一种波形弥散程度的评估方法及相关装置

1.本发明涉及地震波勘探技术领域，具体是涉及一种波形弥散程度的评估方法及相关装置。


背景技术：

2.采集地质结构因震动而产生的地震波，并对地震波进行分析可用于地质结构成像，而频散曲线的质量越好对应的地震波形越有利于地质结构成像。根据背景噪声层析成像理论，所使用的地震噪声波形越弥散，越能从地震噪声波形中提取到质量好的频散曲线。
3.现有技术通过分析波形所有传播方向上的传播能量来估计波形的弥散程度，这种方法需要大量的数据，从而提高了评估波形弥散程度所需要的时间。
4.综上所述，现有技术评估波形弥散程度的效率较低。
5.因此，现有技术还有待改进和提高。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种波形弥散程度的评估方法及相关装置，解决了现有技术评估波形弥散程度的效率较低的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种波形弥散程度的评估方法，其中，包括：
9.确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同；
10.依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；
11.依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定；
12.依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定；
13.依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。
14.在一种实现方式中，所述确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，
各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同，包括：
15.对所述原始波形进行等时间间隔分割，得到各个分割波形中的各个等间隔分割波形；
16.对各个所述等间隔分割波形分别应用傅里叶变换，得到各个所述等间隔分割波形的各个所述频谱信息中的各个频谱图，各个所述频谱图的频率信息中的频率取样和频率长度均相同。
17.在一种实现方式中，所述依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度，包括：
18.将所述第一振幅期望值的绝对值平方除以所述第一振幅绝对值平方期望值，得到第一指标值；
19.将所述第二振幅期望值的绝对值平方除以所述第二期望值乘积，得到第二指标值；
20.将所述第三振幅期望值的绝对值平方除以所述第三期望值乘积，得到第三指标值；
21.依据所述第一指标值、所述第二指标值、所述第三指标值，评估所述原始波形的弥散程度。
22.在一种实现方式中，所述依据所述第一指标值、所述第二指标值、所述第三指标值，评估所述原始波形的弥散程度，包括：
23.确定由各个所述第一指标值构成的第一均方根函数；
24.确定由各个所述第二指标值构成的第二均方根函数；
25.确定由各个所述第三指标值构成的第三均方根函数；
26.依据所述第一均方根函数、所述第二均方根函数、所述第三均方根函数，评估所述原始波形的弥散程度。
27.在一种实现方式中，所述确定由各个所述第一指标值构成的第一均方根函数，包括：
28.确定由所有的所述第一指标值构成的第一指标均值；
29.确定各个所述第一指标值与设定的标准值之间差值的绝对值，记为差值绝对值；
30.确定由各个所述第一指标值的相邻指标值与设定的标准值之间差值的绝对值构成的相邻指标均值，相邻指标值所对应的频率相邻；
31.将各个所述第一指标值所对应的所述相邻指标的与设定的标准值之间差值的绝对值的均值除以所有第一指标与设定的标准值之间差值的绝对值的均值，得到各个权重；
32.依据各个所述第一指标值的各个权重、各个所述第一指标值所对应的差值绝对值以及各个所述第一指标值构成的指标总数量，得到第一均方根函数。
33.在一种实现方式中，所述确定由各个所述第二指标值构成的第二均方根函数，包括：
34.确定由所有的所述第二指标值构成的第二指标均值；
35.确定由各个所述第二指标值的相邻指标值构成的相邻指标均值，相邻指标值所对应的频率相邻；
36.将各个所述第二指标值所对应的所述相邻指标均值除以所述第二指标均值，得到各个所述第二指标值的各个权重；
37.确定各个所述第二指标值与设定的标准值之间差值的绝对值，记为差值绝对值；
38.依据各个所述第二指标值所对应的各个所述差值绝对值与各个所述第二指标值的各个权重以及各个所述第二指标值构成的指标总数量平方值，得到第二均方根函数。
