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FOCUS地震资料处理系统高级用户参考手册1 FOCUS系统概述1.1 FOCUS系统简介FOCUS是美国CogniSeis公司(现为以色列Paradigm公司收购)的一个地震资料处理软件，它将二维和三维、陆地和海洋、叠前和叠后、交互和批处理结合形成了一个统一的处理系统。该系统基于窗口，是全球第一套交互地震资料处理系统。 FOCUS系统的一个明显特征是交互性好，灵活方便，由用户而不是软件来决定处理的方式。应用软件既可以以交互方式运行，也可以以批处理方式运行，这样既充分发挥了批处理方式强大的生产能力，又发挥了交互数据分析和质量控制的灵活性。整个FOCUS系统都应用了图形工具，提供了地震道显示、地球物理数据分析、图形化参数选择等综合能力。目前Focus/Disco系统的最新版本是Focus4.2/Disco12.0，总计包含近400个模块，其中增加了一些包含新理论、新方法、新算法的新模块，如地表一致性处理、基于神经网络的初至拾取和折射静校正、三维保真DMO处理、基于波动方程反演的多次波压制、叠前深度偏移技术等。1.2 FOCUS系统的特点从系统实现中使用的计算机技术方面来看，Focus系统具有以下几个特点：标准化：系统运行于X-Windows环境下，使用工业标准的图形用户界面和开发工具，如OSF/Motif、OpenGL、OpenInventor，使得系统使用方便、灵活，用户界面友好。真交互：系统提供了“真交互”环境，包括交互作业流程生成和交互参数分析。交互参数分析生成的结果可直接输入到作业流程中的Focus模块参数编辑器中或其数据库中。Focus是一个模块化的系统，用户可以交互地、自由地用不同模块或分流程合并成复杂作业流程，作为交互作业或批作业提交。交互生成作业时可以在运行作业前检查作业流程的正确性。交互处理和实时质量监控：交互处理和实时质量监控贯穿于整个处理过程的始末。用户在参数试验阶段可以实时地对流程、方法和参数同时进行测试，无须作业全部完成即可作结果对比、重叠显示，从而大大提高了处理速度和处理质量，也节约了消耗材料。分布式处理、网络功能：批处理和交互处理的一体化设计，为用户提供了分布式处理环境，Focus系统支持异构网络结构和多厂家的机器(如Sun、SGI、IBM、Cray等)，支持远程磁带机、绘图仪等设备的调用。并行处理：Focus系统实行三级并行：系统级并行、应用级并行和循环级并行，系统采用CSD公司发展的高效消息传递软件提高了并行处理效率。Focus系统用Parallel Exec软件实现并行过程自动化，将作业划分成并行和串行两部分；系统发生故障时具有作业自动保护措施；网络并行时若网络节点速度不同，系统自动实行加权处理平衡负载；系统支持不同的并行环境，包括共享内存(SMP)系统、MPP系统、网络群(NPP)系统。采用了循环级并行的模块主要有：三维DMO、三维叠后PSPC深度偏移、三维叠前Kirchhoff深度偏移。作业排队：使用UNIX标准NQS系统进行作业管理和排队，通过道头技术和CPU对批作业及交互作业进行监控。完整的文档：Focus系统对所有应用程序提供详尽的参考手册，并以Internet标准HTML文件格式提供联机文档，大大方便了用户。多用户环境：Focus系统提供多用户、多任务环境，而且支持磁带库管理环境。易编程：CSD向用户提供所有的编程工具和应用程序源代码，以及超过700个子程序的程序库，形成了灵活的编程环境，方便了用户扩充功能，这也使得Focus系统具有丰富的第三方软件。支持广泛的硬件平台：系统支持多种计算机平台和网络结构，包括工作站、向量机、并行机(SMP、MPP、NPP)。与第三方软件的集成：通过CSD发展的ULA与第三方软件(如Landmark的SeisWorks、GeoQuest的IESX和Charisma，以及CSD的SeisX和VoxelGeo)实现了双向互联，从而形成了地震处理、解释、测井、地质分析等手段的综合应用环境。先进的数据流结构：先进的数据流管理，为真正生产性处理提供了保障。1.3 FOCUS系统的运行环境FOCUS系统安装在一个树状结构的目录中，其根目录由环境变量$CSD_ROOT表示，在安装了FOCUS软件系统的计算机系统上输入csdver或csdxver命令，即启动一个工具，设定环境变量$CSD_ROOT，并让用户在其中选择所需运行的CSD产品及其具体版本。名为configenv的文件中包含了运行FOCUS所需工作目录的环境变量，运行csdprintenv命令可以显示这些环境变量的设置值。