù)另一些方法，諸如圖像壓縮常用的DCT(離散余弦變換)法，把信號切成幾組固定的大小，然后用一組系數(shù)模擬每一組信號，這些系數(shù)不是以時間而是以其頻譜代表該信號的幅值。通過消除最高頻系數(shù)，便實現(xiàn)了壓縮。
還可采用以子波變換為基礎(chǔ)的其它方法，舉例介始如下-Bosman.C.等人，應(yīng)用子波變換的地震探測數(shù)據(jù)壓縮，第83屆年會錄SEG。
-vetterli，M.等人，子波與濾波器組(banks)，IEEE Trans.on Signal Processing(信號處理會刊)，Vol.40，No.9，1992.9。
-Coifman，R.等人，最佳自適應(yīng)波群基礎(chǔ)，數(shù)字算法研究組，Yale大學(xué)，或-Daubechies，I.的10篇子波論文，CBMS-NSF，1993。
任一給定的信號都用基本的函數(shù)表示，這類函數(shù)都是子波的變換形式(時間)和擴(kuò)展形式(頻率)。借助于能用子波函數(shù)庫表達(dá)信號的手段，把由子波表示的信號變換成一組不同的系數(shù)。于是，發(fā)送該信號就等于發(fā)送這些系數(shù)；對它進(jìn)行壓縮則等于用更小的一組系數(shù)表示它。
本發(fā)明的傳送方法包括他們自身已知的編碼技術(shù)的用法，選用原則是在陸地區(qū)域和沿岸地區(qū)有利于匯總地震探測典型序列的數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)，在這些地區(qū)，采集單元收集的地震探測數(shù)據(jù)可能是波動的結(jié)果，而這種波動例如由源自震源水下牽動地下斷層而發(fā)出，或由水槍或氣槍發(fā)出。
在第一種情況中，例如可使用炸藥。每次探測，陸上隊員安裝若干炸藥，這些炸藥連續(xù)爆破之間的時間間隔可能很短，例如減短到有用的接收窗口--實際上為十分之幾秒種。在各次爆破之間留一段較長的時間，讓陸上隊員安置一組新的炸藥。
在第二種情況中，牽引船只沿平行線作之字形行進(jìn)，輪流相向而行。根據(jù)重置使用的震源花費(fèi)的時間，以較短的間隔沿著連續(xù)的軌跡進(jìn)行一系列新的傳送-接收-采集循環(huán)。在連續(xù)的一系列循環(huán)之間，留一段較長的時間讓船只迂回行駛，以新的航向開次一條新的軌跡。
本發(fā)明的傳送方法被設(shè)計成充分利用大量地震探測數(shù)據(jù)收集時間的不規(guī)則分配，在正常的地震探測實踐中，采取控制傳送的辦法，由現(xiàn)場的每個采集單元檢查正確的采集操作，而由中心控制站檢查地震探測數(shù)據(jù)的完整接收，從而能無損失地搜集發(fā)送的所有地震探測數(shù)據(jù)，使必須的傳送時間減至最短。
本發(fā)明方法適合以至少一條傳送路徑在一個或多個本地收集單元(例如用于拾取地震探測軌跡或部分軌跡的地震探測數(shù)據(jù))與中心控制站之間發(fā)送數(shù)據(jù)。其特征在于，該方法包括兩階段傳送地震探測數(shù)據(jù)，第一階段傳送壓縮數(shù)據(jù)，使本地單元的運(yùn)行質(zhì)量得以檢查，第二階段傳送的數(shù)據(jù)可在遠(yuǎn)地站無損失地記錄地震探測數(shù)據(jù)。
本方法包括，例如本地數(shù)據(jù)記錄，以選擇的壓縮比壓縮數(shù)據(jù)，接著在第一階段發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)，確定本地記錄的數(shù)據(jù)與對應(yīng)壓縮數(shù)據(jù)之間的差異，然后在第二階段傳遞該差異，并在中心站通過組合在兩個傳送與傳遞階段接收到的數(shù)據(jù)，重構(gòu)由每個本地收集單元所收集的地震探測數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和/或?qū)?shù)據(jù)應(yīng)用的壓縮比，是根據(jù)例如有效傳送窗口的寬度和所用傳送路徑允許的傳送速率的函數(shù)選擇的。
根據(jù)一個實施例，收集的地震探測數(shù)據(jù)在壓縮后由本地記錄(基本上無損失)而有效的數(shù)據(jù)部分以某一涉及損失的壓縮比傳送出去。
