CN111064472A - 功图数据压缩、解压缩方法、装置与计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油气生产数据处理领域，特别是一种功图数据压缩、解压缩方法、装置与计算机可读存储介质。压缩方法将上/下冲程的至少部分功图数据，按照等位移间隔进行重采样，得到重采样点，记录每个重采样点的载荷数据，而不记录每个重采样点的位移数据，从而实现对功图数据的压缩。本发明的有益效果包括：对原本等时间间隔采样的数据进行了重采样，转换为等位移间隔的载荷数据，由于位移数据是可解算的，从而不需要表达位移数据，因此大大减少了压缩后的数据量。对功图数据进行压缩，会减小现场系统的数据传输压力，提高传输效率，更好的保障传输系统的稳定运行。

Description

功图数据压缩、解压缩方法、装置与计算机可读存储介质
技术领域
本发明属于油气生产数据处理领域，特别是一种功图数据压缩、解压缩方法、装置与计算机可读存储介质。
背景技术
抽油机井采油是目前油田开发中普遍应用的方式，深井泵工作状况的好坏、抽油机井的管理水平的好坏，关系到油田整体经济效益的高低。
示功图(本文也称为功图)可以由专用仪器测量，例如通过功图仪测量；功图仪是卡在抽油机悬绳器上随驴头上下运动、能感受抽油机光杆载荷及位置变化的仪器，可以测量一个冲次内光杆上载荷及位移对应变化过程，即驴头上行和下行过程中按照一定采样间隔得到的每一个位置对应的载荷及位移，从而形成功图数据(若画在坐标图上，横坐标表示按比例记录的光杆移动的距离；纵坐标表示按比例记录的光杆上的负荷)。
实测示功图，受到砂、蜡、水、气和惯性载荷、振动载荷、冲击载荷与摩擦阻力等因素的综合影响，甚至还受到漏失、断脱、碰泵、设备故障、仪器故障等因素的影响。因此，分析和解释示功图，是直接了解深井泵工作状况好坏、乃至抽油机井的管理水平的好坏的一个主要手段。
常规方法，载荷范围一般在200千牛以内，位移范围一般在5米以内，载荷及位移都保留两位小数，因此每一个载荷或位移都需要两个字节表达，每一对载荷及位移数据至少需要4个字节。为了清晰反映真实情况，同时避免数据量过大，一个功图需要相应规模的数据(200组对应的载荷和位移数据)，那么表述及传输一个功图至少需要800字节数据。
而一个采油场，包括大量抽油机，长时间运行会形成大量的功图数据，数据量很大，采用常规方法既不利于数据存储也更不利于数据传输，因此，需要进行数据压缩。而现有压缩方法，其压缩效果并不甚佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种功图数据压缩方法，用于解决现有压缩方法效果差的问题。同时本发明还提供了一种功图数据压缩装置和计算机可读存储介质。相对于的，本发明还提供了功图数据解压缩方法，功图数据解压缩装置和计算机可读存储介质。
本发明的技术方案包括：
一种功图数据压缩方法，包括：将上/下冲程的至少部分功图数据，按照等位移间隔进行重采样，得到重采样点，记录每个重采样点的载荷数据，而不记录每个重采样点的位移数据，从而实现对功图数据的压缩。
本发明的有益效果包括：对原本等时间间隔采样的数据进行了重采样，转换为等位移间隔的载荷数据，由于位移数据是可解算的，从而不需要存储表达位移数据，因此大大减少了压缩后的数据量。对功图数据进行压缩，会减小现场系统的数据传输压力，提高传输效率，更好的保障传输系统的稳定运行。
进一步的，所述上/下冲程的部分功图数据包括上/下冲程中间部分的功图数据。
进一步的，对于上/下冲程两端的功图数据，包括位移数据和载荷数据，均以增量形式表示以减少所使用的字节数。
对两端数据采用增量形式表示，利用了两端部分驴头运动较慢，位移和载荷变化较慢的特点，进一步降低了数据量。
进一步的，上/下冲程中间部分的载荷数据，以增量形式表示以减少所使用的字节数。
进一步的，所述中间部分的功图数据为从10％时刻到90％时刻的功图数据。
进一步的，还包括记录如下特征数据：下死点载荷、冲次、冲程、上冲程数据中处于90％时刻的位移数据，下冲程数据中处于90％时刻的位移数据，上/下冲程的点数，以及上冲程在整个冲次中所占数据的点数。
进一步的，通过加权差值的方法进行重采样。
进一步的，所述功图数据中，如果相邻数据增量超过单字节的表达范围时，以该范围为限舍弃超出部分以进行修正，下一点数据的增量计算以所述修正后的数据为基础进行计算。
进一步的，还包括将压缩后的数据进行传输的步骤。
本发明的方案还包括：一种功图数据压缩装置，包括处理器和存储器，处理器用于执行存储于所述存储器中的计算机程序，以实现上述压缩方法。