主要的环境变量有： CSD_ROOT FOCUS软件根目录 CSD_SDBDSK 地震数据库目录 CSD_TMPDIR 应用软件工作临时文件目录 CSD_WRT 系统用工作目录1.4 FOCUS系统的基本用户界面FOCUS系统的基本用户界面是包含菜单条和按钮的窗口系统，菜单条和按钮用来选择操作内容或任务。这些窗口系统一般含有下拉或弹出式菜单、按钮、对话框、绘图区等元素。在FOCUS中，主要操作工具是鼠标，三个按键的主要功能如下： 左键：打开下拉菜单和窗口，激活按钮，选择点，激活处理等， 中键：取消选择，取消前面的拾取，滚动页面等， 右键：打开弹出菜单，在弹出菜单中选择项目，显示帮助信息等。在FOCUS的主要窗口中，含有以下几个通用的菜单项： Display（显示） Analysis（分析） Help（帮助）1.5 FOCUS系统的主要窗口FOCUS系统Session由主窗口开始，在主窗口中我们可以访问地震数据，浏览地震数据，进入处理，访问数据库信息，管理工区资料等。其它的四个主要窗口为：(1)数据显示窗口(View Data window)：访问地震数据文件并交互显示，可进行多数据显示和对比、数据分析，生成电影图象。(2)交互处理窗口(Interactive window)：交互定义处理流程，访问地震道数据，选择处理模块，定义处理参数，依次浏览处理结果。这种方式可以有效地进行不同处理流程、模块、参数的对比试验，分析地震数据并优化处理流程和参数。这种方式下处理一步一步进行。(3)批处理窗口(Production window)：用定义好的处理流程进行批处理。(4)对比窗口(Comparison window)：用来对比不同参数测试的出来结果，选择最佳结果后其它数据清楚，并将产生最佳结果的处理流程保存起来，以被后用。1.6 FOCUS系统的应用程序在FOCUS中，应用程序有几种类型：(1)应用模块：可以串接在处理流程中应用，常规的模块皆属于这一类；(2)实用程序：具有特定功能的独立实用程序，如地震数据库实用程序、速度实用程序、地震作业信息显示实用程序等；(3)独立程序：(4)SHELL脚本：1.7 FOCUS系统的数据管理在FOCUS中，除地震道数据外的其它信息保存在地震数据库（SDB）中，而地震道数据单独以磁盘文件的形式存放。地震数据库允许不同应用程序和实用程序来共享地震道属性和其它信息，一个项目对应一个地震数据库，存放在由CSD_SDBDSK定义的工作目录中。在地震数据库中，信息按地震测线名组织，不同的信息按数据库项（Entry）的类型按层次组织，主要的数据库项包括：空间属性信息、静校正、速度、深度模型、滤波器、磁带头信息、测井信息、地震数据文件参数、作业流程等。这些数据库项及其内容可以用数据库实用程序和地球物理模块、实用程序来生成、浏览和修改。采用单一的数据库的好处是：允许不同应用程序和实用程序共享信息，允许用户访问地震数据的信息而无需读取全部地震数据集。SEISDATA目录项目子目录包含一系列测线用户文件速度文件、滤波器、磁带信息、交互编辑LINECLASSKEY二进制文件测线空间属性LINECLASSKEY作业文件作业流程文件属 性模 型StationShotCDP地震数据库示意图在FOCUS中提供了地震数据库管理实用程序sdbutl。在FOCUS环境的窗口中，输入 sdbutl 项目名即进入地震数据库管理程序，该程序具有以下主要功能：l 列出数据库中各项的信息l 删除数据库中的项l 拷贝项到不同的工区或同一工区不同的区域l 创建模型l 检查项目头l 修改项目头1.8 FOCUS系统的联机文档在FOCUS中，有两种类型的联机帮助文档：一种是快速帮助面板，另一种是联机超文本文档。快速帮助面板在FOCUS环境下，当鼠标指向一些按钮等感兴趣的部件时，窗口底部的面板区将显示简单的帮助信息，以帮助用户处理地震数据。联机超联接文档FOCUS系统中有全面而丰富的联机文档，文件采用了广泛应用于Internet的超文本（HTML）格式，用Netscape浏览器作为文档浏览工具。启动该联机文档的方式有几种：(1)在FOCUS主窗口中选择绿色Help按钮，(2)在任意窗口中选择Help下拉菜单，(3)在模块参数中用鼠标右键激活。FOCUS中包含的主要联机文档有以下几种：(1)Focus参考手册（模块说明和详细参考）(2)Focus用户指南(3)Focus系统管理员和操作员手册(4)Focus并行处理手册(5)Focus产品发布说明1.9 FOCUS系统的作业提交2 FOCUS系统并行作业提交引 言 并行处理可以大大提高处理效率，缩短处理周期，使以前由于计算能力不足无法实现的处理得以实现。 