視具體情況，可以對第一和第二階段傳送的地震探測數(shù)據(jù)應(yīng)用同一種壓縮技術(shù)，或?qū)蓚€階段使用不同的技術(shù)。
本發(fā)明方法適合于例如在數(shù)據(jù)采集期間，至少通過一條傳送路徑向中心站傳送本地采集單元收集的地震探測軌跡，每次都涉及到多次記錄循環(huán)，即記錄地下斷層響應(yīng)于震源通過地面發(fā)送的地震探測信號而送出的地震探信號，在一次采集期間，各次循環(huán)以特定的時間間隔相互分開。采集期間例如是工作日數(shù)。采集期的時間間隔例如可以是技術(shù)中斷造成的，而技術(shù)中斷對修正或偏移現(xiàn)場設(shè)備或沿著新的軸線重新對準(zhǔn)爆破船只(shooting boat)而言是必需的。
本方法例如可以這樣實施，即以第一壓縮比對每個地震探測軌跡作第一次壓縮，使之足以在一個所述的時間間隔內(nèi)發(fā)送出去，本地采集單元記錄以第二壓縮比壓縮的基本上無損失的每條地震探測軌跡，確定分別以第一和第二比例壓縮的地震探測軌跡之間的差異，在所述采集期之間的時間間隔內(nèi)推遲傳遞這一差異，并運(yùn)用第二條傳送路徑(電纜、光纖、無線信道等)或把信群存儲器移到各收集單元讀出其存儲器組件，并在中心站里重構(gòu)每條地震探測軌跡，以便例如檢查每個本地收集單元的運(yùn)行是否正常。
第一次壓縮例如是通過應(yīng)用某種有損失的壓縮技術(shù)進(jìn)行的，也可通過例如應(yīng)用某種涉及損失的比率的子波變換技術(shù)進(jìn)行的。
要獲得無損失的壓縮數(shù)據(jù)，例如可對地震探測數(shù)據(jù)應(yīng)用某種統(tǒng)計預(yù)測技術(shù)，確定預(yù)測系數(shù)和數(shù)據(jù)誤差，在第一階段發(fā)送一小部分預(yù)測誤差，第二階段的傳送涉及在第一階段內(nèi)未曾發(fā)送過的預(yù)測誤差部分。
實施本發(fā)明的系統(tǒng)的特征在于，每個本地收集單元具有數(shù)據(jù)記錄裝置；處理組件，包括有選定壓縮比的數(shù)據(jù)壓縮裝置，用于確定本地記錄數(shù)據(jù)與相應(yīng)壓縮數(shù)據(jù)之間差異的裝置，發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)的裝置，向中心站傳遞所述差異的裝置；以及遠(yuǎn)地站中的處理組件，包括通過組合發(fā)送的數(shù)據(jù)和傳遞的數(shù)據(jù)而重構(gòu)每個本地收集單元收集的地震探測數(shù)據(jù)的裝置，和每個本地收集單元中可能配備的裝置，以第二壓縮比對地震探測數(shù)據(jù)實行無損失的第二次壓縮。
每個本地收集單元例如擁有一臺計算機(jī)，并配有編程的信號處理器對數(shù)據(jù)作壓縮。
下面，通過參照附圖和對無限定意義的某個實施的描述，將會了解本發(fā)明方法的其它一些特征和優(yōu)點，其中

圖1示意性表示一種地震探測數(shù)據(jù)采集和傳送裝置；圖2以功能塊形式示意性表示本地采集單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖3示出統(tǒng)計預(yù)測信號采樣值的已有技術(shù)；圖4示意性表示信號壓縮的操作原理；圖5示意性表示對稱的信號展寬操作；圖6表示用于分析被壓縮信號的各種子波；圖7、8和9分別表示正弦波信號、Haar子波及其D20子波變換；圖10表示適用于壓縮地震探測信號的各種子波和標(biāo)定函數(shù)；圖11表示例如用S20子波對脈沖地震探測信號獲得的均方根(RMS)條形圖；以及圖12表示震動地震探測信號的類似條形圖。
圖1中示意性表示的地震探測裝置包括一個常用的地震探測接機(jī)R的數(shù)量可觀的陣列(幾百到幾千臺)，接收機(jī)在監(jiān)視區(qū)相互間隔分布，根據(jù)適合于探測類型的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成二維或三維，所述接收機(jī)拾取地下斷層響應(yīng)于震源S產(chǎn)生的地震波在地面的傳播而發(fā)出的地震探測波；以及中心控制與記錄站1，其中由要介紹的傳送系統(tǒng)最終把收集的所有地震探測信號集中起來。每臺接收機(jī)R通常由一串對準(zhǔn)的基本傳感器組成，每個傳感器產(chǎn)生一條“地震探測軌跡”。
