49500字硕士毕业论文地震预测仪器数值传输和压缩原理的探讨

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：49500字

论点：勘探,地震,渗流

论文概述：

比较了地球物理勘探技术中的无线技术，设计了基于 WSN 无线传感器网络的全无线地震传感器网络拓扑结构；实现了子区域内使用 WSN 网络，交叉站使用WIFI 等无线宽带技术，实现低速和高速网络

论文正文：

第一章引言

 1.1 研究目的和意义
当今世界，石油有“黑色黄金”之称，在各类能源之中占首要地位，不但决定现代国家的工业经济发展，而且影响到国家政治生活和军事安全。“谁掌握了石油，谁就掌握了经济命脉”，石油已经成为了关乎国计民生的重要战略资源。但是资源需求与资源枯竭已经逐渐成为阻碍世界各国的经济进步和社会发展的主要矛盾。根据国际国能源署(International EnergyAgency，IEA)的统计数据，2013年全球石油日需求量将上升9080万桶/日P[1]P。目前中国正在进入工业高速发展阶段，在2008至2011年的四年间，中国就占了全球石油需求量增长的三分之二。美国能源信息署(EnergyInformation Agency，EIA)预计2013年全球石油日需求量将上至9033万桶，中国国石油日需求量PP上升至1074万桶。随着急速增加的石油消耗量，为了保障国家安全和经济稳定，中国不仅需要足够的外部进口渠道，而且更需要挖掘内部潜力，因此我国必须建立自己的石油勘探产业。目前，石油勘探业的面临最大挑战是在相对恶劣地表和更复杂地下构造等勘探条件下寻找更隐蔽油气藏，地震勘探将直接地深入到沙漠戈壁、山地、甚至悬崖、超深层海洋深水等极端环境，开展勘探工作。地震石油勘探技术P[4-6]P将向着高密度、多维、全波场、高分辨率、超多道地震勘探等方向发展，地震数据具有高保真、宽频带以及高信噪比的特点。石油地震勘探仪器装备P[7-9]P采用24位以上高分辨率A/D、数字检波器、单站单点、三分量地震采集、三维或者四维的地震技术、叠前深度偏移以及超万道高密度等技术，形成了一个分布式地震仪器网络，因此地震勘探仪器系统的通信技术P[10-13]P成为了地震勘探仪器网络中的系统关键技术之一。当前地球物理勘探仪器系统的通信技术主要分为两类：有线传输和无线传输、有线和无线相结合方式。而在复杂地质环境下，有线通信电缆安装复杂且容易损坏，排查维护复杂，惊人电缆数目不断增加了整个地震勘探系统经济成本，同时带来了系统极大的可靠性风险；现场设备的安装调试严重影响了地震勘探设备的机动性和施工效率。因此地震勘探系统有线通信很难满足现代地震石油勘探设备发展需求，而无线传输方式因为没有传输地震数据线缆约束的优点，可以灵活的布置排列在将各种野外场地，同时可以采用无线存储方式提高道数，因此适合大规模复杂地形的地震勘探。许多知国内外地球物理勘探设备供应商已经将无线地震勘探仪器P[14-17]P作为未来地球物理探测仪器研发方向之一。地球物理探测仪器设备传统无线通信方式均采用窄带低频的无线电台方式实时传输采集的地震数据，无线通信使用的是射频通信，地震数据传输结构只是普通数据传输，而没有网络技术的支撑，不是真正的无线网络传输系统。在野外生产现场，地震勘探分布式设备的无线通信系统网络拓扑、信道环境等网络类型与无线传感器网络P[18-19]P(wireless senor network，WSN)相似。无线传感器网络是由足够多的传感器节点组成，这些节点没有预定基础设施支撑，由任意分布在监测区域内，各个节点之间通过专用网络协议实现信息的交流和处理，从而实现给定监测区域内目标的探测和识别，网络不需要专用通信基础设施自组织可重构无线网络，因此无线传感器网络可以通过临时组网方式，对在恶劣环境中支持无线节点之间数据的无线传输网络具有极强的适应性、生存能力和灵活性，因此适合地震勘探仪器的无线数据传输。但无线传感器网络协议复杂、网络资源有限、节点之间有一定故障率P[20-21]P等技术方面的问题，这些制约无线传感器网络大规模工业应用。本文针对复杂地形下的地震勘探出的数据传输，提出了基于无线传感器网络的全无线地震数据传输解决方案；并针对无线传感器网络传输低可靠性问题，从覆盖覆盖、连通和拓扑控制三方面入手进行研究，提出了随机分布的覆盖连通模型和成立条件；同时针对无线传感器的概率广播算法的信道竞争和信号碰撞问题，提出了基于覆盖连通渗流模型的有向广播算法，并以此实现了AODV路由算法。
1.2 国内外研究现状和进展
