KR102026063B1 - A robust seismic imaging method using iterative full waveform inversion - Google Patents

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KR102026063B1 KR1020180054726A KR20180054726A KR102026063B1 KR 102026063 B1 KR102026063 B1 KR 102026063B1 KR 1020180054726 A KR1020180054726 A KR 1020180054726A KR 20180054726 A KR20180054726 A KR 20180054726A KR 102026063 B1 KR102026063 B1 KR 102026063B1
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Abstract

The present invention relates to a robust underground structure imaging method using iterative waveform inversion and, more specifically, provides a new method for determining a frequency update step and a reference speed model update step to improve reliability of a convergence speed or final speed model.

Description

반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법{A robust seismic imaging method using iterative full waveform inversion}A robust seismic imaging method using iterative full waveform inversion}

탄성파(Seismic)를 이용해 지하 구조를 영상화하는 기술에 관련한 것으로, 특히 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for imaging underground structures using seismic, and more particularly, to a robust underground imaging method using repetitive waveform inversion.

완전 파형 역산(FWI : Full Waveform Inversion)은 탄성파 자료를 이용하여 지층 속도 구조를 반복적인 계산으로 찾아가는 방법이다. 완전 파형 역산으로 해를 찾기 위해서는 취득 자료와 합성된 자료간 차이로 정의되는 목적 함수를 최소화하도록 속도 모델을 반복적으로 변경해야 하며 이를 구현하기 위한 많은 방법론들이 제시되었다.Full Waveform Inversion (FWI) is a method of recursively calculating strata velocity structures using seismic data. In order to find a solution by full waveform inversion, the velocity model has to be changed repeatedly to minimize the objective function defined by the difference between the acquired data and the synthesized data.

대한민국 등록특허 제10-1820850(2018.01.16)에서 측정 대상 지역의 지하 구조를 영상화는 직접 파형 역산의 반복 적용을 이용한 탄성파 영상화 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 가상 산란 송신원(virtual scattering source) 및 갱신된 기준 파동장으로부터 산출된 파라미터 섭동(parameter perturbation)을 이용하여 설정된 순서로 주파수 대역을 옮겨가면서 기준 속도 모델을 갱신하되, 이전 주파수 대역에서 갱신된 기준 속도 모델을 다음 주파수 대역의 기준 속도 모델로 갱신하는 파형 역산을 통해 지하 구조를 영상화한다.Korean Patent Registration No. 10-1820850 (January 16, 2018) discloses an acoustic wave imaging apparatus using repeated application of direct waveform inversion for imaging an underground structure of a measurement target area. The device updates the reference velocity model by shifting the frequency bands in a set order using parameter perturbation calculated from a virtual scattering source and the updated reference wave field, but updated from the previous frequency band. Underground structures are imaged through waveform inversion, which updates the reference velocity model to a reference velocity model in the next frequency band.

Changsoo Shin, Nam-Hyung Koo, Young Ho Cha, and Keun-Pil Park, "Sequentially ordered single-frequency 2-D acoustic waveform inversion in the Laplace-Fourier domain", Geophysical Journal International(2010) 181, 935-950에는 라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier domain)에서 완전 파형 역산을 반복적용하되, Log 목적 함수를 이용하여 수렴을 판정하는 기술을 개시하고 있다.Changsoo Shin, Nam-Hyung Koo, Young Ho Cha, and Keun-Pil Park, "Sequentially ordered single-frequency 2-D acoustic waveform inversion in the Laplace-Fourier domain", Geophysical Journal International (2010) 181, 935-950 A technique for repeatedly applying full waveform inversion in the Laplace-Fourier domain but using the Log objective function to determine convergence is disclosed.

