基本信息
- 项目名称：
- 基于并行希尔伯特黄变换的海量地震数据处理系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该作品采用改进希尔伯特黄变换处理地震信号，具有很好的时频分辨能力，有助于对原始剖面中的细微构造特征或岩性界面进行较好的分辨和验证；同时由于地震数据量的庞大，运用GPU的并行处理机制对海量地震数据进行加速处理和显示，大大提高了地震勘探的效率，是一套全新的地震数据处理软件。
- 详细介绍：
- 由于地震数据的结构十分复杂，该作品在分析了希尔伯特黄变换在地震信号处理中的一些缺陷后，对信号中的特殊极值点，算法中的边界问题、插值条件进行了考虑和改进，同时为了节约对海量地震数据显示和分析的时间，提出了对海量地震数据实时处理和显示的新方法。首先，该作品提出一种改进的希尔伯特黄变换算法，对极值点包络做更精细的拟合；其次，由于地震数据量的庞大，将改进的算法和GPU并行处理机制相结合，提出一种基于海量地震数据的并行希尔伯特黄变换算法，以便快速地找到油气藏的所在；最后，采用基于大规模三维地震数据的可见性测试新方法和基于GPU与CPU协同的并行体绘制新方法对处理以后的数据快速显示，有助于提高数据浏览和分析的效率。另外，为了更加真实的感知地下地层的结构，该作品使用3D眼镜和3D显示屏，有助于对油气藏的预测。该作品是一套在处理速度、处理方法以及性价比方面都优于同类产品(比如Jason, Strata等石油软件)的地震资料处理软件。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、目的：⑴找到隐蔽性的油气藏，对采集到的信号做更准确更精细的处理，从而获得更详尽的地层信息；⑵对非线性与非平稳性的地震信号进行有效的处理，获取信噪比较好的地震剖面；⑶对海量的三维地震数据快速处理和显示，提高数据快速浏览和分析的效率。 二、基本思路：首先，该作品提出一种改进的希尔伯特黄变换算法，对极值点包络做更精细的拟合；其次，由于地震数据量的庞大，将改进的算法和GPU并行处理机制相结合，提出一种基于海量地震数据的并行希尔伯特黄变换算法；最后，采用可见性测试新方法和基于GPU与CPU协同的并行体绘制新方法对处理以后的数据快速显示，有助于提高数据浏览和分析的效率。另外，为了更加真实的感知地下地层的结构，该作品使用3D眼镜和3D显示屏,有助于对油气藏的预测。 三、创新点: ⑴极值点包络拟合算法⑵海量地震数据的并行希尔伯特黄变换算法⑶基于大规模三维地震数据的可见性测试新方法⑷基于GPU与CPU协同的并行体绘制新方法。 四、技术关键：⑴利用改进的希尔伯特黄变换对地震数据进行处理；⑵利用并行希尔伯特黄变换算法对海量的地震数据进行快速处理；⑶利用全新的体绘制方法对海量地震数据进行实时的显示。 五、技术指标：⑴处理后的地震信号纵向分辨率明显提高；⑵作品利用GPU的并行处理机制，相比于CPU处理机制，GPU处理速度提高了10倍以上。⑶利用全新的体绘制方法对海量的地震数据进行实时的显示，与常规的体绘制方法比较，显示的速度提高了10倍以上。
科学性、先进性
- 1、希尔伯特黄变换具有很好的时频分辨能力，是一种自适应强的地震信号处理方法，有助于对原始地震剖面中的细微构造特征及岩性界面进行较好的分辨和验证。 2、与其他变换相比，希尔伯特黄变换更适合处理非线性非平稳的地震信号。 3、与现有技术相比，该作品可以对海量的地震数据进行处理。 4、与现有的体绘制算法相比，该作品所利用的体绘制算法，其速度有了大大的提高。
获奖情况及鉴定结果