該裝置有一組本地單元A，用于收集地震探測數(shù)據(jù)，每個單元A設(shè)計成拾取至少一條地震探測軌跡。
成組的收集單元A與中心站CS直接通信(通過無線電或電纜)或通過中間站LS(具有改變復(fù)雜性的功能)進(jìn)行通信。這些單元可以是集中器，設(shè)計成對本地單元RTU與中心站之間的通信交換進(jìn)行組織和定序，例如正如本申請人在EP-A-594,477號專利中所敘述的一樣。像FR-A-2,720,518號專利所介紹的那樣，除了這些集中功能外，每個中間站LS可在中心站控制下指揮和控制由本地單元RTU執(zhí)行的各種任務(wù)。每個這樣的中間站LS例如控制著P個本地收集單元A，它們通過無線電鏈路或可能通過傳輸線1與其各別組的諸單元通信。中間單元通過無線信道F1、F2……Fn與中心站SC通信。通過把數(shù)據(jù)直接傳遞給信群存儲器(依次移動通過地面的每個采集單元)還可收集存貯在各種采集單元里的地震探測數(shù)據(jù)。
該裝置有一地震源S。根據(jù)具體情況，地震源可以是一種炸藥爆破的脈沖源，例如產(chǎn)生一條地震探測軌跡，或者是一種振動器。地震源可同監(jiān)視區(qū)的地面相耦合，并用無線電或控制電纜與中心站相接，或在監(jiān)視的沿岸地區(qū)，由爆破船只牽引到一定深度通過無線電連接到中心站。
第個采集裝置Ai(圖2)設(shè)計成例如收集由K個地震探測接收機(jī)R1、R2、Rk拾取的K條軌跡。為此，它擁有例如CA1～CAk個采集鏈(K≥1)，用于接收K個信號，而每個采集鏈配有低通濾波器F11、F12……F1K，前置放大器PA1、PA2……PAK，高通濾波器F21、F23…F2K，以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(ADC)C1、C2…CK，以將經(jīng)放大、濾波的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字字。所有采集鏈都連接到微處理器2，例如處理16～32位的數(shù)字字，經(jīng)編程后控制采集和同中心站1的數(shù)據(jù)交換。兩個存儲器組件M1和M2以及程序存儲器MP都與微處理器2關(guān)聯(lián)。處理器2連接至無線或有線收發(fā)機(jī)單元3，以適應(yīng)用于同中心站CS或相應(yīng)中間站LS通信的傳送路徑。如果是無線電鏈路，則單元3有一臺無線電發(fā)射機(jī)RE和一臺用天線4通信的無線電接收機(jī)RR。在上述專利FR-A-2,608,780中介紹的接口單元5也允許以紅外線同初始化單元6通信，操作員可利用初始化單元6向控制處理器2聯(lián)系尋址和采集鏈路功能參數(shù)選擇指令。
本發(fā)明系統(tǒng)最好在每個采集單元Ai里配備一臺專門作信號處理的處理器7，例如可以是一種與DMA型裝置相關(guān)的DSP 96002型32位浮點處理器，以加快兩臺處理器2和7之間的數(shù)據(jù)塊傳遞。后者加裝一個工作存儲器MP。每個采集單元還有其自己的電源8。
處理器2用作主控，其功能是解碼中心站1發(fā)送的指令(orders)，并控制-通過各條采集鏈路采集來自接收機(jī)R1-RK的信號，-相關(guān)單元3的傳送，-用于暫時(temporary)數(shù)據(jù)存貯的存儲器M1與M2，-輸入/輸出，-程序間的中斷，-與計算處理器DSP7的數(shù)據(jù)交換等。
運(yùn)用其獨特的結(jié)構(gòu)，計算處理器DSP特別適于下面之類的高速操作，如格式轉(zhuǎn)換，復(fù)數(shù)相乘，F(xiàn)FT型富利葉變換，接收信號與發(fā)送信號的相關(guān)性，數(shù)字濾波，連續(xù)爆破相加(消除非地震探測干擾噪聲)，多軸線地震探測接收機(jī)諸如三軸地音探測器提供的信號自身的組合等。發(fā)送前本地完成的預(yù)處理有助于大量減少分配給中心站1的任務(wù)數(shù)，因此，在以實時方式拾取的地震探測軌跡數(shù)量有幾百或甚至幾千條時，能大大減小設(shè)置的運(yùn)算量。