이 기술에 따르면, 각 주파수에 대해 수차례의 반복 파형 역산이 이루어지되, 주파수를 단위 스텝만큼 증가시키면서 정해진 범위의 주파수에 대해 순차적으로 반복 파형 역산을 완료한 후 구해진 모델을 다시 입력으로 하여 각 주파수에 대한 반복 파형 역산을 수차례 반복하는 3중 루프에 의한 파형 역산이 이루어진다. According to this technique, the repetitive waveform inversion is performed several times for each frequency, and the frequency is increased by unit step, and the repetitive waveform inversion is sequentially completed for a predetermined range of frequencies, and then the model obtained is input again. The waveform inversion is performed by a triple loop which repeats the repeated waveform inversion several times.

2015.6 본 발명자가 공동 저자로 발표한 "Iterative direct waveform inversion (IDWI) plus Fourier-domain full waveform inversion (FWI)" 논문과, 대한민국 공개특허 제10-2017-0009609호(2017.01.25)에서는 반복적 직접 파형 역산부에서 최종적으로 구해진 기준 속도 모델을 다시 완전 파형 역산의 초기 속도 모델로 입력하여 목적 함수가 소정의 값 이하일 때까지 갱신함으로써 최종 속도 모델을 산출하는 기술을 개시하고 있다.2015.6 The paper "Iterative direct waveform inversion (IDWI) plus Fourier-domain full waveform inversion (FWI)" published by the present inventors, and Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0009609 (January 25, 2017) The technique of calculating the final velocity model by inputting the reference velocity model finally obtained by the inversion unit as an initial velocity model of the full waveform inversion and updating until the objective function is below a predetermined value is disclosed.

대한민국 등록특허 제10-1820850(2018.01.16),Republic of Korea Patent Registration No. 10-1820850 (January 16, 2018), 대한민국 공개특허 제10-2017-0009609호(2017.01.25)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0009609 (2017.01.25)

Changsoo Shin, Nam-Hyung Koo, Young Ho Cha, and Keun-Pil Park, "Sequentially ordered single-frequency 2-D acoustic waveform inversion in the Laplace-Fourier domain", Geophysical Journal International(2010) 181, 935-950,Changsoo Shin, Nam-Hyung Koo, Young Ho Cha, and Keun-Pil Park, "Sequentially ordered single-frequency 2-D acoustic waveform inversion in the Laplace-Fourier domain", Geophysical Journal International (2010) 181, 935-950, 2015.6 "Iterative direct waveform inversion (IDWI) plus Fourier-domain full waveform inversion (FWI)"2015.6 "Iterative direct waveform inversion (IDWI) plus Fourier-domain full waveform inversion (FWI)"

본 발명은 주파수 갱신 스텝 및 기준 속도 모델 갱신 스텝을 결정하는 새로운 방법을 제시하여 수렴 속도나 최종 속도 모델의 신뢰도를 제고할 수 있는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The object of the present invention is to provide a robust method for imaging underground structures using iterative waveform inversion, which can improve the convergence speed and the final speed model by presenting a new method for determining the frequency update step and the reference speed model update step. .