39.在一种实现方式中，所述第二振幅期望值为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅与另一个频率所对应的振幅乘积构成的期望值；所述第二期望值乘积为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值平方期望值与另一个频率所对应的振幅绝对值平方期望值构成的乘积；所述第三振幅期望值为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅与另一个频率所对应的复共轭振幅乘积构成的期望值；所述第三期望值乘积为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值平方期望值与另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值平方期望值构成的乘积。
40.第二方面，本发明实施例还提供一种波形弥散程度的评估装置，其中，所述装置包括如下组成部分：
41.频谱分析模块，用于确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同；
42.第一期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；
43.第二期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定；
44.第三期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定；
45.弥散评估模块，用于依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。
46.第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，其中，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的波形弥散程度的评估程序，所述处理器执行所述波形弥散程度的评估程序时，实现上述所述的波形弥散程度的评估方法的步骤。
47.第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有波形弥散程度的评估程序，所述波形弥散程度的评估程序被处理器执行时，实现上述所述的波形弥散程度的评估方法的步骤。
48.有益效果：本发明首先将待评估的原始波形划分成各个分割波形，并计算各个分
割波形的频谱信息。然后根据每个频谱上的各个频率所对应的振幅，构建各个频率的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值，以及根据每个频谱上的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积；同时根据每个频谱上的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积；最后依据第一振幅期望值、第一振幅绝对值平方期望值、第二振幅期望值、第二期望值乘积、第三振幅期望值、第三期望值乘积，评估原始波形的弥散程度。从上述分析可知，本发明只需要获知各个频率的振幅即可以计算出评估波形弥散程度所需要的期望值信息，而不需要采集额外的数据，从而提高了评估波形弥散程度的效率。另外，本发明是根据振幅而定量计算出评估波形弥散程度所需要的数据，从而实现了对波形弥散程度的定量评估，进而提高了波形弥散程度的评估准确性。
附图说明
49.图1为本发明的整体流程图；
50.图2为本发明实施例中需要评估弥散程度的原始波形图；
51.图3为本发明实施例中的第一指标值仿真图；
52.图4为本发明实施例中的第二指标值仿真图；
53.图5为本发明实施例中的第三指标值仿真图；
54.图6为本发明实施例提供的终端设备的内部结构原理框图。
具体实施方式
55.以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.经研究发现，采集地质结构因震动而产生的地震波，并对地震波进行分析可用于地质结构成像，而频散曲线的质量越好对应的地震波形越有利于地质结构成像，根据背景噪声层析成像理论，所使用的地震噪声波形越弥散，越能从地震噪声波形中提取到质量好的频散曲线。现有技术通过分析波形所有传播方向上的传播能量来估计波形的弥散程度，这种方法需要大量的数据，从而提高了评估波形弥散程度所需要的时间。
57.为解决上述技术问题，本发明提供了一种波形弥散程度的评估方法及相关装置，解决了现有技术评估波形弥散程度的效率较低的问题。具体实施时，首先确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息(各个频谱信息所涵盖的频率信息相同)；然后依据每个频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；同时依据每个频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积(第二振幅期望值由频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，第二期望值乘积由频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定)，以及依据每个频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积(第三振幅期望值由频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，第三期望值乘积由频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值
