沿层中值滤波在消除深拖浅地层剖面电干扰中的应用.docx

1、第1卷第4期M径格麻物IT专兼Vol.11,No.42014年7月CHINESEJOURNALOFENGINEERINGGEOPHYSICSJuly,2014文章编号：16727940(2014)04044105doi：10.3969/j.issn.1672-7940.2014.04.003沿层中值滤波在消除深拖浅地层剖面电干扰中的应用蒋锦朋】，罗进华2,杨修伟】，朱培民I(1.中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北武汉430074；2.中海油田服务股份有限公司.天津300451)摘要：声学定位系统的充电会在深拖搭载的浅地层剖面上造成竖条形噪声，严重影响海底地层资料的处理与解释.本文分析了上

2、述电噪声信号特征，采用r中值滤波方法，对其进行r处理。文中设计了水平和沿层位两种不同窗口进行滤波，并改变窗u长度进行了滤波效果比较。实验结果表明，沿层位窗口可以更好地消除噪声并实现信号保真。关键词：通讯噪声；中值滤波；水平窗口I沿层位窗口；深拖浅地层剖面中图分类号：P631.4文献标识码：A收稿日期：2014013TheApplicationofLayerbasedMedianFilteringMethodtoEliminateElectricalNoiseinDeepTowShallowStratigraphicProfileJiangJinpeng1,LuoJinhua2,YangXiuw

3、ei1,ZhuPeimin1(1.InstituteofGeophysicsandGeomatics.ChinaUniversityofGeosciences,WuhanHubei430074.Chinaj2.ChinaNationalOhfshoreOilCorporation,Tianjin300451,China)Abstract:ThechargingoftheacousticpositionsystemcancauseverticalbarshapednoiseinshallowstratigraphicprofileofDeepTowdetection,seriouslyaffec

4、tingtheseabedstratadataprocessingandinterpretation.Thispaperanalyzedthenoise'scharacteristicsanddealtwiththedatabymedianfiltering.Thehorizontalandlayerbasedfilteringwindowtofilterthenoiseisdesigned,andthewindowlengthtocomparethefiltereffectisadjusted.Experimentalresultsshowthatlayerbasedfilterwi

5、ndowcaneliminatenoiseandprotecttheusefulsignalbetter.Keywords：communicationnoisejmedianfiltering；horizontalwindow；layerbasedwindow；deeptowshallowstratigraphicsection基金项目：中海油阪科研项目（编号：WTB13YFO19）资助.作者简介：蒋锦朋（1989）.男.湖北黄冈人.硕士研究生，主要从事地球物理反演学习与研究.E-mail：jiangjp2812罗进华（1983一），男，工程帅，主要从事海岸工程勘察方面的工作。E-mail：i

6、uojinhua0011引言深拖（DeepTow）调佐是将一种或几种海洋调住仪器进行组合安装在一个深水拖体上.通过将拖体沉放到预定深度来减少水体对调查精度等影响的一种调查手段。深拖搭载的浅剖调佐采集数据以M分辨率高、密度大及几乎不受海面环境噪皆影响等原因.在深水丁.程物探调佐中正受到越来越多的关注。然而.在大鼠的实践过程中.发现采集的浅剖数据普遍存在脉冲状的声学干扰（图】）,严童时其至会影响资料的判读与解释.经过试羚表明.该噪音是深拖拖体上措载的超短基线（USBL）定位信标充电所造成。对于这种电干扰噪声利用常规方法.如带通滤波、FK域信号增强、相干加强、小波去噪等.往往不能很好地滤除噪声。19

7、71年,Turky提出了中值渡波的方法，其敞初是针对解决离散数据平滑问题而提出的后来被引入到一些质要的数字信号处理领域并得到发展。Bednar（1983）和Duncan（1995）等将这种方法应用于地震勘探数据处理中.取得厂艮好效果m.但中值滤波主要是针对叠后资料处理，.用于别除野值和剖面相干加强等日的.随着发展.中值滤波技术也用于地震资料榨前处理中.但必须是经过动校正之后的数据'气王成礼（1989）用该方法沿视速度做中值旋波,并取得良好效果.道号50010001S002000250030003500伯匕部依困1没剖记彖原始信号Eig.1Rawsignalofshallowstrati