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법이 목적 함수의 값이 소정 값 이하가 될 때까지 기준 속도 모델을 갱신하면서, 기준 속도 모델을 적용한 파동 방정식의 해인 기준 파동장과 실제 파동장의 잔차로부터 목적 함수를 반복적으로 산출하고, 목적 함수의 값이 소정의 값 이하일 때의 기준 파동장으로부터 최종 속도 모델을 산출하는 완전 파형 역산단계와; 완전 파형 역산단계에 의해 산출되는 최종 속도 모델로부터 측정 대상 지역의 지하 구조를 영상화하는 지하 구조 영상화단계를 포함하되, 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프(Frequency Loop)의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수에 따라 그리드 싸이즈(Grid Size)가 결정되고, 결정되는 그리드 싸이즈에 따라 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격이 결정된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a robust underground structure imaging method using iterative waveform inversion applies a reference velocity model while updating the reference velocity model until the value of the objective function is less than or equal to a predetermined value. A full waveform inversion step of repeatedly calculating the objective function from the residuals of the reference wave field and the actual wave field, which are solutions of the wave equation, and calculating the final velocity model from the reference wave field when the value of the objective function is equal to or less than a predetermined value; An underground structure imaging step of imaging the underground structure of the area to be measured from the final velocity model calculated by the full waveform inversion step, wherein the frequency update of the frequency loop is increased from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order The grid size is determined according to each frequency determined according to the step interval, and the reference speed model update step interval is determined according to the determined grid size.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다, 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격으로 기준 속도 모델을 갱신하는 모델 갱신 루프(Model Update Loop)가 수행된다.According to an additional aspect of the present invention, a model for updating a reference speed model at a reference speed model update step interval for each frequency determined by the frequency update step interval of a frequency loop in which the frequency is increased from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order. An update loop is performed.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 주파수 갱신 스텝 간격이 측정 시간에 연동되어 결정된다.According to an additional aspect of the invention, the frequency update step interval is determined in conjunction with the measurement time.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격이 그리드 싸이즈의 1/3 내지 1/2 범위 내에서 결정된다.According to an additional aspect of the present invention, the reference speed model update step interval is determined within a range of 1/3 to 1/2 of the grid size.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다 수행되는 모델 갱신 루프가 댐핑 상수 루프(Damping Constant Loop) 동안 수행된다.According to an additional aspect of the present invention, a model update loop performed for each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop in which the frequencies increase from the lowest frequency to the highest frequency during the damping constant loop. Is performed.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 댐핑 상수 루프 동안 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다, 복소수 값인 주파수의 허수부를 특정 범위 내에서 특정 간격으로 증가시켜 댐핑 상수를 조절한다.According to an additional aspect of the present invention, for each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop in which the frequencies increase from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order during the damping constant loop, the imaginary part of the complex valued frequency within a specific range. The damping constant is adjusted by increasing it at specific intervals.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 주파수 루프는 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 각 주파수 마다 산출되는 최종 속도 모델을 다음 주파수의 초기 기준 속도 모델로 입력하는 최적화 반복 루프(Optimization Iteration Loop) 동안 수행된다.According to an additional aspect of the present invention, a frequency loop includes an optimized iterative loop that inputs the final velocity model calculated for each frequency of the frequency loop in which the frequencies increase from the lowest frequency to the highest frequency in an ascending order as an initial reference velocity model of the next frequency. This is done during the Optimization Iteration Loop.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 목적 함수로 L2 놈(Norm)이 사용될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, an L2 norm may be used as the objective function.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 목적 함수가 RMS(Root Mean Square) 함수일 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, the objective function may be a root mean square (RMS) function.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 완전 파형 역산단계가 라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier Domain)에서 수행될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, a full waveform inversion step may be performed in the Laplace-Fourier Domain.

본 발명은 주파수 갱신 스텝 및 기준 속도 모델 갱신 스텝을 결정하는 새로운 방법을 제시하여 수렴 속도나 최종 속도 모델의 신뢰도를 제고할 수 있으므로, 지하 구조의 영상화시의 해상도 및 정확도를 개선할 수 있는 효과가 있다. The present invention provides a new method for determining the frequency update step and the reference speed model update step to improve the convergence speed or the reliability of the final speed model. Thus, the resolution and accuracy of imaging underground structures can be improved. have.

도 1 은 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 파형 역산의 원리를 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 세부적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 순서도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법의 완전 파형 역산을 위해 반복되는 루프들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 Marmousi 속도 모델을 도시한 도면이다.
도 7 은 기준 속도 모델(Initial velocity model)을 도시한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법에 의해 역산된 기준 속도 모델을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention.
2 is a diagram illustrating the principle of waveform inversion of a robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention.
4 is a flow chart showing the configuration of an embodiment of a robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating loops repeated for full waveform inversion of the robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention.
6 shows a Marmousi velocity model.
FIG. 7 is a diagram illustrating an initial velocity model. FIG.
8 is a diagram illustrating a reference velocity model inverted by a robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention. Although specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed description is described, it is not intended to limit the various embodiments of the invention to specific forms.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the embodiments of the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

도 1 은 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1 을 참조해 보면, 지하 구조 영상화 장치는 측정 대상 지역(101)에 설치된 송신원(102), 수신기(103) 및 신호처리장치(104)를 포함할 수 있다. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention. Referring to FIG. 1, the underground structure imaging apparatus may include a transmission source 102, a receiver 103, and a signal processing device 104 installed in a measurement target area 101.