和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定)；最后依据第一振幅期望值、第一振幅绝对值平方期望值、第二振幅期望值、第二期望值乘积、第三振幅期望值、第三期望值乘积，评估原始波形的弥散程度。
58.举例说明，采集到一段30秒长度的原始波形，将原始波形等间隔划分成3个分割波形w1、w2、w3，w1、w2、w3的长度都是10秒，对w1、w2、w3分别进行傅里叶变换就得到了频谱图p1、p2、p3(频谱图的横坐标为频率，纵坐标为波形振幅，频谱图建立了频率与振幅之间的对应关系)。p1、p2、p3这三者的频率一样(比如频率都是f1hz、f2hz、f3hz)。p1上的f1hz、f2hz、f3hz对应的振幅分别为a11、a12、a13；p2上的f1hz、f2hz、f3hz对应的振幅分别为a21、a22、a23；p3上的f1hz、f2hz、f3hz对应的振幅分别为a31、a32、a33。
59.频率f1hz对应的第一振幅期望值为频率f2hz对应的第一振幅期望值为频率f3hz对应的第一振幅期望值为
60.频率f1hz对应的第一振幅绝对值平方期望值为频率f2hz对应的第一振幅绝对值平方期望值为频率f3hz对应的第一振幅绝对值平方期望值为
61.f1hz和f2hz构成一个频率对，f1hz和f3hz构成一个频率对，f2hz和f3hz构成一个频率对。f1hz和f2hz这个频率对所对应的第二振幅期望值为f1hz和f3hz这个频率对所对应的第二振幅期望值为f2hz和f3hz这个频率对所对应的第二振幅期望值为
62.f1hz和f2hz这个频率对所对应的第二期望值乘积如下：
[0063][0064]
f1hz和f3hz这个频率对所对应的第二期望值乘积如下：
[0065][0066]
f2hz和f3hz这个频率对所对应的第二期望值乘积如下：
[0067][0068]
f1hz对应的振幅a11、a21、a31的复共轭分别是a
*
11、a
*
21、a
*
31；f2hz对应的振幅a12、a22、a32的复共轭分别是a
*
12、a
*
22、a
*
32；f3hz对应的振幅a13、a23、a33的复共轭分别
是a
*
13、a
*
23、a
*
33。
[0069]
f1hz和f2hz这个频率对所对应的第三振幅期望值如下:
[0070]
和
[0071]
f1hz和f3hz这个频率对所对应的第三振幅期望值如下：
[0072]
和
[0073]
f2hz和f3hz这个频率对所对应的第三振幅期望值如下：
[0074]
和
[0075]
f1hz和f2hz这个频率对所对应的第三期望值乘积如下：
[0076][0077]
和
[0078]
f1hz和f3hz这个频率对所对应的第三期望值乘积如下：
[0079][0080]
和
[0081]
f2hz和f3hz这个频率对所对应的第三期望值乘积如下：
[0082][0083]
和
[0084]
利用上述计算出来的所有的第一振幅期望值、第一振幅绝对值平方期望值、第二振幅期望值、第二期望值乘积、第三振幅期望值、第三期望值乘积就可以评估30秒长度原始波形的弥散程度。
[0085]
示例性方法
[0086]
本实施例的波形弥散程度的评估方法可应用于终端设备中，所述终端设备可为具有波形分析功能的终端产品，比如电脑等。在本实施例中，如图1中所示，所述波形弥散程度的评估方法具体包括如下步骤：
[0087]
s100，确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同。
[0088]
原始波形为需要评估其弥散程度的波形。在一个实施例中，步骤s100具体过程如下：对所述原始波形进行等时间间隔分割，得到各个分割波形中的各个等间隔分割波形；对
各个所述等间隔分割波形分别应用傅里叶变换，得到各个所述等间隔分割波形的各个所述频谱信息中的各个频谱图，各个所述频谱图的频率信息中的频率取样和频率长度均相同。
[0089]
在一个实施例中，原始波形为单个台站(检波器)记录的地震波形。
[0090]
时域中，分割波形的时间t与振幅ψ(r,t)满足如下关系式：
[0091][0092]an
是与时间无关的复模态振幅，u
(n)
(r)是简正模式的本征函数,r是位置向量，ωn与第n个简正模式相对应的角频率，t是时间，
[0093]
对公式(1)进行傅里叶变换得到：
[0094][0095]
公式(2)中是公式(1)进行傅里叶变换的过程中省略位置向量r而得到的结果。