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现上述压缩方法。
本发明的方案还包括：一种功图数据解压缩方法，
接收待解压缩的数据，确定所述数据所处的冲程；对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，首先解算任两个点之间的采样位移间隔，然后计算每个点的位移数据，结合所述载荷数据，得到功图数据，从而实现解压缩。
作为对上述功图数据解压缩方法的进一步改进，对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，对于载荷数据，进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
作为对上述功图数据解压缩方法的进一步改进，对于上/下冲程中既有载荷数据、又有位移数据的部分，其中的位移数据和载荷数据，均进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
作为对上述功图数据解压缩方法的进一步改进，所述特征数据包括：下死点载荷、冲次、冲程、上冲程数据中处于90％时刻的位移数据，下冲程数据中处于90％时刻的位移数据，上/下冲程的点数，以及上冲程在整个冲次中所占数据的点数。
作为对上述功图数据解压缩方法的进一步改进，对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，根据该部分的总位移和采样点数计算所述采样位移间隔。
作为对上述功图数据解压缩方法的进一步改进，还包括将解压缩后的数据进行显示的步骤。
本发明还提供了一种功图数据解压缩装置，包括处理器和存储器，处理器用于执行存储于所述存储器中的计算机程序，以实现以下解压缩方法：接收待解压缩的数据，确定所述数据所处的冲程；对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，首先解算任两个点之间的采样位移间隔，然后计算每个点的位移数据，结合所述载荷数据，得到功图数据，从而实现解压缩。
作为对上述功图数据解压缩装置的进一步改进，还包括：对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，对于载荷数据，进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
作为对上述功图数据解压缩装置的进一步改进，还包括：对于上/下冲程中既有载荷数据、又有位移数据的部分，其中的位移数据和载荷数据，均进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
作为对上述功图数据解压缩装置的进一步改进，还包括：所述特征数据包括：下死点载荷、冲次、冲程、上冲程数据中处于90％时刻的位移数据，下冲程数据中处于90％时刻的位移数据，上/下冲程的点数，以及上冲程在整个冲次中所占数据的点数。
作为对上述功图数据解压缩装置的进一步改进，还包括：对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，根据该部分的总位移和采样点数计算所述采样位移间隔。
作为对上述功图数据解压缩装置的进一步改进，还包括：还包括将解压缩后的数据进行显示的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现以下解压缩方法：接收待解压缩的数据，确定所述数据所处的冲程；对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，首先解算任两个点之间的采样位移间隔，然后计算每个点的位移数据，结合所述载荷数据，得到功图数据，从而实现解压缩。
作为对上述计算机可读存储介质的进一步改进，还包括：对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，对于载荷数据，进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
作为对上述计算机可读存储介质的进一步改进，还包括：对于上/下冲程中既有载荷数据、又有位移数据的部分，其中的位移数据和载荷数据，均进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
作为对上述计算机可读存储介质的进一步改进，还包括：所述特征数据包括：下死点载荷、冲次、冲程、上冲程数据中处于90％时刻的位移数据，下冲程数据中处于90％时刻的位移数据，上/下冲程的点数，以及上冲程在整个冲次中所占数据的点数。