송신원(102)은 음파 또는 진동파를 생성한다. 생성된 음파 또는 진동파는 측정 대상 지역(101)으로 전달된다. 수신기(103)는 측정 대상 지역(101)의 각 지점에서 송신원(102)으로부터 생성된 음파 또는 진동파를 측정한다. 각각의 수신기(103)가 측정하는 음파 또는 진동파의 특성은 측정 대상 지역(101)의 지하 구조에 따라 달라질 수 있다.The transmission source 102 generates sound waves or vibration waves. The generated sound or vibration waves are transmitted to the measurement target area 101. The receiver 103 measures the sound wave or vibration wave generated from the transmission source 102 at each point of the measurement target area 101. The characteristics of the acoustic wave or the vibration wave measured by each receiver 103 may vary depending on the underground structure of the region to be measured 101.

신호처리장치(104)는 수신기(103)가 측정한 음파 또는 진동파를 처리해서 측정 대상 지역(101)에 대한 영상 데이터를 생성한다. 영상 데이터 생성을 위해, 신호처리장치(104)는 측정 대상 지역(101)에 대한 속도 모델(velocity model)을 생성할 수 있다. 속도 모델은 측정 대상 지역(101)에 관한 탄성파의 속도 분포를 나타낼 수 있다. The signal processing apparatus 104 generates the image data for the measurement target area 101 by processing the sound wave or vibration wave measured by the receiver 103. In order to generate image data, the signal processing apparatus 104 may generate a velocity model for the measurement target area 101. The velocity model may represent a velocity distribution of elastic waves with respect to the measurement target region 101.

예를 들어, 측정 대상 지역(101) 내부에서의 탄성파 속도는 측정 대상 지역(101) 내부의 각 지점의 특성에 따라 달라진다. 각 지점의 특성은 예를 들어 매질의 종류 또는 밀도 등이다. 탄성파의 속도 분포를 나타내는 속도 모델을 구하면, 속도 모델로부터 측정 대상 지역(101)의 지하 구조를 영상화 할 수 있다.For example, the velocity of the seismic wave inside the region to be measured 101 depends on the characteristics of each point inside the region to be measured 101. The properties of each point are, for example, the type or density of the medium. If a velocity model representing the velocity distribution of the acoustic waves is obtained, the underground structure of the measurement target region 101 can be imaged from the velocity model.

신호처리장치(104)는 파형 역산(waveform inversion)을 통해 속도 모델을 생성하는 것이 가능하다. 파형 역산이란 관심 지역에 대한 초기 속도 모델을 만들고, 동일한 관심 지역에서 얻어진 측정값을 이용하여 초기 속도 모델을 반복적으로 업데이트하는 것이다. 즉, 초기 속도 모델을 기준 속도 모델로 설정하여 기준 속도 모델을 갱신한다. 전술한 속도 모델의 반복적 업데이트를 통해 관심 지역의 실제 특성과 유사한 특성을 갖는 속도 모델을 얻을 수 있다.The signal processing apparatus 104 may generate a velocity model through waveform inversion. Waveform inversion creates an initial velocity model for a region of interest and iteratively updates the initial velocity model with measurements taken in the same region of interest. That is, the reference speed model is updated by setting the initial speed model as the reference speed model. By repeatedly updating the aforementioned speed model, a speed model having characteristics similar to the actual characteristics of the region of interest may be obtained.