如下面要介始的那樣，還對每個收集單元A的處理器7編程，對收集的軌跡應(yīng)用一種或幾種數(shù)據(jù)壓縮算法，以減少數(shù)據(jù)量，充分利用傳送一接收循環(huán)或一系列給定循環(huán)的“爆破”或一系列連續(xù)“爆破”之間出現(xiàn)改變寬度的時間間隔。
對每次連續(xù)的傳送一接收循環(huán)，地震探測軌跡在每個收集單元Ai的存儲器里被數(shù)字化并記錄下來。
無損失壓縮最好對軌跡應(yīng)用無損失型壓縮。例如可以是上述的預(yù)測技術(shù)LPC，它根據(jù)對時刻(t-1)、(t-2)、(t-3)、……(t-p)的P個樣本所作的預(yù)測，計算信號樣本在時刻t的幅值s(t)(圖3)。
根據(jù)下述關(guān)系式計算預(yù)測值s^(t)=Σj=1paj·s(t-j)------(1)]]>不是傳送樣本，而是傳送其預(yù)測s^(t)，即預(yù)測系數(shù)和余數(shù)e(t)，例如在實際值s(t)與時刻t所作的預(yù)測s^(t)之間計算的差值，它給出值s(t)＝s^(t)+e(t)(圖4)。若預(yù)測正確，余數(shù)很小，占用空間比原值s(t)少。
在展寬階段(圖5)，按下式恢復(fù)信號s^(t)=Σj=1paj·s(t-j)+e(t);t∈
-----(2)]]>在時刻t，已經(jīng)算出了較小時間的s值，故能知道jε[1，p]的s(t-j)。對tε
為未知的由方程(2〕得出的值s(t-j)用值0代替。為預(yù)測樣本值，我們對一個或多個上述樣本值選用插入多項式使余數(shù)最小，這是眾所周知的。
有損失的壓縮本發(fā)明方法涉及對每條軌跡選用一個較大的壓縮比，從而在為傳送一接收期間序列所利用的傳送窗口中能以較窄的傳送路徑傳送這一壓縮的軌跡。一次采集循環(huán)的持續(xù)時間約為幾秒種(如6秒)，通常比兩次連續(xù)循環(huán)之間的時間間隔長，故往往選用壓縮型和壓縮比，從而可在該利用的窗口中傳送整條軌跡或至少是有效部分軌跡。
結(jié)果通常有信息損失，這里可予以允許，因為傳送的數(shù)據(jù)是用于檢驗的。對于CS站中操作員(圖1)檢查是否記錄了軌跡而言，觀察一下軌跡已足夠了，即便壓縮有少許失真。
本發(fā)明方法所使用的為檢驗?zāi)康亩鞯牡谝淮斡袚p失的傳送，用于在站中重構(gòu)每條軌跡，因為它們是無損失的壓縮后記錄在每個收集單元A的存儲器M1、M2中(圖2)。不是傳送相應(yīng)于在一系列給定的或日常采集期內(nèi)無損失的所有存儲軌跡的大量數(shù)據(jù)，而是在每個收集單元中計算無損失壓縮軌跡(或可能是實際非壓縮軌跡)與壓縮軌跡(先前為檢查而發(fā)送)之間的差值。為在中心站重構(gòu)每條軌跡，在第二階段只傳送該差值。這種兩階段傳遞方法大大縮短了其它方法必須收集完整軌跡所花的總時間。
所用的壓縮技術(shù)還能以子波變換的樣本為基礎(chǔ)。
我們知道，子波分析包括把任何一種信號分成以特功能為基礎(chǔ)的有特定特性的子空間。子波f或y是一種函數(shù)，其變換(時間temporal)和展寬(頻率)型構(gòu)成了該子空間的基礎(chǔ)。其目標(biāo)是通過檢查可以定位信號不規(guī)則性(如突變或高頻)的地方(時間上)來模擬某個信號。
我們對“定標(biāo)”函數(shù)使用f，給出原始信號的低通濾波形式，對“子波”函數(shù)使用y，給出兩個經(jīng)f濾波的連續(xù)形式之間的細(xì)節(jié)(高通濾波器)。于是，給出一定的條件把上述的信息段組合起來，就能重構(gòu)原始信號。我們把用于正向子波變換的濾波器稱為“分析濾波器”，把用于逆變換的濾波器稱為“合成濾波器”。
有幾類已知的子波。例如可使用稱為“正交鏡像濾波器”(QMF)的一類濾波器，除了變換接近于系數(shù)階以外，還可使分析濾波器等同于合成濾波器。
該子波變換給出一列系數(shù)，壓縮的產(chǎn)生是通過取消小于規(guī)定閾值的最低幅值系數(shù)。把保持原樣的系數(shù)數(shù)量交給用戶，而用戶明白，在執(zhí)行逆變換時，該數(shù)量越大，則近似效果越佳(完美的重構(gòu)用全部系數(shù)獲得)。應(yīng)注意，對重構(gòu)而言，系數(shù)的階數(shù)是重要的，故必須保留即便為零的系數(shù)。這些系數(shù)一旦全體被量化，則非常適用于上述的RLE型壓縮。