作为对上述计算机可读存储介质的进一步改进，还包括：对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，根据该部分的总位移和采样点数计算所述采样位移间隔。
作为对上述计算机可读存储介质的进一步改进，还包括：还包括将解压缩后的数据进行显示的步骤。
附图说明
如图1为采用常规方法进行等时间间隔采样压缩的示意图；
如图2为采用实施例1方法进行等位移采样压缩的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
压缩方法实施例1
现结合功图数据的特征，提出一套压缩算法，能够无损的把一副功图数据压缩为原来的30％，以典型的200组(一对载荷和位移成一组)数据构成一副完整功图数据为例。
首先定义一些概念：抽油机驴头仰头最高位置称为上死点，低头最低位置称为下死点；上下死点之间的距离称为冲程，每分钟完成上下一个完整的运动过程的次数称为冲次。功图数据中，从下死点开始，到上死点结束作为上冲程数据，从上死点开始到下死点结束作为下冲程数据。
如图1所示，X轴表示位移，Y轴表示时间，Z轴表示载荷。
按照常规方法，按照等时间间隔进行采样，因此在表示某个数据点时，不需要Y轴的时间数据。因此，对于一个上冲程：
T表示上冲程时间；
冲次表示为P；
冲程表示为A；
下死点表示为(A1，N1)，对应采样时刻为t1，A1为位移数据，N1表示载荷数据；其中，t1＝0，A1＝0；
A3表示上冲程中处于90％时刻的位移数据，即t3时刻的位移数据，t3＝90％T；
上冲程在整个冲次中所占的数据的点数表示为Q；
上/下冲程的点数，例如200。
上述数据为上冲程相关的特征数据，与常规方法相同，这些数据按照双字节表达。下面阐述数据压缩方法：
本实施例的方法将数据分为三个部分来分别处理：
1，对于上冲程的t1到t2的数据。
图中，A2表示上冲程10％时间点的位移数据，即t2时刻的位移数据，t2＝10％T；
对每个数据点，采用增量形式表示，采用单字节表达。
本文所称的采样增量形式表达是指：每个数据点表示为相对前一个数据点的差值。例如，对于连续的三个数据点，原始数据表示为(Am，Nm)、(Am+1，Nm+1)、(Am+2，Nm+2)，采用增量形式即表示为(Am-Am-1，Nm-Nm-1)、(Am+1-Am，Nm+1-Nm)、(Am+2-Am+1，Nm+2-Nm+1)由于差值数值较小，可以利用单字节表达。
增量形式表达还应标识出该增量是正值还是负值，因此，单字节数据中还包含符号位。
2，对于t2到t3的数据。
t2到t3之间的载荷、位移数据进行等位移数据转换，等位移转换的原则是把这80％的数据中的位移数据按照的位移长度均分，把对应的载荷(原来的载荷是按等时间间隔采样，对应的位移不均等)按照位移均等的原则进行加权插值处理。把处理后的载荷数据接续前10％时间的载荷数据也以增量形式表示，以单字节表达。
如图1为采用常规方法进行等时间间隔采样压缩的示意图。从其中可以看出，ti、ti+1、ti+2、ti+3为三个连续的采样时刻，它们之间的采样时间间隔相等，三个连续的采样时刻对应的位移分别为Ai、Ai+1、Ai+2、Ai+3；从图中可以看出，Ai、Ai+1、Ai+2、Ai+3之间的位移量并不均等。按照常规方法，需要对(Ai，Ni)、(Ai+1，Ni+1)、(Ai+2，Ni+2)均进行传输。
如图2为采用本实施例方法进行等位移采样压缩的示意图。从其中可以看出，Aj、Aj+1、Aj+2、Aj+3为四个连续的重采样点，它们之间的采样位移间隔相等，即Aj、Aj+1、Aj+2、Aj+3间隔相等，它们分别对应连续的采样时刻为tj、tj+1、tj+2、tj+3；从图中可以看出，tj、tj+1、tj+2、tj+3之间的间隔时间并不均等。按照本实施例方法，不需要对Aj、Aj+1、Aj+2、Aj+3，进行存储和传输，仅需要对Nj、Nj、Nj、Nj+3进行传输即可。
可见，本实施例的方法相当于对原本等时间间隔采样的数据进行了重采样，转换为等位移间隔的载荷数据。而由于位移数据是可解算的，从而不需要存储表达位移数据，因此大大减少了压缩后的数据量。
由于位移数据由于是等间隔的，而且由于重采样点与原有的采样点数相同，因此采样位移间隔可以根据【(A3-A2)/原有的采样点数】计算得到，因此采样位移间隔可以解算，每个重采样点的位移可以通过前面数据的位移结合采样位移间隔进行解算，所以每个重采样点的位移数据不需要进行表达和传输。
再者，关于“加权差值”属于现有方法，是以两个已知采样点计算重采样点，而根据这两个已知采样点与重采样点的位移距离为每个已知采样点确定加权值；其属于线性差值方法。作为其他实施方式，也可以按照其他拟合方法进行重采样。