[0096]
表示傅里叶变换，rect[
·
]是矩形窗函数，t为窗的长度,ω为角频率。当t足够长时，sinc[
·
]函数会近似于克罗内克δ函数。此时，对于任意一个ωn的相邻频率ω
p
，其对应的分割波形的频谱图如下：
[0097][0098]
在另一个实施例中，当窗的长度t不够长时，sinc函数可能不能很好地近似于克罗内克δ函数，并且由于频谱泄漏，目标信号的频谱φ(ω
p
)将被不准确地估计，从而导致φ(ω
p
)不能很好的用于弥散程度的分析。多窗谱分析是一种能很好地克服这种频谱泄漏的方法。与使用矩形窗函数产生的单窗谱估计相比，多窗谱分析使用多个正交窗函数，最终要求的多窗谱是由多个正交窗函数的周期图谱的加权平均来构建的，因此减少了频谱泄漏带来的偏差。本实施例使用了一种多正弦窗谱分析方法，该方法使用正交窗的数量可以在不受信号带宽的限制，从而为数据提供更好的灵活性和适应性。多正弦窗谱可以用以下公式表示：
[0099][0100]
其中，k为所使用正交窗的数量，n为波形数据记录的长度,ψ(tn)为待计算多窗谱的tn时刻的波形记录，vk(n)为正弦窗函数：
[0101][0102]
s200，依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅φ(ω
p
)，构建各个频率所对应的第一振幅期望值e[φ(ω
p
)]和第一振幅绝对值平方期望值e[|φ(ω
p
)|2]。
[0103]
e[φ(ω
p
)]＝e[a
p
]u
(p)
t
[0104]
s300，依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值e[φ(ω
p
)φ(ωq)]和第二期望值乘积e[|φ(ω
p
)|2]e[|φ(ωq)|2]，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频
率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定。
[0105]
e[φ(ω
p
)φ(ωq)]中，φ(ω
p
)为频率ω
p
在频谱图中对应的振幅，φ(ωq）为频率ωq在频谱图中对应的振幅。
[0106]
e[|φ(ω
p
)|2]e[|φ(ωq)|2]中，|φ(ω
p
)|2为振幅φ(ω
p
)的绝对值平方，由于振幅有正值和负值，因此振幅的绝对值和振幅不一定一样。
[0107]
s400，依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值e[φ(ω
p
)φ
*
(ωq)]和第三期望值乘积e[|φ(ω
p
)|2]e[|φ
*
(ωq)|2]，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定。
[0108]
e[φ(ω
p
)φ
*
(ωq)]中的φ
*
(ωq)为φ(ω
p
)的复共轭。
[0109]
s500，依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。
[0110]
在一个实施例中，步骤s500包括如下的步骤s501至s5015：
[0111]
s501，将所述第一振幅期望值e[φ(ω
p
)]的绝对值平方|e[φ(ω
p
)]|2除以所述第一振幅绝对值平方期望值e[|φω
p
)|2]，得到第一指标值a(ω
p
)：
[0112][0113]
a(ω
p
)为频率ω
p
所对应的第一指标值。
[0114]
s502，将所述第二振幅期望值e[φ(ω
p
)φ(ωq)]的绝对值|e[φ(ω
p
)φ(ωq)]|2平方除以所述第二期望值乘积e[|φ(ω
p
)|2]e[|φ(ωq)|2]，得到第二指标值b(ω
p
,ωq)。
[0115][0116]
b(ω
p
,ωq)为频率对(ω
p
,ωq)对应的第二指标值b，e[φ(ω
p
)φ(ωq)]为频率ω
p
对应的振幅与ωq对应的振幅乘积的期望值。
[0117]
举例说明，一段原始波形被分割成了两个分割波形，每个分割波形都含有频率对(f1，f2)和(f3，f4)。
[0118][0119][0120]
s503，将所述第三振幅期望值e[φ(ω
p
)φ
*
(ωq)]|的绝对值平方|e[φ(ω
p
)φ
*
(ωq)]|2除以所述第三期望值乘积e[|φ(ω
p
)|2]e[|φ
*
(ωq)|2]，得到第三指标值c(ω
p
,ωq)：
[0121]
[0122]
φ
*
(ωq)为频率ωq振幅φ(ωq)的复共轭。
[0123]
步骤s501、s502、s503计算出了a(ω
p
)、b(ω
p
,ωq)、c(ω
p
,ωq)，基于一个原始波形的各个分割波形上的频率所对应的振幅构成了a(ω
p
)、b(ω
p
,ωq)、c(ω
p
,ωq)，基于a(ω
p
)、b(ω
p
,ωq)、c(ω
p
,ωq)这三个指标可以进行后续的评估原始波形是否满足弥散条件。而采用a(ω
p
)、b(ω