最好使用一種適于濾除一定信號頻率的子波。最后，對于這種傳遞類型，從壓縮的觀點出發(fā)，最好選用(圖10)能在低頻范圍集中最大信號能量的子波。
為了評估重構(gòu)的質(zhì)量，要確定沿信號能量方向測量重構(gòu)誤差的均方根值(RMS)(圖11，12)，定義如下RMS=Σi(xi-x~i)2xi2×100]]>這里的xi是原始信號樣本，
是重構(gòu)信號樣本。
一種便于選擇子波族(最適于被處理地震探測信號的特性)的已知方法是子波組變換法，包括形成子波基礎(chǔ)“庫”(“l(fā)ibrary”of wavelet bases)，用價值函數(shù)(cost funtion)諸如能量或熵算法對每個基礎(chǔ)分配得分，該得分用來量度包含在該基礎(chǔ)中的信息的重要度；然后選擇最高得分基礎(chǔ)，以更好地重構(gòu)信號。通過取消最低系數(shù)；還可實現(xiàn)壓縮。
例如，可使用如下定義的已知類型的價值函數(shù)λ=-Σjxj2·log(xj2)]]>式中的xj是一組給定基礎(chǔ)的“j”系數(shù)，λ是該基礎(chǔ)的價值。
重構(gòu)信號所需的系數(shù)數(shù)量決定了應(yīng)用的壓縮比。此時，該壓縮比為地震探測傳送一接收循環(huán)的固定階段所施加，對為檢查而發(fā)送的壓縮軌跡的傳送窗口定界。于是在第一階段中，只發(fā)送有效的子波系數(shù)部分。
在第二階段，利用監(jiān)視技術(shù)所使用的固有的中斷時間間隔發(fā)送完整地震探測軌跡與為檢查目的已發(fā)送部分之間的差異，此時的余數(shù)，即一系列完整的變換系數(shù)。
下面給出作為系數(shù)數(shù)量函數(shù)而獲得的均方根的例子在脈沖源地震探測中系數(shù)數(shù)量 壓縮比 均方根100 97％1.36％500 91％14e-3％在振動器地震探測中系數(shù)數(shù)量壓縮比 均方根100 83％3.18％500 57％28e-2％對于100個有效子波系數(shù)(Ts＝97％，Tv＝91％)，把軌跡作為整體，由WPT獲得下列均方根D20 C30 S20爆破 1.53％1.38％1.36％振動器3.33％3.24％3.18％具有對稱趨勢的子波(C30和S20)證明最合適。
實踐中，與脈沖地震探測相比，證明振動器地震探測更難以實現(xiàn)重構(gòu)。例如，下面用500個系數(shù)所作的同樣的操作(Ts＝83％，Tv＝57％)D20C30S20爆破 16e-3％14e-3％14e-3％振動器29e-2％28e-2％28e-2％對于極有效的壓縮比，誤差可予以不計，爆破法尤其如此。
實施這種兩階段傳送可采用各種實施方法。
1)可結(jié)合使用兩種不同的壓縮模式，一種模式用于壓縮在第一階段作質(zhì)量檢驗而傳送的數(shù)據(jù)，有損失；另一種模式用于壓縮記錄在每個采集單元里的數(shù)據(jù)，在第二階段作延遲傳送。此時，由于第二階段的傳送涉及了所有被壓縮的軌跡，所以可只對檢查目的而使用質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)。
2)或者可用單純壓縮模式來壓縮數(shù)據(jù)，可對數(shù)據(jù)應(yīng)用兩種壓縮比，第一壓縮比無損失，適用于本地數(shù)據(jù)記錄，而把涉及到損失的第二壓縮比應(yīng)用于規(guī)定作質(zhì)量檢驗在第一階段傳送的數(shù)據(jù)(例如全部各條軌跡)。
a)在應(yīng)用子波變換法以一系列遞減值的系數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的場合中，可通過選擇為質(zhì)量檢驗而發(fā)送的有限數(shù)量的系數(shù)來選用應(yīng)用的壓縮比，以適應(yīng)其兩次“爆破”之間傳送的有效時間窗口。該數(shù)量是固定的，即只選擇高于一定閾值的系數(shù)。這種選用可為操作員執(zhí)行，或留給本地處理系統(tǒng)使用。在第二階段，傳送其每條軌跡都要精確重構(gòu)的所有的壓縮系數(shù)。
b)在對樣本應(yīng)用LPC型編碼技術(shù)的場合中，把余數(shù)貯存在每個收集單元A的存儲器里，余數(shù)用來變換無損失的完整壓縮數(shù)據(jù)與第一階段有損失傳送的壓縮數(shù)據(jù)之間的差異，所述余數(shù)在第二階段傳送給中心站，以重構(gòu)信號。