计算技术的发展，特别是计算机性能的提高及并行技术的发展为。由于地震数据的特点，很多处理天然地可以进行并行处理，地震资料处理非常适合并行处理。并行计算机系统的类型 在并行计算中，多个处理器(CPU)被用于完成单个任务。可以进行并行处理的计算机系统类型很多，主要包括：l 共享内存多处理器系统(SMP)l 分布式大规模并行处理系统(MPP)l 网络并行计算机系统(NPP)其中前者采用单一内存编程模型，后两者采用分布式内存编程模型。两种编程模型的差别在于： 1、共享内存模型 采用这种模型的多CPU计算机系统，不同的CPU共享统一的内存系统，运行在这种环境下的程序分解成一系列任务并行运行在不同的CPU上，但访问同一个数据结构。 2、分布内存模型 采用这种模型的多CPU计算机系统，不同的CPU拥有自己的内存，运行在这种环境下的程序分解成一系列子任务并行运行在不同的CPU上，但只能访问本子任务的数据，其间必须通过显式的消息传送进行数据通信。这是真正的分布式处理，程序可以运行在同一个系统上、MPP系统的不同部分或是网络上的不同系统上。 两种编程模型各有优缺点：分布式系统扩展能力强，但编程复杂；而共享式系统扩展能力弱，编程简单。目前许多新计算机系统（如SGI公司的ORIGIN2000超级计算服务器，采用NUMA系统结构）在物理上是分布式，但在逻辑上却是共享式的。也就是通过一系列软硬件的结合在物理上是分布式的系统中让运行在不同节点上的任务共享统一的数据。这样既保证了系统的高可扩展性，又便于系统的并行软件开发。NUMA系统结构代表了未来超级计算机系统的发展方向。并行作业的提交方式在CogniSeis公司FOCUS系统中，并行作业的运行有以下三种形式： 并行执行（Parallel Exec） 并行应用（Parallel applications） 并行循环（Parallel loops）其中只有少数的模块经过源代码修改以并行应用和并行循环的方式执行并行计算，大多数模块可以并行执行的方式运行。对于多道处理或多道集处理，特别是需要访问全部数据或大多数数据的模块，一般需要重新修改程序代码，以加入并行处理功能，生成并行版本的处理应用程序（并行应用）。在FOCUS系统中，只有部分模块被并行化，如：三维DMO叠加、偏移成像等模块。并行循环可以通过并行化编译或修改源代码实现，这种方法主要适用于通用的子程序（如反褶积、FFT、NMO等），以及某些应用程序中（如偏移）。这种方式只使用于共享内存系统，而不适用于分布式系统。并行执行和并行应用利用了公共消息传递库（PVM），使得作业监视器（monitor）和应用程序无须修改源程序就可运行在不同结构的计算机系统中。并行执行运行在系统级，应用信息包（Information Packet）子系统自动确定哪些处理可以并行化。在并行执行作业中，作业监视器复制处理序列，并将地震数据道或道集分配到不同的并行线路上，并在并行作业后合并。这种处理无须改变现有模块，但只适用于单道或单道集处理模块。在并行执行中，作业监视器可以检测每个模块的数据流特征信息，以自动进行数据分解作并行处理。并行执行的优点是：1. 并行作业中的所有代码都并行运行，而不仅是可由编译器并行化的循环；2. 无须修改处理模块的源代码；3. 适用于各种并行计算环境，如SMP、MPP、NPP系统。在FOCUS中提交并行执行的作业，只须在DISCO命令中加入并行开关即可。主要开关有两个：/parallel=n 向作业监视器告知请求进行并行处理，其中n为并行度，即所运行的并行作业段的拷贝份数。/network=文件 向作业监视器告知并行处理将运行在多台主机上，网络文件用来定义并行处理运行的主机。其中开关/parallel=n可以简写为/par=n。在FOCUS中，作业监视器必须了解作业流程中所调用模块的信息。每个模块的IPD定义其数据流模式和权系数，用来描述模块对数据的操作方式和处理数据所需的相对时间。数据流模式分以下几种：模块的数据流模式序号数 据 流模 式简 单 描 述是否适合并行处理1SINGLETRACE单道处理（如滤波、AGC）是2ENSEMBLE整道集处理（如相干加强）是3STACK整道集处理（如叠加）是4MULTITRACE多道集处理（如选排、静校正、非道集叠加）否5POSTSTACK整块叠加数据或大范围的叠加数据集处理（如叠后偏移）否6EDITONLY只能运行于编辑阶段（如空间属性和DEFINE模块等）否每个模块被赋予一个并行度值和一个0-10的权值，其中权值越大，处理时间相对越长；并行度分四种： 0=不能并行； 1=可并行运行：单道模式； 2=可并行运行：道集模式； 3=可并行运行：编辑阶段消息传递模式；在并行处理段中的模块要求其并行度都不等于零。