- 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报告（编号：201136000Z03A275），查新结论为：“本查新项目研究的系统，国内外未见有利用希尔伯特黄变换结合GPU技术对地震数据进行并行处理和显示的文献报道”。 2.作品于2011年5月获本校“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 3.作品在湖北省第八届“挑战杯•青春在沃”大学生课外学术科技作品竞赛中，获得省级一等奖。 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尔伯特黄变换的海量地震处理系统的使用证明。 5.2011年4月20日中石化江汉油田物探研究院出示基于并行希尔伯特黄变换的海量地震处理系统的使用证明。 6.2011年3月16日中石油华北油田勘探部出示基于并行希尔伯特黄变换的海量地震处理系统的使用证明。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场，录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、技术特点： ⑴该作品能够对地震数据进行更精细处理，处理后的数据有助于对地下地层的正确划分，以便找到油气藏的所在。⑵该作品利用GPU并行机制，提高整个算法对数据处理的速度。⑶该作品利用全新的体绘制方法，对地震数据进行实时的显示，满足地震勘探中对数据进行快速浏览和分析的需求。 二、技术优势： ⑴有助于对地层中的细微构造进行较好的分辨和验证；⑵采用GPU的并行处理机制处理海量地震数据，可以提高整个处理速度。⑶能够快速地对海量地震数据进行显示，提高了工作的效率。 三、适应范围及推广前景的技术性： 该作品在地震资料的分析和处理方面有着较好的发展空间，处理后的地震剖面在信噪比和分辨率方面有了一定的提高，有助于地下地层的正确识别；而且该作品对海量地震数据的显示速度、处理速度及其性价比都明显优于同类产品。 四、市场分析和经济效益预测： 该作品处理后的地震信号能够更加精细地刻画地震记录的形态特征，对油田勘探和隐蔽性油气藏寻找具有广阔的应用前景和推广应用价值。
同类课题研究水平概述
- 希尔伯特黄变换发展至今，基本上成为一种比较成熟的信号分析方法，但它在地震信号与资料的分析处理方面的应用却很少。国外第一篇利用它的特性在地震资料分析处理中的应用是2007年作者Bradly Matthew Battista的《Application of the empirical mode decomposition and Hilbert-Huang transform to seismic reflection data》，作者在文章中运用希尔伯特黄变换对比信号分解前后时频平 面内频率成分的丰富程度与细节刻画，并对单道地震记录进行了噪声剔除等。Bradly Matthew Battista发表了这篇文章之后，国内紧跟着出现了几篇类似的文章，其中吴琛的《Hilbert-Huang变换在提取地震信号动力特性中的应用》主要是针对单道地震记录进行希尔伯特谱分析，而且还运用了小波变换作比较。以上作者都应用了该方法对地震信号进行了分析处理，但是他们的应用还是局限于一些简单的地震信号，比如对地震信号直接进行分解和谱分析。自从NVIDIA在2007年推出CUDA以来，CUDA技术已经渗透到各个领域，进行大运算量的科学应用，诸如地质勘探，生物学，流体力学，金融建模等。通过CUDA技术，所有开发人员都能够使用标准的C语言，挖掘NVIDIAGPU中多个处理单元强大的并行计算能力。美国麻省理工学院的研究生Nicolas Pinto为了模拟人大脑成像的原理，在两位MIT和哈佛研究人员的协助下，打造了一台16颗GPU的PC系统。这套系统使用了8块由NVIDIA捐赠的GeForce 9800 GX2双核心显卡，浮点运算能力超过8TFLOPS。2009年9月30日，美国加利福尼亚州圣克拉拉市-橡树岭国家实验室（ORNL）于当日正式宣布，实验室将计划采用NVIDIA公司代号为“Fermi”的第三代CUDA GPU架构来打造世界上最快的超级计算机。这种计算机的性能预计可达当今最快超级计算机的10倍，将用于能源和气候变化方面的研究。以上领域内的计算都是属于大规模的数据密集型计算，因此我们完全有理由相信，在CUDA的驱动下，GPU能够在这些领域建立一个属于自己的新时代。