若采用了上述的LPC型編碼技術(shù)，就要涉及到傳送預(yù)測系數(shù)和預(yù)測誤差e(t)，該方法包括在第一階段，僅傳送部分誤差。對于這種傳送，只使用對這些誤差進(jìn)行編碼的字的較高加權(quán)位。雖然操作員收到的數(shù)據(jù)有衰變，但是仍足以對它們作質(zhì)量檢驗。
在傳送的第二階段，于是只要求傳送在第一階段已縮短的而未傳送過的誤差之余數(shù)，因而在接收站cs可以無損失的重構(gòu)所有的地震探測數(shù)據(jù)。
3)若能允許地震探測信號有一些衰變，則另一個實施例也是適用的，其壓縮比τ1、τ2對地震探測數(shù)據(jù)是不同的，具體取決于是選擇在第一階段還是在第二階段傳送數(shù)據(jù)。利用子波壓縮法，在第一階段傳送限定數(shù)量的變換系數(shù)，所述數(shù)量同兩次“爆破”之間傳送的有效時間窗口相適應(yīng)，例如只選擇高于規(guī)定閾值的系數(shù)，而在第二階段，傳送的數(shù)量更大些但要小于總數(shù)，具體取決于接收方期望的信號質(zhì)量。
在不背離本發(fā)明框架范圍可能有其它各種變型，只要它們符合兩階段傳送地震探測數(shù)據(jù)的原理就行，在第一階段，傳送壓縮數(shù)據(jù)檢驗本地單位的運(yùn)行質(zhì)量，在第二階段，傳送的數(shù)據(jù)能讓遠(yuǎn)地站無損失地記錄地震探測數(shù)據(jù)。
已經(jīng)敘述了一個本方法在涉及DSP型信號處理器的每個采集單元中利用處理組件的實施例，但為此目的，顯然可使用能執(zhí)行所有必需的壓縮操作的任何一種計算裝置。
權(quán)利要求
1.利用至少一條傳送路徑在一個或多個本地地震探測數(shù)據(jù)收集單元(A)與遠(yuǎn)地站(CS)之間傳送數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，它包括兩階段傳送地震探測數(shù)據(jù)，在第一階段，傳送壓縮的數(shù)據(jù)以檢驗本地單元的運(yùn)行質(zhì)量，在第二階段，傳送數(shù)據(jù)讓遠(yuǎn)地站無損失地記錄地震探測數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括本地?zé)o損失的數(shù)據(jù)記錄，確定在本地?zé)o損失地記錄的數(shù)據(jù)與在第一階段傳送的相應(yīng)壓縮的數(shù)據(jù)之間的差異，在第二階段中，傳遞這一差異，并通過組合在傳送期間和傳遞階段接收到的數(shù)據(jù)，在遠(yuǎn)地站重構(gòu)由每個本地收集單元所收集的地震探測數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓縮的數(shù)據(jù)包括至少由每個收集單元在本地拾取的地震探測軌跡的有效部分。
4.如權(quán)利要求1～3中任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，根據(jù)有效的傳送時間間隔和所用的傳送路徑允許的傳送速率來選擇用于該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和/或壓縮比。
5.如上述任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，收集的地震探測數(shù)據(jù)在基本上無損失地壓縮后記錄在本地，而在第一傳送階段傳送的數(shù)據(jù)則以有損失的壓縮比予以壓縮。
6.如上述任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，本地采集單元(A)在數(shù)據(jù)采集期內(nèi)收集地震探測數(shù)據(jù)，每個采集期包括多次循環(huán)，記錄與地下斷層響應(yīng)于地震源(5)在地中發(fā)送的地震探測信號而送回的地震探測信號相對應(yīng)的地震探測軌跡，給定采集期的各次循環(huán)相互以特定的時間間隔分開，該方法涉及用第一壓縮比對每條地震探測軌跡作第一次壓縮，而第一壓縮比足以讓有效的傳送路徑把第一傳送階段插入一個所述的時間間隔，在以第二壓縮比應(yīng)用于無損失壓縮后，在本地采集單元里本地記錄每條地震探測軌跡，確定分別以第一和第二比率壓縮的地震探測軌跡之間的差異，在所述采集期之間的時間間隔內(nèi)選擇第二延遲的傳送時間，并在中心站里重構(gòu)收集的每條地震探測軌跡。
