基于层位控制的DTW多波匹配方法组成比例

本发明专利技术公开一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，针对传统的DTW算法由于多波数据的复杂性且当有一些信息的缺失时效果往往不理想的问题，本发明专利技术的方法在DTW算法的基础上加入了层位控制点，为算法匹配时的最佳匹配路径提供参照点，使得通过HCDTW算法最后能够得到较为理想的匹配的结果，并采用自适应的网格，以及二阶累加函数使得求出来的压缩后的PS波未见畸变，且与PP波匹配的匹配精度有较大提高，使最终得到的匹配路径更加平滑和符合真实的情况。

【技术实现步骤摘要】
基于层位控制的DTW多波匹配方法
本专利技术属于多波勘探领域，特别涉及一种多波地震资料匹配技术。
技术介绍
多波勘探技术最早起源于上世纪的30年代的前苏联，他们使用了多波勘探中的横波分量来进行油气勘探。但之后，由于理论基础的匮乏，以及采集设备，解释方法等的落后，在很长的一段时间里，多波勘探技术无法在理论上有着更进一步的前进。直到20世纪90年代，在采集技术不断提升的情况下，更多的研究人员投入到多波勘探的技术的研究中，也使得该技术不断进步，完善，也逐渐在实际中得到应用。多波地震资料能否进行高精度的匹配是整个多波勘探技术的核心所在，随着对地震勘探以及反演等的准确度要求的提高，对于多波地震资料匹配的精确度也就越来越高。但还是受限制于数据采集的局限性，以及地质的复杂性，使得高精度的多波地震资料匹配成为了该技术的难点之一。怎样在上文所述的情况下，使得横纵波对应的层位能够相互匹配，并且能够获得隐藏的层位信息，是其技术的核心要点。伴随着而来的是，多波地震资料匹配相关的理论不断涌现。1996年JamesE.G提出多波勘探技术的核心所在就是能不能将横波和纵波进行联合解释。1996年JamesE.G详细介绍了纵横波速度比的求取方法，并用最大相关法求取γ、平均γ、层间γ等，且γ可以用于短波长振幅反演。2001年，Richard等，使用了最大相关系数法将横波和纵波进行匹配。他们使用的方法主要是通过求取平均速度比，然后将横波和纵波在时间域进行匹配。2002年，Garotta等通过Gaiser提出的最大相关系数法来对纵横波进行匹配，并联合二者AVO属性来进行建模。最大相关系数法匹配时关注的是局部信息，因此只是局部的最优不能达到整体的最优。2003年，SergeyF为了实现纵横波自动匹配，认为剖面到剖面的时间映射弯曲函数可以通过波时间函数除去振幅增益补偿函数来得到，利用最小二乘法优化全局最优解，并估算逐点的互相关函数、推导纵横波速度比。2003年Backus等为了减少人工干预，他们采用多次快速迭代的方法来实现层位的匹配，与之前不同的是他们采用的是最小二乘法来进行横纵波的匹配。2003年Kristiansen等通过人工拾取层位的方式，实现了多波匹配。他们将地震专家的经验成功带入到匹配流程中。而由于多波数据的复杂性以及一些信息的缺失，解释人员的参与对于匹配的效果有着极大的提升。最小二乘法与传统的最大相关系数法相比，虽然可以从整体上去优化匹配，得到一个全局的较优解，但是计算复杂度较高。2004年MichaelNickle提出了一种匹配算法，为了估算PS波和PP波的时差，该算法采用了多次迭代来计算PS波和PP波属性，然后进行低通滤波；迭代足够次数可以求得高精度的纵横波速度比，进而在时间域高精度地匹配PS波和PP波。2008年，Yuan将模拟退火算法与最大相关系数法结合，在满足局部最优的情况下使得整体的匹配有着较好的效果。此方法无论是理论数据和实际应用下都取得了相当不错的结果。模拟退火算法优点是局部搜索能力强，运行时间较短，缺点是全局搜索能力差，容易受参数的影响。1978年，Sakoe和Chiba在语音识别的背景下开发了一种不同的动态规划解决方案，并且今天被广泛地称为动态时间规整(DTW)。1983年，Anderson和Gaby提出了DTW对地球物理问题的几种应用，他们称这种算法为“动态波形匹配”。2003年，Keysers和Unger已经证明DTW对于估计多维图像中的位移最直接的扩展没有计算上可行的解决方案。具体而言，计算精确解所需的时间随着图像尺寸呈指数增长。因此，许多作者提出了解决这个棘手问题的实际解决方案。2010年Pishchulin提供了一个最近的总结。2013年，Hale提出了动态图像规整算法(DIW)，该算法将信号匹配中常用的动态时间规整算法(DTW)应用到地震数据处理中。这无疑为后来的研究者打开了新的思路。2014年，Hale基于Mottle开发的近似解决方案提出了平滑的动态时间规整算法，与原算法相比，新的算法对原数据进行采样，排除掉一些匹配系数较低的点，使得最后的结果更加平滑。在通过已知的，大的且快速变化的移位相关的图像对的测试中，Hale证明了DIW可以估计已知移位的准确性。