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基本信息

項目名稱：
基于并行希爾伯特黃變換的海量地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡介：
該作品采用改進希爾伯特黃變換處理地震信號，具有很好的時頻分辨能力，有助于對原始剖面中的細(xì)微構(gòu)造特征或巖性界面進行較好的分辨和驗證；同時由于地震數(shù)據(jù)量的龐大，運用GPU的并行處理機制對海量地震數(shù)據(jù)進行加速處理和顯示，大大提高了地震勘探的效率，是一套全新的地震數(shù)據(jù)處理軟件。
詳細(xì)介紹：
由于地震數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，該作品在分析了希爾伯特黃變換在地震信號處理中的一些缺陷后，對信號中的特殊極值點，算法中的邊界問題、插值條件進行了考慮和改進，同時為了節(jié)約對海量地震數(shù)據(jù)顯示和分析的時間，提出了對海量地震數(shù)據(jù)實時處理和顯示的新方法。首先，該作品提出一種改進的希爾伯特黃變換算法，對極值點包絡(luò)做更精細(xì)的擬合；其次，由于地震數(shù)據(jù)量的龐大，將改進的算法和GPU并行處理機制相結(jié)合，提出一種基于海量地震數(shù)據(jù)的并行希爾伯特黃變換算法，以便快速地找到油氣藏的所在；最后，采用基于大規(guī)模三維地震數(shù)據(jù)的可見性測試新方法和基于GPU與CPU協(xié)同的并行體繪制新方法對處理以后的數(shù)據(jù)快速顯示，有助于提高數(shù)據(jù)瀏覽和分析的效率。另外，為了更加真實的感知地下地層的結(jié)構(gòu)，該作品使用3D眼鏡和3D顯示屏，有助于對油氣藏的預(yù)測。該作品是一套在處理速度、處理方法以及性價比方面都優(yōu)于同類產(chǎn)品(比如Jason, Strata等石油軟件)的地震資料處理軟件。

作品圖片

  • 基于并行希爾伯特黃變換的海量地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
  • 基于并行希爾伯特黃變換的海量地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
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  • 基于并行希爾伯特黃變換的海量地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
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作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

一、目的：⑴找到隱蔽性的油氣藏，對采集到的信號做更準(zhǔn)確更精細(xì)的處理，從而獲得更詳盡的地層信息；⑵對非線性與非平穩(wěn)性的地震信號進行有效的處理，獲取信噪比較好的地震剖面；⑶對海量的三維地震數(shù)據(jù)快速處理和顯示，提高數(shù)據(jù)快速瀏覽和分析的效率。 二、基本思路：首先，該作品提出一種改進的希爾伯特黃變換算法，對極值點包絡(luò)做更精細(xì)的擬合；其次，由于地震數(shù)據(jù)量的龐大，將改進的算法和GPU并行處理機制相結(jié)合，提出一種基于海量地震數(shù)據(jù)的并行希爾伯特黃變換算法；最后，采用可見性測試新方法和基于GPU與CPU協(xié)同的并行體繪制新方法對處理以后的數(shù)據(jù)快速顯示，有助于提高數(shù)據(jù)瀏覽和分析的效率。另外，為了更加真實的感知地下地層的結(jié)構(gòu)，該作品使用3D眼鏡和3D顯示屏,有助于對油氣藏的預(yù)測。 三、創(chuàng)新點: ⑴極值點包絡(luò)擬合算法⑵海量地震數(shù)據(jù)的并行希爾伯特黃變換算法⑶基于大規(guī)模三維地震數(shù)據(jù)的可見性測試新方法⑷基于GPU與CPU協(xié)同的并行體繪制新方法。 四、技術(shù)關(guān)鍵：⑴利用改進的希爾伯特黃變換對地震數(shù)據(jù)進行處理；⑵利用并行希爾伯特黃變換算法對海量的地震數(shù)據(jù)進行快速處理；⑶利用全新的體繪制方法對海量地震數(shù)據(jù)進行實時的顯示。 五、技術(shù)指標(biāo)：⑴處理后的地震信號縱向分辨率明顯提高；⑵作品利用GPU的并行處理機制，相比于CPU處理機制，GPU處理速度提高了10倍以上。⑶利用全新的體繪制方法對海量的地震數(shù)據(jù)進行實時的顯示，與常規(guī)的體繪制方法比較，顯示的速度提高了10倍以上。