常见的不能并行的模块有：输入输出、选排、三维非道集叠加等。作业监视器根据模块的IPD信息来确定如何分裂作业块以进行并行处理。一般在实际运行并行作业前，用户应以并行检查的模式运行作业（在disco作业命令中加/check或/check/list开关），系统将报告模块是否可以并行运行。系统的并行运行可以通过改变两个环境变量来调节：最大并行段数CSD_maxseg（一般设为3，网络并行设为1）和最小权系数CSD_ninwt。位于IF/HOLDIF之间的模块无法并行运行。网络并行作业的提交应用网络并行处理功能，可以将多主机作为单一的处理资源来使用。这种方式可以充分发挥现有硬件资源的作用，特别是这种方式可以充分利用网络上工作站的空闲时间，形成一个虚拟超级计算机。但对于商业软件来说，网络并行作业的提交需要在运行的网络节点上有软件许可。对于FOCUS，运行网络并行作业需要一个网络文件。该文件是一简单的ASCII文本文件，称为并行网络文件，放置在$CSD_config目录中或与$CSD_sitelogin文件同一个目录中。如果该文件不存在于这两个目录中，则网络并行作业将退出。并行网络文件基于关键词格式，主要关键词有：SHAREDIR 只有一个参量，给出各台主机都可以找到的目录名，该目录用来保存网络并行模式运行作业的所有参数文件、执行文件、所有监视器列表文件。ARCH 只有一个参量，给出主机唯一的系统结构名，下面接着列出该结构的主机名。该系统结构名叫什么无关紧要，只是必须唯一。并行执行将把每一个系统结构作为一种不同的操作系统，需要相应的执行程序以运行其并行作业部分。常用的名称有：sunos(SunOS on Sun SPARC)、solaris(Solaris on Sun SPARC)、irix(IRIX on SGI MIPS)。HOST 带有一个必需的参数和两个可选参数。必需参数为主机名，用于网络上的主机识别（用UNIX命令uname -n获得该名），另外两个可选参数为：该主机的CPU个数和主机的别名。网络文件示例：=#This is an example network fileSHAREDIR /net/disk1/parallelARCH sunos HOST sp2a HOST sp2b HOST sp10 1 sp10a-fddiARCH irix HOST o2-1 HOST octane-1 HOST octane-2 2 HOST o2k 12ARCH aix HOST ibmrs1 HOST ibmrs2 #End of network file =一个主网络文件定义了可以运行并行作业的所有主机，用户可以定义自己的网络文件以选择特定的主机参与网络并行处理。FOCUS中有一个叫Parnet（Parallel-Network）的执行程序parse网络文件，用来检查参与并行处理的主机。并行作业的提交策略 并行作业的提交需要讲究策略，需要根据系统总的计算资源、当前的负载，以及所要提交作业的计算量等特性，合理提交作业。作业提交合理会大大提高系统的运行效率，否则会影响系统的正常运行。并行作业的效率分析提交DISCO作业后，系统将生成一个.mlf文件(Monitor Listing File：监视器列表文件)。我们可以通过对此文件的分析来分析作业的运行情况，包括作业对系统资源的需求和运行效率情况。监视器列表文件一般由以下几部分组成：(1)作业流程：列出作业流程和参数，及其分析信息；(2)作业资源：列出每个模块所需的数据表所需内存空间、地震道数据所需内存空间、磁盘空间、AP内存、磁带机需求情况；(3)资源总结：列出总的资源（主要为内存和磁盘空间）需求情况； MEMORY ALLOCATION SUMMARY 271072 MODULE TABLES 13865872 MODULE TRACE STORAGE 0 AP TRACE BUNDLING STORAGE 83786 MONITOR TABLES RESOURCE SUMMARY 14220730 WORDS OF MEMORY 0 WORDS OF DISK 0 TAPE DRIVES 500 WORDS IN DATA TRACE 6 WORDS IN TRACE HEADER 0 WORDS OF AP MEMORY1 origin2k (CPU) JOB 109 ZWJ GJZ3DIN 24-JUN-1998 15:35:36.00 BEGIN PROCESS PHASE - 24-JUN-1998 15:35:49.00 MIGFX3D run parameters * Number of sublines: 1355 Number of crosslines: 1022 Distance between sublines: 15.0 Distance between crosslines: 15.0 First layer to migrate: 1 Last layer to migrate: 160 First thin layer to output: 0 Job sequence number on output file: 1 Starting depth: 0.00 Number of frequencies: 469(4)运行监控信息：显示运行过程监控信息及有关参数；(5)模块总结：列出每个模块输出的道数、CPU时间等，及并行段划分情况； MODULE SUMMARY MODULE TRACES BNDL TRACE User CPU System CPU Total CPU NAME OUTPUT SIZE LENGTH Time Time Time (SAMPLES) (secs) (secs) (secs) 1 JOB 2 FXUNLD 1384810 563 134.61 71.42 206.03 3 LOAD 563 30.99 279.32 310.31 4 HDRXY 1384810 563 14.38 98.08 112.46 5 END 563(6)运行时间：列出每个并行和串行段的运行CPU时间；(7)作业运行时间总结：列出作业的起始时间和结束时间，总的CPU运行时间（分用户时间和系统时间）。 JOB TIME SUMMARY JOB START TIME 24-JUN-1998 15:35:36.00 JOB END TIME 29-JUN-1998 01:35:06.00 EDIT PHASE START TIME 24-JUN-1998 15:35:36.00 END TIME 24-JUN-1998 15:35:49.00 CPU TIME 11.69 secs PROCESS PHASE START TIME 24-JUN-1998 15:35:49.00 END TIME 29-JUN-1998 01:35:06.00 TOTAL USER CPU TIME 237505.92 TOTAL SYSTEM CPU TIME 28170.00 CPU TIME 265675.94 secs结 束 语 充分利用并行计算技术是解决石油地球物理勘探中的大计算量问题，缩短地震资料处理周期的有效途径。（1998年10月16日）3 FOCUS系统绘图技术CogniSeis公司的软件产品Focus/Disco3.1 绘图方式3.2 边题标绘制 在FOCUS中，提供了边题标绘图功能，边题标用边题标交互设计实用程序Sidelabel(Side Label Design)来设计，用该实用程序交互绘制边题标，其中可加入测线位置图和处理历史。设计的边题标可以保存以被后用，也可作为一个边题标单元与地震剖面合并绘图。Sidelabel可以在FOCUS主菜单中的实用程序(Utility)菜单下找到，也可在FOCUS的模块菜单的实用程序菜单下找到。边题标文件是ASCII文件，其文件格式的基本特征为：文件第一行为边题标图形的宽和高，文件顺序存放一个个的图形单元。其中每个单元由三部分（三行）组成，第1行为单元代码，第2行为单元图形的有关属性参数，第3行为图形单元的具体内容（坐标或字符等）。表5-2-1列出了不同类型的单元代码。表5-2-1 不同类型的单元代码序号代码类 型 名类 型 描 述11折线包括直线段、折线段、矩形等22圆包括圆和椭圆33字符字符标志折线类单元的属性参数行有个参数，具体意义见表5-2-2，而其第三行（内容行）依次为折线各折点的(x,y)坐标。圆类单元的属性参数行有个参数，具体意义见表5-2-3，圆类单元没有第三行（内容行）。字符类单元的属性参数行有个参数，具体意义见表5-2-4。而其第三行（内容行）为字符串。注意：除特别申明外，所有参数都为整型数；坐标原点在左上角。文件中的坐标与实际坐标的转换关系为： 实际坐标（mm）=文件坐标*0.317表5-2-2 折线类单元属性参数行的参数意义序号参 数 名参 数