8、graphicprofile本文针对实际浅剖数据中出现的特殊噪声.采用中值滤波进行去噪处理.文中选取r水平窗口和沿层位亩口两种不同的底口进行中值滤波,通过比较得出沿层位窗口能够更好地保真信号。2浅剖资料噪声特征2013年5月，使用EdgeTech公司DTT深拖系统措载EdgeTech全频谱CHIRP浅地层剖面仪等在中国南海某深水区块进行了浅层高分辨物探调查。发射脉冲频率4.5kHz°图1为浅剖记录原始信号图一共有3659道.每道6956个采样点,采样率为16Ms.从图中看出海底反射层比较清晰。削面中出现很强的百达波。采集的信号中含有直流分址，因此剖面信号没有负值出现.由于机械干扰.剖

9、面上出现竖条形无规律分布的噪声.这些噪声能ht相对较大.对削面整体而貌有较大影响。从空间上来看，这种机械F扰在浅剖信号采集过程中出现的时间是随机的因此在浅剖图中无规律分布，而且能址比有效信号强。3方法原理3.1中值波波基本原理中值波波（MedianFilter）是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的作线性信号处理技术。这种滤波器优点是运算简单而且速度较快.在滤除噪声（特别是脉冲噪声）的同时能很好地保护信号的细节信息.对于一个点序列来说如，刀，z.将其排序为羽ViqWzq<<.（il,2M表示排序后下标）。当为奇数时，则该序列中位值为排序后序列中间值.即.r“宁,，当为偶数时,则该

10、序列中位值取为排序后序列中间两个值的平均值即咛+以扣门。具体如式（1）所示.式中Med表示对序列求中位膈y=Medx.X|,x,砂（为奇数）=1.y（"为偶数）（1）在中值滤波实现的过程中.需要选取一个空间窗口.窗口的长度一般取奇数.将窗口在数据上滑动，中值滤波输出就是窗口正中所对的点处的值用窗口内点的中位值代替。y,=Medj-,=Medjt,（2）（2）式中，窗口长度廉+1。惭【I分别选取左右各，个点，再加上了,一共24+1个点，则对幻点进行中值滤波输出为3.2水平窗口中值滤波算法声波记录可表示为%3=1j=l,2,，N）,其中勇和j分别代表道号与时间采样点号；M表示总道数；N表

11、示每道总采样点数。水平窗口中的点都在每道的同一采样时刻（图2（a）。窗口长度一般选取奇数道。文章中分别选取了3个、5个、7个采样点。将窗口在剖面匕滑动进行滤波。一般先选取滤波道，在该道上沿时间方向滑动，一道完成后换到下一道继续沿时间方向滑动，宜到覆盖整个剖面。图中“”表示窗口的中心位置。具体滤波步骤如下：1）以第i道为中心，在该道左右再分别对称选取，道，一共2&+1道，取各道第/个采样点值。一共於+1个采样点。2）对选取的24+1个采样点按信号幅值进行排序。3）将排序后中间点值作为第i道第j个样点的滤波输出。33沿层窗口中值滤波算法常规的水平窗口滤波能够对剖面噪声具有很好的滤波作用，但

12、对地震信号去噪能力过强而导致有用的信息被破坏，尤其在层位起伏比较大的地方，破坏更加严重。为了保护浅剖中的有效层位，在局部地方采用沿层位窗口进行滤波，可以减小有效信号失真。沿层窗门的形状是依据层位变化的（图2（b）。窗口K度一般选取奇数道。滤波前，先确定剖面上需要沿层位滤波的区域，让窗口滑动整个区域，完成局部沿层位滤波。滤波步骤如下：1）通过解释软件获取层位坐标数据。2）根据剖面特点，选取要滤波的范围。3）以第，道第，个采样点为中心（位于滤波区域之内），在该道左右再对称选取k道，一共2k+1道，沿层位取各道的相应采样点。一共桀+1个采样点。4）对选取的24+1个采样点按幅值进行排序。5）将排序后