p
,ωq)、c(ω
p
,ωq)评估原始波形是否满足弥散条件是基于如下原因：
[0124]
对于一个完全弥散的波场，模态振幅(即波形在时域上的振幅)的统计需要同时满足以下三个条件：
[0125][0126]ap
为波形在时间p时的振幅，aq为波形在时间q时的振幅，为aq的复共轭，f(ω
p
)为波形的功率谱密度。δ
pq
为克罗内克函数，当p和q相等时，δ
pq
的值为1；当p和q不等时，δ
pq
的值为0。
[0127]ap
和aq即为公式(1)中的an，因此可以对公式(1)进行变形而得到与时间无关的a
p
和aq，但是由于公式(1)涉及到本征函数u
(n)
(r)，因此难以求出a
p
和aq，进而不能使用e[a
p
]＝0，e[a
paq
]＝0，来判断一个原始波形是否满足弥散条件。
[0128]
因此需要将时域的原始波形转换成频域的原始波形，以规避本征函数u
(n)
(r)。
[0129]
在时域中的e[a
p
]＝0，在频域中就是e[φ(ω
p
)]＝0，用一个无量纲表示e[φ(ω
p
)]就是
[0130][0131]
因此，可以用一个波形的a(ω
p
)值与0之间的差异性，表征该波形的弥散程度。
[0132]
将φ(ω
p
)＝a
pu(p)
t和φ(ωq)＝aqu
(q)
t应用于协方差，得到：
[0133]
e[φ(ω
p
)φ(ωq)]＝e[a
paq
]u
(p)u(q)
t2[0134]
由于满足弥散条件的波形能够使得e[a
paq
]＝0，因此e[φ(ω
p
)φ(ωq)]等于0的波形可以判定为弥散波形，所以计算待评估波形的e[φ(ω
p
)φ(ωq)]值可以判定接近与弥散波形的程度，即可以用待评估波形的e[φ(ω
p
)φ(ωq)]值评估该波形的弥散程度，可以用b(ω
p
，ωq)表示e[φ(ω
p
[φ(ωq)]的值：
[0135][0136]
因此可以用一个波形的b(ω
p
，ωq)值与0之间的差异性，表征该波形的弥散程度，如果一个波形的b(ω
p
，ωq)越接近0，则该波形的弥散程度越大，反之，如果一个波形的b(ω
p
，ωq)越偏离0，则该波形的弥散程度越小。
[0137]
应用于协方差，得到：
[0138]
[0139]
当p≠q时，等价于e[φ(ω
p
)φ
*
(ωq)]＝0；当p＝q时，等价于e[φ(ω
p
)φ
*
(ωq)]＝f(ω
p
)[u
(p)
t]2。因此，定义以下无量纲公式c(ω
p
,ωq)，对于一个弥散波形会有：
[0140][0141]
当一个波形的任意两个频率对应的c(ω
p
,ωq)越接近于0，表明该波形的弥散程度越大；反之，当一个波形的任意两个频率对应的c(ω
p
,ωq)越不接近于0，表明该波形的弥散程度越小。
[0142]
通过步骤s501、s502、s503可以计算出一个需要评估弥散程度的原始波形的第一指标值a(ω
p
)、第二指标值b(ω
p
,ωq)、第三指标值c(ω
p
,ωq)。遍历所有可能的频率，计算各个频率对应的上述三个指标值进行综合分析能准确定量评估波形的弥散程度。而后续的s504至s5015正是对各个频率的上述三个指标值进行的综合分析。
[0143]
s504，确定由所有的所述第一指标值构成的第一指标均值mean[a]。
[0144]
mean[a]就是由原始波形分割出的各个波形上的多个频率对应的a(ω
p
)求平均值，比如有三个频率对应的三个a(ω
p
)，求这三个a(ω
p
)的均值就是mean[a]。
[0145]
s505，确定各个所述第一指标值与设定的标准值之间差值的绝对值，记为差值绝对值am。
[0146][0147]
比如需要评估弥散程度的波形频率m对应的第一指标值为其所对应的标准值为标准值就是一个作为标准的弥散波形所对应的第一指标值。
[0148]
s506，确定由各个所述第一指标值的相邻指标值与设定的标准值之间差值的绝对值构成的相邻指标均值相邻指标值所对应的频率相邻。
[0149]am
表示频率为m对应的第一指标值与设定的标准值之间差值的绝对值；频率j-s,j-s+1,...j+s是频率m的相邻频率，a
j-s
,a
j-s+1
,...,a
j+s
是am各相邻指标值与设定的标准值之间差值的绝对值。
[0150]
s507，将各个所述第一指标值所对应的所述相邻指标的与设定的标准值之间差值的绝对值的均值除以所有第一指标与设定的标准值之间差值的绝对值的均值mean[a]，得到各个权重wj。
[0151][0152]
s508，依据各个权重wj、各个所述第一指标值所对应的差值绝对值、各个所述第一指标值所对应的差值绝对值以及各个所述第一指标值构成的指标总数量m，得到第一均方根函数pa。
[0153][0154]
s509，确定由所有的所述第二指标值构成的第二指标均值mean[b]。
[0155]
公式(6)中的b(ω
p
,ωq)只是一个频率对(ω
p
,ωq)对应的第二指标值，将所有的频率对所对应的第二指标值按照行列进行排列，就形成了矩阵b，求矩阵b各个元素的均值，就是求各个频率对所对应的各个第二指标值构成的均值mean[b]。
