(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211027546.7 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 中国电波传播研究所 （中国电子科 技集团公司第二十二研究所） 地址 266107 山东省青岛市城阳区仙山 东 路36号 (72)发明人 董兴蒙　夏济根　翟宇文　茹聪　 路艳齐　 (74)专利代理 机构 青岛博雅知识产权代理事务 所(普通合伙) 37317 专利代理师 封代臣 (51)Int.Cl. G01V 1/40(2006.01) E21B 47/14(2012.01) G06K 9/00(2022.01)G06K 9/62(2022.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种实验室内阵列声 波慢度计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种实验室内阵列声波慢度 计算方法， 包括如下步骤： 步骤1， 将采集的单极 子阵列波形通过二维傅立叶变换， 获得时域地层 纵波信息： 步骤2， 利用条件模糊C均值聚类算法 确定每一列波形初至起跳的位置： 步骤3， 应用贝 叶斯信息准则确定初至的准确位置： 步骤4， 应用 主成分分析PCA方法对初至点进行异常检测， 并 通过范数将异常点拟合到真实初至点； 步骤5， 应 用慢度求解公 式计算高分辨率纵波慢度。 本发明 所公开的方法， 人为干涉少， 参数设置简单， 泛化 能力强， 同时适用于常规的数字声波仪器和阵列 声波仪器的纵波慢度提取； 使用条件模糊聚类和 BIC信息准则的无监督机器学习方法计算效率 高。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115407405 A 2022.11.29 CN 115407405 A 1.一种实验室内阵列声 波慢度计算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 将采集的单极子阵列波形通过二维傅立叶变 换， 将时间—空间域波形X0(z,t)转 换至频率—波 形域X(k,ω)进 行滤波， 而后通过二 维傅立叶逆变换， 获得时域地层纵波信息 X(z,t)： X(z,t)＝ ∫ ∫X(k,ω) ·Q(k,ω)ei(kz‑ωt)dkdω 上式中， t表示时间变量， z表示空间变量， k表示波数， i是虚数， ω表示角向量， Q(k,ω) 表示滤波因子； 步骤2， 利用条件 模糊C均值聚类算法确定每一列波形初至起跳的位置p0： 条件模糊C均值聚类算法的目标函数为： 上式中， vg为第g个聚类中心， xh(z,t)为第h个样本点， ugh为第g个聚类中心第h个样本点 的隶属度值， m是模糊系数， C为聚类 个数， N为样本个数； 然后通过迭代更新隶属度值ugh和聚类中心vg来求解目标函数： 上式中， fh表示模糊C均值聚类算法的条件值， 其定义 为： 上式中， σg表示聚类g的方差， σmax表示所有聚类中σg的最大值， M(h)、 E(h)和R(h)分别是 X(z,t)波形中一组序列d(h)的绝对平均值、 峰值功率谱密度和短期与长期平均比率： E(h)＝max(|D(h,ω)|2)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115407405 A 2上式中， 常数w表示h附近窗口长度的一半， D(h,ω)是d(h)的二维傅立叶变换的模， SW 和LW分别是短期和长期窗口 的长度； 通过目标函数得到能够表征波列 数据特征的隶属度值， 当隶属度值大于预先设定的阈 值时， 其值对应的样本点被划分为波形信号类， 并选择波形信号类的第一个分量为波列数 据的初至p0； 步骤3， 应用贝叶斯信息准则确定初至的准确位置p1： 贝叶斯信息准则BIC函数定义 为： BIC(p0)＝p0ln(var{X(1,p0)})+(N‑p0‑1)ln(var{X(p0+1,N)})‑p0ln(N) 上式中， X(1,p0)表示阵列波形X前p0个数据点组成的向量， X(p0+1,N)表示阵列波形X剩 余数据点组成的向量； 将BIC函数应用于p0附近的区间[p0‑e， p0+e]， e表示一个常数， B IC值最小的点即为初至 的准确位置p1； 步骤4， 应用主成分分析PCA方法对初至点进行异常检测， 并通过L1范数将异常点拟合 到真实初至点； 上式中， Z1对应的是原始数据方差最小的方向， Z2对应的是原始数据方差最大的方向， px和py分别表示初至点的横坐标和纵坐标， pxo和pyo分别表示Z1和Z2相交点的横坐标和纵坐 标， θ表示Z1方向与x方向的夹角； 当异 常数据投影在残差子 空间的投影值大于预设阈值时， 则判断为异常数据q； 剔除掉异常点后， 使用L1范数通过直线拟合获得异常点位置处的初至数据， 用于拟合 直线的L1范 数描述如下： 上式中， yl与xl之间为线性关系： y(x)＝a+bx 上式中， a和b表示变量x的系数； 步骤5， 应用慢度求 解公式计算高分辨 率纵波慢度： 通过初至点pg获得对应的首波达 到时间tg， 利用慢度公式计算高分辨 率纵波慢度： 上式中， s表示纵波慢度， R R表示接收器间距。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115407405 A 3