13、中间点值作为第i道第/个采样点的滤波输出。4滤波结果分析图3是对图1采用水平窗口的中值滤波结果。图3（a）.（b）和（c）分别对应窗口长度3点、5点、7点的滤波结果。从图3（a）可见3点水平窗口滤波对地震记录有效信号保持较好，细节信息齐全.随机噪声消除效果还不错,但图上还有些机械噪声没有滤除（图3（a）中箭头所指处）。图3（b）经过5点水平窗口滤波，几乎完全消除了随机干扰，剖面的一些弱信号层位开始显现出来（图3道方向一时间方向时间方向道方向(a)水平滤波窗口<b)沿层位窗口图2中值滤波示意Fig.2Schematicdiagramofmedianfilter(a)Horizontalfi

14、lteringwindow；(b)Layerbasedfilteringwindow道号.500100015002000250030003500信弓*你500023(a)水平13点滤波道号500100015002000250030003500信耳幅也150300!:M：300.JIJoJLJo(b)水平1»门5点滤波<c)水平卸7点滤波S3水平窗口混波效果对比Fig.3Resultcomparisonofdifferenthorizontalfilteringwindow(a)Resultof3pointshorizontalwindow；(b)Resultof5pointsh

15、orizontalwindow；(c)Resultof7pointshorizontalwindow1O<I5<2O<oO2O道号5001000150020002500300035001601005001000!5002000250030003500信号事值150(a)原始剖面(b)水平S点和沿层位5.点结合波波E94沿层位窗口5点滤波和水平窗口5点混合渗波Fig.4Hybridfilteringofhorizontalandlayerbasedwindow(a)Rawprofile；(b)Hybridfilteringof5pointshorizontaland5point

16、slayerbasedwindow(b)中箭头所指处).图3(c)经过7点水平亩口楚的显示.但相对5点来说增加了计算虬对比滤波.随机噪声被消除得很好.弱能址层位也更清来右本试验中5点滤波效染相对来说较好.能够道号道号(a)图4(b)和图3(b)差剖面(b)图5(a)中方框部分放大困5水平5成与沿层位5点滤波差割面Fig.5Differencebetween5pointshorizontalwindowandlayerbasedwindowprocessing(a)DifferencebetweenFig.4(b)andFig.3(b)；(d)EnlargementoftheboxinFig.5

17、(a)有效去掉机械噪由而且计算时间较少.图4(b)为水平窗口5点和沿层位饼口5点混合滤波的效果图。其中图4(a)上所标出的黑线为沿剖面层位趋势确定的滤波边界。其内采用沿层位窗口法滤波.其外采用水平窗口滤波。区域的选取需要依据剖面的情况而定。图5(a)为混合5点滤波(图4(b)与水平窗口5点(图3(b)滤波的差值图像。图5(b)为(c)中矩形框区域的放大图。比较得知，地层斜率越大相差的能最值越大。这说明了水平窗口滤波会在地层倾斜处造成能仙的损失.而旦地层倾斜越大能量损失越大。由此可见，选用混合窗口浪波的方法能较好获得保真度高的信号。5结语通过对深拖浅剖电干扰剖面的处理，表明了沿层中值渡波去除竖条

18、形电干扰波声的有效性,沿层中ffi滤波能够减小瞥通中值滤波在层位倾斜处产生的畸变从而更好地保真信号。同时还分析r不同窗口长度对滤波效果的影响。滤波窗口短，噪声滤不干净.窗口太K，需要计算的时间较长。因此窗口K度需要根据情况折衷处理。参考文献：1 李河林,张忠民.弈宗琪.中值滤波技术在图像处理中的应用J.信息技术.2004.28(7):2627.2 BednarJB.Applicationsofmedianfilteringtodeconvolution.pulseestimation,andstatisticaleditingofseismicdataJ.Geophysics*1983.48(12)：15981610.3 DuncanGBeresford(；.Someanalysesof21)medianfkfiltersJ.Geophysics