在进一步的测试中，Hale表明DIW可以比基于局部互相关的方法更精确，特别是当时间或空间变化很快时。诸如Hall和Hale提出的用于估计时间推移地震图像中的偏移的互相关方法仅在偏移变化较慢的情况下才是准确的。传统的DTW算法由于多波数据的复杂性且当有一些信息的缺失时效果往往不理想。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，在原有的DTW算法基础上加入了层位控制点，结合了地质专家解释，最后通过自适应的网格平滑匹配结果，使得匹配更加准确。本专利技术采用的技术方案为：一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，包括层位控制点约束。进一步地，具体包括以下步骤：S1、对PP波和PS波分别进行预处理；S2、获取待匹配的PP波和PS波层位控制点，并根据层位控制点对待匹配的PP波和PS波进行分段；S3、采用改进的距离累加公式计算每段匹配的累加距离矩阵；S4、根据累加距离矩阵得到每个分段的匹配路径，通过将每个分段的匹配路径整合得到全局匹配路径；S5、自适应选取种子点。更进一步地，包括以下分步骤：S21、在PP波上确定大层位位置，设置大网格道间隔，根据大层位位置和大网格间隔确定大网格的位置；S22、在PS波上确定与PP波对应的大层位位置，并采用与步骤S21中相同的大网格道间隔来确定相应的大网格位置；S23、根据大网格点位置，选取PP波上的大网格点作为基准，在对应的PS波上选择相应的大网格作为计算中心，取其上下各W个点，并选取相应的一段长度t与对应的PP波上一段长度t来计算这2W+1个点的最大相关系数并选择其最大的点，作为与PP波上的大网格点相匹配的层位点；S24、使用大网格上的点将各层位插满，并用平滑函数对其做平滑处理，得到每一道数据的层位控制点。进一步地，长度t＝2W+1。进一步地，步骤S3改进的距离累加公式具体为：fora＞＝1,b＜＝1,i∈[2,N-1],j∈[2,M-1]其中，d[i,j]表示累加距离矩阵，a和b表示权重因子，N表示匹配时一道PS波的点数，M表示匹配时一道PP波的点数。进一步地，步骤S5具体为：S51、记录下预处理波形中振幅极值点；S52、筛选出间隔大于设置间隔阈值的极值点作为路径种子点；S53、将全局匹配路径对应的值赋值给这些路径种子点；S54、通过插值算法将路径补全，得到最终的匹配路径；S55、根据最终的匹配路径对PS波进行压缩，得到压缩后的PS波，记作PS’；S56、对PS’进行整数时间的重采样，得到PS”作为最终的结果。本专利技术的有益效果：本专利技术的方法在DTW算法的基础上加入了层位控制点，为算法匹配时的最佳匹配路径提供参照点，使得通过HCDTW算法最后能够得到较为理想的匹配的结果，最后对匹配路径进行了自适应网格的筛选，使得得到的匹配路径更加平滑和符合真实的情况。附图说明图1为本专利技术的方案流程图；图2为本专利技术实施例提供的本专利技术方法与传统DTW算法所得匹配路径的对比图；图3为本专利技术实施例提供的PP波实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，其特征在于，包括层位控制点约束。

【技术特征摘要】
1.一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，其特征在于，包括层位控制点约束。2.根据权利要求1所述的一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、对PP波和PS波分别进行预处理；S2、获取待匹配的PP波和PS波层位控制点，并根据层位控制点对待匹配的PP波和PS波进行分段；S3、采用改进的距离累加公式计算每段匹配的累加距离矩阵；S4、根据累加距离矩阵得到每个分段的匹配路径，通过将每个分段的匹配路径整合得到全局匹配路径；S5、自适应选取种子点。3.根据权利要求2所述的一种基于层位控制的DTW多波匹配方法，其特征在于，包括以下分步骤：S21、在PP波上确定大层位位置，设置大网格道间隔，根据大层位位置和大网格间隔确定大网格的位置；S22、在PS波上确定与PP波对应的大层位位置，并采用与步骤S21中相同的大网格道间隔来确定相应的大网格位置；S23、根据大网格点位置，选取PP波上的大网格点作为基准，在对应的PS波上选择相应的大网格作为计算中心，取其上下各W个点，并选取相应的一段长度t与对应的PP波上一段长度t来计算这2W+1个点的最大相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚兴苗，陈锋，胡光岷，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51