Обзор информационных технологий в исследовании сейсмических сигналов

ВВЕДЕНИЕ

Под стадией создания программного обеспечения (ПО) понимается часть процесса формирования программного обеспечения, ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей программного обеспечения, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

В процессе постановки задачи четко формулируют назначение ПО и определяют основные функциональные, эксплуатационные и технологические требования к нему. Функциональные требования определяют функции разрабатываемого ПО, эксплуатационные – особенности его эксплуатации, а технологические – особенности процесса разработки:

· подход;

· архитектуру;

· технологию;

· среду;

· язык программирования.

Задачей вышеуказанного этапа является определение подробных спецификаций разрабатываемого ПО.

Процесс проектирования сложного ПО обычно включает:

· проектирование общей структуры – определение основных частей (компонентов) и их взаимосвязей по управлению процессами и потоками данных;

· декомпозицию компонентов и построение структурных иерархий в соответствии с рекомендациями блочно-иерархического подхода;

· проектирование компонентов.

Результатом проектирования является детальная модель разрабатываемого ПО вместе со спецификациями его компонентов всех уровней. Тип модели зависит от выбранного или заданного подхода (структурный, объектно-ориентированный или компонентный) и конкретной технологии проектирования. Однако в любом случае процесс проектирования охватывает как проектирование обрабатывающих программ (подпрограмм) и определение взаимосвязей между ними, так и проектирование данных, с которыми взаимодействуют эти программы или подпрограммы.

Основными факторами, определяющими характеристики разрабатываемого ПО, являются:

· исходные данные и требуемые результаты, которые определяют функции программы или системы;

· среда (программная и аппаратная), в которой разрабатываемое ПО будет функционировать, она может быть задана, а может выбираться для обеспечения параметров, указанных в техническом задании;

· возможное взаимодействие с другим ПО и/или конкретными техническими средствами – также может быть определено, а может выбираться исходя из набора выполняемых функций.

Таким образом, требования к программному обеспечению должны быть увязаны в единой схеме, отражающей особенности решаемой тематики, вычислительных средств, участвующих в решении задачи и средств разработки.

ГЛАВА 1

ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

1.1 Современные информационные технологии в исследованиях
сейсмических сигналов

1.1.1 Применение информационных технологий для визуализации сейсмических данных [].

1.1.2 Применения информационных технологий для [].

1.1.3 [].

1.1.4 [].

1.1.5 Базы данных для хранения исходных данных [].

1.2 Техническое обеспечение информационных технологий
в исследованиях сейсмических сигналов

1.2.1 Кластер СКИФ ГЕО.

1.2.2 Системы спутниковой навигации R-7, R-8 GNSS, тахеометры TRIMBLE M3 [].

1.2.3 Мобильные буровые установки на колесном ходу УРБ 2А-2 [].

1.2.4 Виброисточники СВ-30/120Н, оснащенные электронными средствами управления VE 464 SERCEL [].

1.2.5 Телеметрические комплексы 428XLG с полевым оборудованием FDU, DSU-3 и системой синхронизации взрыва «SGD-S» [].

1.2.6 Станция скважинных исследований АМЦ-ВСП-3-48 [].

1.3 Программное обеспечение информационных технологий
в исследованиях сейсмических сигналов

1.3.1 Применение библиотеки OpenGl для визуализации сейсмических сигналов [].

1.3.2 Применение библиотеки Qt для постройки интерфейса модулей программы [].

1.3.3 Применение библиотеки Microsoft MPI для увеличения производительности вычислений на серверных решениях [].

1.3.4 Применение библиотеки OpenMP для увеличения производительности вычислений на однопроцессорных системах [].

1.3.5 Использование программного комплекса SegY Detective [].

1.3.6 Использование программного комплекса OpendTect [].

1.4 Информационное обеспечение информационных технологий
в исследованиях сейсмических сигналов

1.4.1 Сайт Альфреда Старабинца (http://seismic-info.ru/).

1.4.2 Сайт компании Белоруснефть (http://www.belorusneft.by).

1.4.3 Сайт продукта RadExPro sismic software (http://radexpro.com/ru/).

1.4.4

1.4.5 ().

1.4.6 ().

ГЛАВА 2

ГЛАВА 3

Входные и выходные данные

Входными данными для программного модуля включает в себя как специализированные форматы данных для хранения исходных сигналов:

· формат LAS, включает каротажные скважинные данные;

· форматы СЦС-3 (SEC) и SEG-Y , испольхуется для храниения данных профиля сейсмограмм и данных сейсморазведки.

Так простые наборы текстовых документов, записанных в специализированной форме в формате TXT. Данный формат данных необходим для хранения различных типов внутренних данных программного модуля.