地震勘探能够以较高的精度确定油气构造和形态、埋藏深度、岩石性质，因此成为地球物理勘探中最重要的一种方法，也是油气勘探的主要手段之一。野外的勘探采集成本占地震勘探总成本的80%，为了节约勘探经济成本，满足不断增加的勘探技术要求，世界各国不断研发出具有更新技术、更高精度、更低成本的地震勘探仪器装备。地震勘探仪器从20世纪30年代至今，已经经历了六代产品，目前已经进入到全数字地震勘探仪器时代。第一代光点记录地震仪，使用时间是从20世纪30年代初到50年代末，我国为从20世纪50年代初到60年代末。主要采用采用电子管器件电路，使用感光照相纸记录地震信号。地震信号增益量只有20dB，频带只有30Hz，接收地震道数最多只有24道。 第 2 章 基于无线技术的地震传感器网络
  2.1 当代地震勘探仪器构成当代地震勘探仪P[34]P主要分为主机系统和采集装备。如图 2.1 所示为当地地震勘探仪器的主要构成，主机系统是由地震数据采集设备控制中心、地震数据存储、处理、分析、加工的工厂组成。采集装备主要包括采集站、电源站、交叉站等子系统。采集站主要负责地震信号采集工作。交叉站PP主要完成横缆和纵缆之间以及横缆与交叉站之间数据传输。电源站主要为系统内的采集站供电。一般传输系统数据通道P[73]P分为横缆和纵缆，也叫大线和交叉线，其中横缆负责采集站之间数据传输，而纵览负责交叉站与主机之间高速数据传输。
 T第 3 章 无线传感器网络的覆盖连通渗流模型.....................313.1 WSN节点的感应范围...........................313.2 基于无线地震勘探设备WSN随机分布....................313.3 渗流理论物理模型.............................323.4 渗流理论和WSN模型物理映射.......................323.5 渗流理论的数学描述.............................333.6 基于渗流理论的无线传感器网络区域覆盖连通分析...............343.7 基于渗流理论的无线传感器网络覆盖连通概率分析...............403.8 在地震勘探装备中的WSN有效覆盖连通渗流问题..............443.9 本章小结.................47第 4 章 基于覆盖连通渗流模型的有向转发WSN概率广播...............494.1 无线传感器网络主要的广播算法............................494.2 无线传感器网络的广播算法性能比较..................504.3 基于覆盖连通渗流的有向转发概率广播算法..............504.4 基于覆盖连通渗流模型的AODV路由协议..................574.5 本章小结.....................63第 5 章 基于运动编码理论的超光谱图像压缩.................655.1 超光谱图像特征分析...................655.2 基于谱间相关性的多波段超光谱图像预测编码....................765.3 仿真结果与比较分析...................785.4 本章小结..................83
 总结
 (1) 比较了地球物理勘探技术中的无线技术，设计了基于 WSN 无线传感器网络的全无线地震传感器网络拓扑结构；实现了子区域内使用 WSN 网络，交叉站使用WIFI 等无线宽带技术，实现低速和高速网络结合，近距离和远距离相结合的复合通信方式。并提出了 WSN 网络节点的无线随机分布的方式，为在险恶地质环境下进行地震勘探提供了可能。(2) 基于 WSN 网络的覆盖连通问题，提出来了基于渗流的覆盖连通模型。首先证明了 WSN 随机分布的数学模型，该模型近似为泊松点分布。对静态 WSN 覆盖渗流模型进行了研究和分析，得到了对应的覆盖渗流的节点分布密度与概率值，并通过了仿真实验进行了验证；再此基础上，研究了覆盖连通的渗流模型，论证了覆盖连通渗流模型的节点分布密度与概率值。(3) 对 WSN 网络的广播算法进行了研究，提出来了覆盖连通渗流模型下的有向概率广播算法。通过数学和仿真实验证明了转发概率使用以覆盖连通渗流模型的临界概率，可以降低广播风暴风险、减少信道争抢和信号碰撞。并对 WSN 的AODV 路由算法性能进行了分析，对影响 AODV 的泛洪广播进行了改进，使用了基于覆盖连通渗流模型的概率广播思想，对 AODV 在报文可达率和平均延时性能上有很大的提高，进一步证明了覆盖连通渗流模型的有向概率广播算法有效性能。(4) 针对超光谱图像的传统压缩方式主要是静态图像压缩方法，没有充分利用超光谱图像的谱间相关性特点，提出来了连续波段的谱间相关预测方法，引入了运动估计和运动补偿思想，把连续波段作为图像序列，去除谱间相关；同时对谱间相关性小的波段作为独立波段使用了帧内独立编码方法，经过对 AVRIS 的实验数据进行了验证，在一定的 bpp 条件下，信噪比有明显的提高。
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