[0156]
s5010，确定由各个所述第二指标值的相邻指标值构成的相邻指标均值相邻指标值所对应的频率相邻。
[0157]
s5011，将各个所述第二指标值所对应的所述相邻指标均值除以所述第二指标均值，得到各个所述第二指标值的各个权重w
jk
。
[0158][0159]
s5012，确定各个所述第二指标值与设定的标准值之间差值的绝对值记为差值绝对值。
[0160]
s5013，依据各个所述第二指标值所对应的各个所述差值绝对值与各个所述第二指标值的各个权重以及各个所述第二指标值构成的指标总数量m平方值，得到第二均方根函数pb。
[0161][0162]
矩阵b中第j行第k列的元素，即为待评估弥散程度的波形的真实第二指标值，为与对应的作为标准的第二指标值。
[0163]
s5014，确定由各个所述第三指标值构成的第三均方根函数pc。
[0164]
只要将pb表达式中的第二指标值换成第三指标值即可得到第三均方根函数pc。
[0165]
s5015，依据所述第一均方根函数pa、所述第二均方根函数pb、所述第三均方根函数pc，评估所述原始波形的弥散程度。
[0166]
当pa、pb、pc同时小于0.05时，判定被评估的波形完全弥散；当pa、pb、pc同时小于0.2时，判定被评估的波形比较弥散。针对不同的问题，这些弥散程度的阈值是可以调整的。
[0167]
下面以地震仪器记录地震数据中的一段需要评估弥散程度的地震波形为例(如图2所示，波形长度为30s，采样率为500hz，图2为归一化之后的波形)，说明本发明评估波形弥散程度的详细过程：
[0168]
步骤一，将该段波形分割成30段无重叠的1s长的子波形。
[0169]
步骤二，用于如下的公式，对每段子波形运用多窗谱分析求它们的频谱。对任意一段子波形，其波形数据记录的长度n＝500，所使用正交窗的数量k＝1。
[0170][0171][0172]
步骤三，将所得到的所有子波形的频谱带入公式(8)、(9)和(10)计算条件a，b和c。
[0173]
步骤四，将a带入公式(11)，将b和c分别带入公式(12)，计算条件它们对应的指标pa,pb和pc。其中，多尺度均方根函数的尺度s＝13。
[0174]
步骤五，得到如图3(图3的横坐标为频率，纵坐标为各个频率对应的第一指标值a，图3中的pa等于0.053)所示的第一指标值a所对应的图像，如图4(图4中的pb等于0.047)所示的第二指标值b所对应的图像，如图5(图5中的pc等于0.047)所示的第三指标值c所对应的图像。
[0175]
综上，本发明首先将待评估的原始波形划分成各个分割波形，并计算各个分割波形的频谱信息。然后根据每个频谱上的各个频率所对应的振幅，构建各个频率的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值，以及根据每个频谱上的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积；同时根据每个频谱上的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积；最后依据第一振幅期望值、第一振幅绝对值平方期望值、第二振幅期望值、第二期望值乘积、第三振幅期望值、第三期望值乘积，评估原始波形的弥散程度。从上述分析可知，本发明只需要获知各个频率的振幅即可以计算出评估波形弥散程度所需要的期望值信息，而不需要采集额外的数据，从而提高了评估波形弥散程度的效率。另外，本发明是根据振幅而定量计算出评估波形弥散程度所需要的数据，从而实现了对波形弥散程度的定量评估，进而提高了波形弥散程度的评估准确性。
[0176]
本发明无需计算地球模型的本征函数，并且所涉及到的最复杂的计算就是求取信号的频谱。最终的技术效果是能呈现出描述地震波形是否弥散的a，b和c三个条件的图像，以及这个三个条件所对应的标记着弥散程度的指标，因此本发明是一种高效的、定量的方法。
[0177]
示例性装置
[0178]
本实施例还提供一种波形弥散程度的评估装置，所述装置包括如下组成部分：
[0179]
频谱分析模块，用于确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同；
[0180]
第一期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；
[0181]
第二期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定；
[0182]
第三期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定；
[0183]
弥散评估模块，用于依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。
[0184]