В качестве выходных данных выступает как собственный тип файла в формате dat, так и текстовые файлы в формате txt. Формат dat служит для хранения результатов циклических, резонансно-селективных и спектрально-временных анализов, а формат txt служит для хранения результатов прямой задачи сейсморазведки для нормального падения для плоскопараллельных сред.

Рисунок 3.5. – Схема взаимодействия ВПС ПМУ

Рисунок 3.6. – Схема взаимодействия ВПС ПМУ

ВПС ПМУ работает с многофункциональным сервером, на основе данных которого формируются наборы файлов на заданную площадь, включающие сейсмограммы и данные карротажа. Эти данные поступают в блоки обработки на основе которых формируется картографическое описание в условных координатах и формируется карта для планшета картирования.

Планшет картирования включает визуализацию карты с инструментарием просмотра. Данный планшет позволяет выбрать геологический объект (профиль сейсмогаммы или скважину) и передать его в соответствующий планшет для анализа (планшет построения геологической модели или планшет анализа каротажных данных).

Планшет анализа каротажных данных включает графическое представление распределения геофизических характеристик в зависимости от глубины и инструментария для управления просмотром. Геофизические характеристики загружаются из файла в формате las.

Планшет построения геологической модели является самой функциональной частью АРМ. Построения геологической модели выполняются при помощи специализированного графического инструмента, функционирующего на шрафической подложке профиля сейсмограммы. Профиль сейсмограммы загружается из файлов в форматах segy или цсц3. Профиль загружается в память АРМ и отображается в графическом контексте планшета. Сейсмограммы могут отображаться в виде набора сигналов или в виде изображения со специальной раскраской по интенсивности сигнала сейсмограммы. Профиль сейсмограммы может меняться для улучшения визуального представления разреза посредством дополнительной фильтрации, свертки и преобразований.

Интерактивный инструмент построения геологической модели включает возможность построения геометрических линейных (горизонтов) примитивов в графическом поле сейсмограммы и их редактирование. Данный инструмент включает:

· добавление линии (горизонта);

· добавление разделительной точки на линию (горизонт);

· смещение разделительной точки;

· редактирование линии (горизонта);

· удаления лишних участков.

Интерактивно-построенная модель должна проверяться посредством сравнения с синтетической сейсмограммой на основе построенной модели.

Синтетическая сейсмограмма формируется посредством решения обратной сейсмической задачи.

Это решение требует выполнения вычислений большого объема. И должно выполняться на суперкомпьютере. Кроме того, существует ряд задач по преобразованию и фильтрации сейсмограмм, которые также рационально выполнять на мощной вычислительной технике.

Использование разных задач на разных вычислительных ресурсах потребует наличия менеджера задач, способного адаптироваться к задачам и загрузке вычислительных ресурсов. Управление менеджером обеспечивается при помощи дополнительного подключения интерпретатора, который обеспечивает интерфейс взаимодействия с суперкомпьютером.

Для решения задач,выполняемых на суперкомпьютере, работает такой же интерпретатор, который оценивает выполняемые процессы, их запускает и контролирует. Суперкомпьютер поддерживает задачи фильтрации профиля сейсмограммы, сегментации областей на ней и решение обратной сейсмической задачи для генерации сейсмограммы.

Так же суперкомпьютер поддерживает работу с базой данных, которая содержит информацию по каротажным данным и профилям сейсмограммы.

Сложность разработки базы данных обусловлена тем, что формирование ее структуры возможно только после разработки алгоритмов проектирования. Степень разработки алгоритмов должна быть доведена до машинной реализации, так как структура базы данных должна учитывать специфику процесса автоматизированного проектирования. Но для разработки пакета прикладных программ необходимы сведения о структуре базы данных. Следовательно, информационное обеспечение и специальное программное обеспечение должны создаваться параллельно.

Информация, используемая при проектировании, может быть разделена на статическую и динамическую. К статической части информации относится описание геологических объектов, которое выполняется специалистами. К динамической информации относится информация о выполняемых процессах, данные промежуточных вычислений, генерируемые скрипты.

Информационно-логическая модель определяет информационные потребности проектируемой системы и характеристики информационной базы, которая выполняет следующие основные функции:

· определение содержимого баз данных (т.е. описание концептуального, внешнего и внутреннего уровней схем);

· запись данных в базу;

· организацию хранения данных (изменение, дополнение, реорганизация данных);

· представление доступа к данным (поиск и выдача данных).

Дополнительные функции (диалог, многопользовательский режим и т.д.) могут быть реализованы в виде пакетов программ окружения на суперкомпьютере и клиентской части.