科學(xué)性、先進性

1、希爾伯特黃變換具有很好的時頻分辨能力，是一種自適應(yīng)強的地震信號處理方法，有助于對原始地震剖面中的細(xì)微構(gòu)造特征及巖性界面進行較好的分辨和驗證。 2、與其他變換相比，希爾伯特黃變換更適合處理非線性非平穩(wěn)的地震信號。 3、與現(xiàn)有技術(shù)相比，該作品可以對海量的地震數(shù)據(jù)進行處理。 4、與現(xiàn)有的體繪制算法相比，該作品所利用的體繪制算法，其速度有了大大的提高。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1.教育部科技查新工作于2011年6月13日完成本作品科技查新報告（編號：201136000Z03A275），查新結(jié)論為：“本查新項目研究的系統(tǒng)，國內(nèi)外未見有利用希爾伯特黃變換結(jié)合GPU技術(shù)對地震數(shù)據(jù)進行并行處理和顯示的文獻報道”。 2.作品于2011年5月獲本校“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。 3.作品在湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯?青春在沃”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，獲得省級一等獎。 4.2011年3月15日中石化中原油田物探研究院出示基于并行希爾伯特黃變換的海量地震處理系統(tǒng)的使用證明。 5.2011年4月20日中石化江漢油田物探研究院出示基于并行希爾伯特黃變換的海量地震處理系統(tǒng)的使用證明。 6.2011年3月16日中石油華北油田勘探部出示基于并行希爾伯特黃變換的海量地震處理系統(tǒng)的使用證明。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品，現(xiàn)場，錄像

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

一、技術(shù)特點： ⑴該作品能夠?qū)Φ卣饠?shù)據(jù)進行更精細(xì)處理，處理后的數(shù)據(jù)有助于對地下地層的正確劃分，以便找到油氣藏的所在。⑵該作品利用GPU并行機制，提高整個算法對數(shù)據(jù)處理的速度。⑶該作品利用全新的體繪制方法，對地震數(shù)據(jù)進行實時的顯示，滿足地震勘探中對數(shù)據(jù)進行快速瀏覽和分析的需求。 二、技術(shù)優(yōu)勢： ⑴有助于對地層中的細(xì)微構(gòu)造進行較好的分辨和驗證；⑵采用GPU的并行處理機制處理海量地震數(shù)據(jù)，可以提高整個處理速度。⑶能夠快速地對海量地震數(shù)據(jù)進行顯示，提高了工作的效率。 三、適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性： 該作品在地震資料的分析和處理方面有著較好的發(fā)展空間，處理后的地震剖面在信噪比和分辨率方面有了一定的提高，有助于地下地層的正確識別；而且該作品對海量地震數(shù)據(jù)的顯示速度、處理速度及其性價比都明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。 四、市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測： 該作品處理后的地震信號能夠更加精細(xì)地刻畫地震記錄的形態(tài)特征，對油田勘探和隱蔽性油氣藏尋找具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣應(yīng)用價值。

同類課題研究水平概述

希爾伯特黃變換發(fā)展至今，基本上成為一種比較成熟的信號分析方法，但它在地震信號與資料的分析處理方面的應(yīng)用卻很少。國外第一篇利用它的特性在地震資料分析處理中的應(yīng)用是2007年作者Bradly Matthew Battista的《Application of the empirical mode decomposition and Hilbert-Huang transform to seismic reflection data》，作者在文章中運用希爾伯特黃變換對比信號分解前后時頻平 面內(nèi)頻率成分的豐富程度與細(xì)節(jié)刻畫，并對單道地震記錄進行了噪聲剔除等。Bradly Matthew Battista發(fā)表了這篇文章之后，國內(nèi)緊跟著出現(xiàn)了幾篇類似的文章，其中吳琛的《Hilbert-Huang變換在提取地震信號動力特性中的應(yīng)用》主要是針對單道地震記錄進行希爾伯特譜分析，而且還運用了小波變換作比較。以上作者都應(yīng)用了該方法對地震信號進行了分析處理，但是他們的應(yīng)用還是局限于一些簡單的地震信號，比如對地震信號直接進行分解和譜分析。自從NVIDIA在2007年推出CUDA以來，CUDA技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，進行大運算量的科學(xué)應(yīng)用，諸如地質(zhì)勘探，生物學(xué)，流體力學(xué)，金融建模等。通過CUDA技術(shù)，所有開發(fā)人員都能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的C語言，挖掘NVIDIAGPU中多個處理單元強大的并行計算能力。美國麻省理工學(xué)院的研究生Nicolas Pinto為了模擬人大腦成像的原理，在兩位MIT和哈佛研究人員的協(xié)助下，打造了一臺16顆GPU的PC系統(tǒng)。這套系統(tǒng)使用了8塊由NVIDIA捐贈的GeForce 9800 GX2雙核心顯卡，浮點運算能力超過8TFLOPS。2009年9月30日，美國加利福尼亞州圣克拉拉市-橡樹嶺國家實驗室（ORNL）于當(dāng)日正式宣布，實驗室將計劃采用NVIDIA公司代號為“Fermi”的第三代CUDA GPU架構(gòu)來打造世界上最快的超級計算機。這種計算機的性能預(yù)計可達當(dāng)今最快超級計算機的10倍，將用于能源和氣候變化方面的研究。以上領(lǐng)域內(nèi)的計算都是屬于大規(guī)模的數(shù)據(jù)密集型計算，因此我們完全有理由相信，在CUDA的驅(qū)動下，GPU能夠在這些領(lǐng)域建立一個屬于自己的新時代。
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