基于上述实施例，本发明还提供了一种终端设备，其原理框图可以如图6所示。该终端设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏、温度传感器。其中，该终端设备的处理器用于提供计算和控制能力。该终端设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种波形弥散程度的评估方法。该终端设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该终端设备的温度传感器是预先在终端设备内部设置，用于检测内部设备的运行温度。
[0185]
本领域技术人员可以理解，图6中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的终端设备以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0186]
在一个实施例中，提供了一种终端设备，终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器中并可在处理器上运行的波形弥散程度的评估程序，处理器执行波形弥散程度的评估程序时，实现如下操作指令：
[0187]
确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同；
[0188]
依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；
[0189]
依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定；
[0190]
依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定；
[0191]
依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。
[0192]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0193]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种波形弥散程度的评估方法，其特征在于，包括：确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同；依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定；依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定；依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。2.如权利要求1所述的波形弥散程度的评估方法，其特征在于，所述确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同，包括：对所述原始波形进行等时间间隔分割，得到各个分割波形中的各个等间隔分割波形；对各个所述等间隔分割波形分别应用傅里叶变换，得到各个所述等间隔分割波形的各个所述频谱信息中的各个频谱图，各个所述频谱图的频率信息中的频率取样和频率长度均相同。3.如权利要求1所述的波形弥散程度的评估方法，其特征在于，所述依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度，包括：将所述第一振幅期望值的绝对值平方除以所述第一振幅绝对值平方期望值，得到第一指标值；将所述第二振幅期望值的绝对值平方除以所述第二期望值乘积，得到第二指标值；将所述第三振幅期望值的绝对值平方除以所述第三期望值乘积，得到第三指标值；依据所述第一指标值、所述第二指标值、所述第三指标值，评估所述原始波形的弥散程度。4.如权利要求3所述的波形弥散程度的评估方法，其特征在于，所述依据所述第一指标值、所述第二指标值、所述第三指标值，评估所述原始波形的弥散程度，包括：确定由各个所述第一指标值构成的第一均方根函数；确定由各个所述第二指标值构成的第二均方根函数；确定由各个所述第三指标值构成的第三均方根函数；依据所述第一均方根函数、所述第二均方根函数、所述第三均方根函数，评估所述原始
波形的弥散程度。5.如权利要求4所述的波形弥散程度的评估方法，其特征在于，所述确定由各个所述第一指标值构成的第一均方根函数，包括：确定由所有的所述第一指标值构成的第一指标均值；确定各个所述第一指标值与设定的标准值之间差值的绝对值，记为差值绝对值；确定由各个所述第一指标值的相邻指标值与设定的标准值之间差值的绝对值构成的相邻指标均值，相邻指标值所对应的频率相邻；将各个所述第一指标值所对应的所述相邻指标的与设定的标准值之间差值的绝对值的均值除以所有第一指标与设定的标准值之间差值的绝对值的均值，得到各个权重；依据各个权重、各个所述第一指标值所对应的差值绝对值以及各个所述第一指标值构成的指标总数量，得到第一均方根函数。6.