Для определения данных и доступа к ним в сервере имеются языковые средства (специальные языки, включая интерпретатор). Так, определение данных (описание концептуальной, внутренней и внешней структур) обеспечивается с помощью языка определения данных. Функции доступа к данным реализуются с помощью языка интерпретатора для манипулирования данными и языком запросов.

Подготовка и сохранение исходных данных

Прямой задача сейсморазведки на параллельных ресурсах для нормального падения для плоскопараллельных сред решается посредством разделения данных по трассам или пикетам. Все наборы формируются планшетом моделирования и сохраняются в виде отдельных файлов в специальном промежуточном каталоге, который удаляется по завершению решения задачи.

Сохранение данных по пикетам реализовано в классе GeometrySism в функции saveDataTraceSismToFile.

Генерация текстовых файлов сейсмограммы формирует набор текстовых документов, записанных в формате, описанном в предыдущем этапе выполнения работ по проекту. Каждый документ представляет собой одну трассу, обрабатываемой сейсмограммы, с записанными, необходимыми, параметрами для дальнейшей их обработки при помощи отдельных скриптов. Текстовый файл имеет расширение «txt», а для записи данных используется строгий шаблон.

Для выполнения данной функции необходимо нажать на кнопку «Сохранения данных трасс сейсмограммы», как показано на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7. – Интерфейс обслуживания профиля сейсмограмм в планшете моделирования

Далее управление переходит в функцию «void readDataTrace()» класса SismShowOpenGlWidget. В начале выполнения данной функции пользователю представляется диалоговое окно с выбором папки, из которой следует считывать данные. Данная функция определяет набор трасс или пикетов, которые необходимо сохранить через специальный диалог, который показан на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8. – Диалог подготовки исходных данных для прямой задачи сейсморазведки на параллельных ресурсах для нормального падения для плоскопараллельных сред

Данный диалог позволяет как выбрать отдельный пикет для обработки в поле «NumberTrace», так и обеспечить выбор всех трасс через поле «Сhoose all». Диалог носит назначение контролирующего инструмента и служит для отладки программы. В дальнейшем он будет удален, и обрабатываться будут все пикеты в профиле сейсмограмм.

По кнопке «ОК» вызывается диалог для определения каталога, в котором будут сформированы данные. Диалог выбора каталога сохранения исходных данных показан на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9. – Диалог для определения места сохранения исходных данных

Данные сохраняются в виде отдельных файлов для каждой трассы, которые являются текстовыми и разделены на несколько секций. Все секции подразделяют на обязательные и необязательные. Обязательными называют секции, которые всегда должны присутствовать в файле, поскольку в них записывается важная информация. Необязательные секции, напротив, можно не включать в состав файла – они используются для записи дополнительной информации.

В файлах используются следующие секции:

· ~R – информация о расположении горизонтов вдоль трассы сейсмограммы;

· ~I – информация об импульсе для сверки при синтезе сейсмограмм;

· ~P – информация о параметрах выполнения моделирования;

· ~T – информация о реальной сейсмограмме;

· ~F – информация о дополнительной обработке сейсмограммы предыдущей секции (как правило, различного рода комментарии).

Процесс сохранения информации показывается в виде прогресса, как показано на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10. – Копия экрана с отображением прогресса сохранения исходной информации

В результате работы функции в заданном каталоге формируется набор файлов с исходными данными необходимыми для решения задачи как показано на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11. – Каталог с исходными данными, необходимыми для решения задачи

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью работы комплекса программных средств ВПС ПМУ является построение геологической модели среды. Эта модель определяется интерактивно на базе анализа обработанного набора данных, включающего сейсмические профили, геофизические данные скважин, географические данные о ландшафте, данные анализа территории, проведенные ранее и т.д. Разработка такой модели предполагает создание программного комплекса, состоящего из шести базовых частей:

1) серверной части, отвечающей за выполнение трудоемких вычислений, сохранение и обработку информации из базы геологических данных;

2) клиентской части планшета картирования, представляющего собой картографическую часть, которая формируется на основе данных из базы данных на сервере и информирует пользователя о проведенных геологоразведочных работах с привязкой к выбранной местности;

3) клиентской части планшета интерактивного моделирования, являющегося интерактивным инструментом формирования модели разреза, формирующего геологическую модель и определяющего объем вычислений для сервера, необходимых для построения модели;

4) клиентской части анализа каротажных данных о скважинах, которая может быть реализована на основе доработок программы GI;

5) блока обмена информацией для обеспечения программ соответствующей геологической информацией;

6) блока управления, позволяющего контролировать выполнение поставленных перед комплексом задач и обеспечивать пользователям доступ к системе.