7.如上述任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，由第二條傳送路徑執(zhí)行第二延遲傳遞階段。
8.如上述任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，在第一和第二階段采用同一種壓縮技術(shù)傳送地震探測數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1～7之一所述的方法，其特征在于，在第一第二階段采用不同的壓縮技術(shù)傳送地震探測數(shù)據(jù)。
10.如上述任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，對子波應(yīng)用子波變換技術(shù)獲得壓縮數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，選擇高于規(guī)定閾值的子波變換系數(shù)，壓縮適用于質(zhì)量檢驗的數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求1～11中任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，對數(shù)據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計預(yù)測技術(shù)來獲得壓縮數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過確定預(yù)測系數(shù)與預(yù)測誤差，用線性預(yù)測編碼技術(shù)壓縮數(shù)據(jù)，在第一階段傳送一小部分預(yù)測誤差，第二階段的傳送涉及在第一階段未作傳送的一部分預(yù)測誤差。
14.通過至少一條傳送路徑在一個或多個本地地震探測數(shù)據(jù)收集單元(A)與遠(yuǎn)地站(CS)之間傳送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其特征在于，每個本地收集單元包括數(shù)據(jù)采集和記錄裝置(CA，M)；處理組件(2，7)，包括有選定壓縮比的數(shù)據(jù)壓縮裝置，用于確定本地記錄數(shù)據(jù)與相應(yīng)壓縮數(shù)據(jù)之間差異的裝置，傳送壓縮數(shù)據(jù)的裝置(3)，把所述差異傳送給中心站的裝置；以及遠(yuǎn)地站(CS)里的處理組件(10)，包括通過組合傳送數(shù)據(jù)與傳遞數(shù)據(jù)重構(gòu)由每個本地收集單元(A)收集的地震探測數(shù)據(jù)的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，把每個本地收集單元里的處理組件(2，7)設(shè)計成以第二壓縮比對地震探測數(shù)據(jù)實施無損失型的第二壓縮。
16.如權(quán)利要求14或15之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個本地收集單元(A)擁有一臺配備信號處理器(7)的計算機(jī)，經(jīng)編程后用于壓縮地震探測軌跡。
全文摘要
本發(fā)明涉及對中心站(CS)兩階段傳送的方法,由地震接收機(jī)(R)接收、由收集單元(A)拾取的地震信號在現(xiàn)場處理。在第一階段,對每條地震軌跡進(jìn)行壓縮,壓縮軌跡整體傳送,讓操作員對收集單元的記錄作質(zhì)量檢驗;在第二階段,在中心站以必需的精度重構(gòu)地震軌跡。本發(fā)明方法適用于大規(guī)模的地震探測監(jiān)視。
文檔編號G08C15/00GK1198535SQ97109498
公開日1998年11月11日 申請日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者克里斯蒂安, 格魯耶夫爾, 萬·布伊·德蘭 申請人:法國石油研究所