3，对于上冲程的t3到T的数据。
与第1部分类同，对每个数据点采用增量形式表示，采用单字节表达。
其中，全部数据中会有少量的错误数据，一般由采样装置故障或异常波动造成。这些错误数据中，有些数据会超限，用双字节表示为FFFF；当采用增量形式表示时，该数据不再以相对前一数据的增量表示，而是直接表示为单字节FF，而且，后一个数据也相应的表示为与FF的差值。也就是说，如果相邻数据增量超过单字节的表达范围时，以该范围为限舍弃超出部分以进行修正，下一点数据的增量计算以所述修正后的数据为基础进行计算。
总的来说，上冲程数据经过前、后10％时间的数据压缩为原来的一半，中间80％的上冲程数据只要传输单字节增量表达的载荷即可，位移数据不必传输，数据量减少为原来的30％。
以上介绍了上冲程的数据处理方法，下冲程数据处理方法从上死点开始按时间分为前10％、中间80％和后10％，处理方式与上冲程数据处理过程类同，故不再赘述。
综上，按照本实施例的方法，功图仪的数据中，需要存储和传输的功图数据包括：下死点载荷，冲次，冲程，上冲程数据中处于90％时刻处的位移数据，下冲程数据中处于90％时刻处的位移数据，上/下冲程的点数，上冲程在整个冲次中所占数据的点数以及上述压缩算法的到的压缩数据(包括上冲程和下冲程)即可完整、无损的表达原始功图数据，数据量是原来的30％。
压缩方法实施例2
实施例1中，中间80％时间的载荷数据是以增量形式表示的，若中间80％时间的载荷数据变化较为剧烈，采用增量形式单字节表示可能无法包含完整准备数据。因此，本实施例中，将中间80％时间的载荷数据仍然按照常规方法以完整形式双字节表示。
压缩方法实施例3
与实施例1不同在于，本实施例中可以将全部数据均进行重采样。以上冲程为例，对于全部数据，均按照等位移间隔进行重采样，而直接省去了位移数据的存储，数据量为原来的一半。若进一步采用增量形式表达载荷，还可以进一步减少数据量。
压缩方法实施例4
实施例1中，采用增量形式表示时，是以前一个数据点(从时间维度上看)为基准的。本实施例中，以后一个数据点(从时间维度上看)为基准，采样增量形式表示。
实施例1和本实施例是以相邻数据点为基准的，作为其他实施方式，甚至还可以以前两个或者后两个数据为基准。
计算机可读存储介质实施例
上述压缩方法可以形成计算机程序，这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储介质中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令能够实现上述压缩方法和特定功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令实现上述压缩方法和特定功能。
本实施例所指的计算机可读存储介质，包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等。
压缩装置实施例
本发明的装置即为实现上述压缩方法的装置，包含了处理器和存储器；处理器调用存储于存储器中的计算机程序，执行一系列操作步骤，最终实现上述方法。
作为一种实施方式，该装置与功图仪(或其他类型的功图测量设备)之间能够进行通讯，从而获取功图仪输出的数据。同时，该装置与后台设备也能够进行通讯，在压缩处理后，将压缩处理后的数据传输到后台设备中。
作为另一种实施方式，该装置即为后台设备，这种情况下，功图仪直接将数据传输到后台设备。
作为又一种实施方式，该装置即为功图仪，即功图仪集成了压缩数据的功能，将压缩后的数据直接传输到后台设备。
解压缩方法实施例
本文所谓的解压缩方法，是上述压缩方法的逆过程，也就是说，当压缩方法确定后，解压缩方法就是唯一确定的。例如，结合压缩方法实施例1，其对应的解压缩方法包括：
首先接收待解压缩的数据(即压缩后的功图数据)，其中包括特征数据，然后根据特征数据，确定每个上冲程、下冲程对应的数据段。
然后对每一个数据段进行解压缩，例如，一个上冲程数据段包括三个部分，第一部分包括位移数据和载荷数据，第二部分仅包括载荷数据，第三部分包括位移数据和载荷数据；这三部分数据分布对应着图2中A1-A2、A2-A3、A3-A。由于在压缩时，这三部分采用了不同的方法进行压缩，因此解压缩方法也不相同。
对于第一部分、第三部分，其中的位移数据和载荷数据，均进行反增量形式转换；所述反增量形式转换是指：特征数据叠加相邻的数据，得到相邻点的原始值，该原始值再叠加该原始值相邻的数据，得到该原始值相邻点的原始值，依次类推，得到全部点的原始值。