Такой программный комплекс не должен быть статической программой, а должен поддерживать возможность расширения и саморасширения. Поэтому создание его программных элементов должно поддерживать три уровня расширения программного обеспечения (механизмов plugin):

1. Расширение решаемых задач серверной части на СКИФ;

2. Расширение клиентских частей-планшетов, включающих дополнительные визуального представления геологической и картографической информации и методы оптимизации построения геологической модели;

3. Все эти расширения должны разрабатываться дополнительно на основе установленных правил.

Таким образом, программный комплекс должен предполагать варианты собственного развития не только на этапе его создания, но и сторонними разработчиками.

ВВЕДЕНИЕ

Под стадией создания программного обеспечения (ПО) понимается часть процесса формирования программного обеспечения, ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей программного обеспечения, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

В процессе постановки задачи четко формулируют назначение ПО и определяют основные функциональные, эксплуатационные и технологические требования к нему. Функциональные требования определяют функции разрабатываемого ПО, эксплуатационные – особенности его эксплуатации, а технологические – особенности процесса разработки:

· подход;

· архитектуру;

· технологию;

· среду;

· язык программирования.

Задачей вышеуказанного этапа является определение подробных спецификаций разрабатываемого ПО.

Процесс проектирования сложного ПО обычно включает:

· проектирование общей структуры – определение основных частей (компонентов) и их взаимосвязей по управлению процессами и потоками данных;

· декомпозицию компонентов и построение структурных иерархий в соответствии с рекомендациями блочно-иерархического подхода;

· проектирование компонентов.

Результатом проектирования является детальная модель разрабатываемого ПО вместе со спецификациями его компонентов всех уровней. Тип модели зависит от выбранного или заданного подхода (структурный, объектно-ориентированный или компонентный) и конкретной технологии проектирования. Однако в любом случае процесс проектирования охватывает как проектирование обрабатывающих программ (подпрограмм) и определение взаимосвязей между ними, так и проектирование данных, с которыми взаимодействуют эти программы или подпрограммы.

Основными факторами, определяющими характеристики разрабатываемого ПО, являются:

· исходные данные и требуемые результаты, которые определяют функции программы или системы;

· среда (программная и аппаратная), в которой разрабатываемое ПО будет функционировать, она может быть задана, а может выбираться для обеспечения параметров, указанных в техническом задании;

· возможное взаимодействие с другим ПО и/или конкретными техническими средствами – также может быть определено, а может выбираться исходя из набора выполняемых функций.

Таким образом, требования к программному обеспечению должны быть увязаны в единой схеме, отражающей особенности решаемой тематики, вычислительных средств, участвующих в решении задачи и средств разработки.

ГЛАВА 1

ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

1.1 Современные информационные технологии в исследованиях
сейсмических сигналов

1.1.1 Применение информационных технологий для визуализации сейсмических данных [].

1.1.2 Применения информационных технологий для [].

1.1.3 [].

1.1.4 [].

1.1.5 Базы данных для хранения исходных данных [].

1.2 Техническое обеспечение информационных технологий
в исследованиях сейсмических сигналов

1.2.1 Кластер СКИФ ГЕО.

1.2.2 Системы спутниковой навигации R-7, R-8 GNSS, тахеометры TRIMBLE M3 [].

1.2.3 Мобильные буровые установки на колесном ходу УРБ 2А-2 [].

1.2.4 Виброисточники СВ-30/120Н, оснащенные электронными средствами управления VE 464 SERCEL [].

1.2.5 Телеметрические комплексы 428XLG с полевым оборудованием FDU, DSU-3 и системой синхронизации взрыва «SGD-S» [].

1.2.6 Станция скважинных исследований АМЦ-ВСП-3-48 [].

1.3 Программное обеспечение информационных технологий
в исследованиях сейсмических сигналов

1.3.1 Применение библиотеки OpenGl для визуализации сейсмических сигналов [].

1.3.2 Применение библиотеки Qt для постройки интерфейса модулей программы [].

1.3.3 Применение библиотеки Microsoft MPI для увеличения производительности вычислений на серверных решениях [].

1.3.4 Применение библиотеки OpenMP для увеличения производительности вычислений на однопроцессорных системах [].

1.3.5 Использование программного комплекса SegY Detective [].

1.3.6 Использование программного комплекса OpendTect [].

1.4 Информационное обеспечение информационных технологий
в исследованиях сейсмических сигналов

1.4.1 Сайт Альфреда Старабинца (http://seismic-info.ru/).

1.4.2 Сайт компании Белоруснефть (http://www.belorusneft.by).

1.4.3 Сайт продукта RadExPro sismic software (http://radexpro.com/ru/).

1.4.4

1.4.5 ().

1.4.6 ().

ГЛАВА 2