如权利要求4所述的波形弥散程度的评估方法，其特征在于，所述确定由各个所述第二指标值构成的第二均方根函数，包括：确定由所有的所述第二指标值构成的第二指标均值；确定由各个所述第二指标值的相邻指标值构成的相邻指标均值，相邻指标值所对应的频率相邻；将各个所述第二指标值所对应的所述相邻指标均值除以所述第二指标均值，得到各个所述第二指标值的各个权重；确定各个所述第二指标值与设定的标准值之间差值的绝对值，记为差值绝对值；依据各个所述第二指标值所对应的各个所述差值绝对值与各个所述第二指标值的各个权重以及各个所述第二指标值构成的指标总数量平方值，得到第二均方根函数。7.如权利要求1-6任一项所述的波形弥散程度的评估方法，其特征在于，所述第二振幅期望值为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅与另一个频率所对应的振幅乘积构成的期望值；所述第二期望值乘积为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值平方期望值与另一个频率所对应的振幅绝对值平方期望值构成的乘积；所述第三振幅期望值为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅与另一个频率所对应的复共轭振幅乘积构成的期望值；所述第三期望值乘积为所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值平方期望值与另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值平方期望值构成的乘积。8.一种波形弥散程度的评估装置，其特征在于，所述装置包括如下组成部分：频谱分析模块，用于确定原始波形的各个分割波形所对应的各个频谱信息，各个所述频谱信息所涵盖的频率信息相同；第一期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率所对应的振幅，构建各个频率所对应的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值；第二期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅对，构建各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积，所述频率对包括两个频率，所述第二振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的振幅确定，所述第二期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的振幅绝对值确定；第三期望值计算模块，用于依据每个所述频谱信息的各个频率对所对应的振幅和振幅
的复共轭振幅，构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积，所述第三振幅期望值由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅和另一个频率所对应的复共轭振幅确定，所述第三期望值乘积由所述频率对的其中一个频率所对应的振幅绝对值和另一个频率所对应的复共轭振幅绝对值确定；弥散评估模块，用于依据所述第一振幅期望值、所述第一振幅绝对值平方期望值、所述第二振幅期望值、所述第二期望值乘积、所述第三振幅期望值、所述第三期望值乘积，评估所述原始波形的弥散程度。9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的波形弥散程度的评估程序，所述处理器执行所述波形弥散程度的评估程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的波形弥散程度的评估方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有波形弥散程度的评估程序，所述波形弥散程度的评估程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的波形弥散程度的评估方法的步骤。

技术总结
本发明涉及地震波勘探技术领域，具体是涉及一种波形弥散程度的评估方法及相关装置。本发明根据每个分割波形的频谱信息上的振幅，构建各个频率的第一振幅期望值和第一振幅绝对值平方期望值，以及各个频率对所对应的第二振幅期望值和第二期望值乘积；构建各个频率对所对应的第三振幅期望值和第三期望值乘积；最后根据上述各个期望值评估原始波形的弥散程度。本发明只需要获知各个频率的振幅即可以计算出评估波形弥散程度所需要的期望值信息，而不需要采集额外的数据，从而提高评估波形弥散程度效率。另外，本发明是根据振幅而定量计算出评估波形弥散程度所需要的数据，从而实现了对波形弥散程度的定量评估，进而提高了波形弥散程度的评估准确性。程度的评估准确性。程度的评估准确性。


技术研发人员：杨博 孟浩然 古宁
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/10/8