对于第二部分，首先解算任两个点之间的采样位移间隔，然后计算每个点的位移数据，对载荷数据进行反增量形式转换。其中，根据该部分的总位移和采样点数计算所述采样位移间隔，所述该部分的总位移、采样点数可以通过第一部分的位移数据、第三部分的位移数据，结合特征数据得出。
由于一般功图数据需要在坐标系中展示出来，因此最后还需要将解压缩后的数据显示在屏幕上。
解压缩装置实施例
本发明的装置即为实现上述解压缩方法的装置，包含了处理器和存储器；处理器调用存储于存储器中的计算机程序，执行一系列操作步骤，最终实现上述解压缩方法。该装置一般为与功图仪通讯连接的后台设备，其接收压缩后的数据，即待解压的数据，然后进行解压缩处理。
计算机可读存储介质实施例
上述解压缩方法可以形成计算机程序，这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储介质中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令能够实现上述解压缩方法和特定功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令实现上述解压缩方法和特定功能。
本实施例所指的计算机可读存储介质，包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等。

Claims (13)

1.一种功图数据压缩方法，其特征在于，包括：
将上/下冲程的至少部分功图数据，按照等位移间隔进行重采样，得到重采样点；
记录每个重采样点的载荷数据，而不记录每个重采样点的位移数据，从而实现对功图数据的压缩。
2.根据权利要求1所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，所述上/下冲程的部分功图数据包括上/下冲程中间部分的功图数据。
3.根据权利要求2所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，上/下冲程中间部分的载荷数据，以增量形式表示以减少所使用的字节数；所述以增量形式表示是指：以与相邻数据的差值表示当前数据。
4.根据权利要求2或3所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，对于上/下冲程两端的功图数据，包括位移数据和载荷数据，均以增量形式表示以减少所使用的字节数；所述以增量形式表示是指：以与相邻数据的差值表示当前数据。
5.根据权利要求4所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，所述中间部分的功图数据为从10％时刻到90％时刻的功图数据。
6.根据权利要求5所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，还包括记录如下特征数据：下死点载荷、冲次、冲程、上冲程数据中处于90％时刻的位移数据，下冲程数据中处于90％时刻的位移数据，上/下冲程的点数，以及上冲程在整个冲次中所占数据的点数。
7.根据权利要求3或4所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，所述功图数据中，如果相邻数据增量超过单字节的表达范围时，以该范围为限舍弃超出部分以进行修正，下一点数据的增量计算以所述修正后的数据为基础。
8.根据权利要求1所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，通过加权差值的方法进行重采样。
9.根据权利要求1所述的一种功图数据压缩方法，其特征在于，还包括将压缩后的数据进行传输的步骤。
10.一种功图数据解压缩方法，其特征在于，
接收待解压缩的数据，确定所述数据所处的冲程；
对上/下冲程中仅包括载荷数据的部分，首先解算任两个点之间的采样位移间隔，然后计算每个点的位移数据，结合所述载荷数据，得到功图数据，从而实现解压缩。
11.一种功图数据压缩装置，其特征在于，包括处理器和存储器，处理器用于执行存储于所述存储器中的计算机程序，以实现权利要求1-9任一项所述的方法。
12.一种功图数据解压缩装置，其特征在于，包括处理器和存储器，处理器用于执行存储于所述存储器中的计算机程序，以实现权利要求10所述的方法。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现权利要求1-9任一项所述的方法，或者用于实现权利要求10所述的方法。
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