예를 들어, 신호처리장치(104)는 측정 대상 지역(101)의 속도 모델을 설정하고, 측정 대상 지역(101)으로부터 탄성파 데이터(seismic data)를 획득한 후, 획득된 탄성파 데이터를 이용해서 설정된 속도 모델을 반복적으로 업데이트함으로써 측정 대상 지역(101)의 실제 탄성파의 속도 분포와 유사한 속도 모델을 얻는다.For example, the signal processing apparatus 104 sets a velocity model of the measurement target region 101, obtains seismic data from the measurement target region 101, and then sets the obtained velocity data. By repeatedly updating the velocity model, a velocity model is obtained which is similar to the velocity distribution of the actual seismic wave in the region to be measured 101.

도 2 는 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 파형 역산의 원리를 도시한 도면이다. 도 2를 참조해 보면, 측정 대상 지역(201)은 어떤 특성 V를 갖는다. 이 특성 V는 측정 대상 지역(201)의 각 부분에 대한 탄성파의 속도, 밀도, 또는 온도 등과 같이 다양한 특성이 될 수 있다. 2 is a diagram illustrating the principle of waveform inversion of a robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention. Referring to FIG. 2, the measurement target area 201 has a certain characteristic V. FIG. This characteristic V may be various characteristics such as velocity, density, or temperature of the acoustic wave for each part of the region to be measured 201.

만약, 어떠한 입력 s가 측정 대상 지역(201)에 가해지면 그 특성 V에 따라 출력 d가 관측될 수 있다. 이때, 출력 d는 입력 s와 특성 V에 의존한다. 예를 들어, 동일한 입력 s가 주어지더라도 측정 대상 지역(201)의 특성 V가 달라지면 그 출력 d 역시 달라질 수 있다.If any input s is applied to the measurement target area 201, the output d can be observed according to its characteristic V. At this time, the output d depends on the input s and the characteristic V. For example, even if the same input s is given, if the characteristic V of the measurement target area 201 is different, the output d may also be different.

도 2 에서, 특성 V가 측정 대상 지역(201)의 속도 특성이라고 가정하면, 측정 대상 지역(201)은 속도에 관한 파라미터 m으로 모델링될 수 있다. 속도에 관한 파라미터 m은 이후에 반복적으로 업데이트가 되므로 처음에는 모두 균일한 속도 분포를 갖는 것으로 설정될 수도 있다. 속도 파라미터 m이 설정되면, 가상의 입력 s가 모델링된 측정 대상 지역(202)에 가해 졌을 때의 출력 u를 얻을 수 있다. In FIG. 2, assuming that the characteristic V is the velocity characteristic of the region to be measured 201, the region to be measured 201 may be modeled with a parameter m related to the velocity. Since the parameter m relating to the speed is updated repeatedly afterwards, all of them may be initially set to have a uniform speed distribution. When the speed parameter m is set, the output u when the virtual input s is applied to the modeled measurement target area 202 can be obtained.

즉, 출력 u는 출력 d에 대응되는 것으로, 만약 속도 파라미터 m이 실제의 특성 V와 동일하게 설정되었다면 출력 u는 출력 d와 같은 값을 가질 것이다. 출력 u가 출력 d와 동일해지도록 속도 파라미터 m을 조절하면 실제의 특성 V와 동일한 파라미터 m을 얻는 것이 가능하다.That is, the output u corresponds to the output d. If the speed parameter m is set equal to the actual characteristic V, the output u will have the same value as the output d. By adjusting the speed parameter m such that the output u is equal to the output d, it is possible to obtain a parameter m equal to the actual characteristic V.

이와 같은 파형 역산을 통해, 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치는 측정 데이터인 d와 모델링 데이터인 u를 획득하고, 측정 데이터 d와 모델링 데이터 u간의 차이가 최소화되도록 속도 파라미터 m을 조절해서 측정 대상 지역에 대한 특성 V를 추정한 후, 구해진 속도 파라미터 m 또는 추정된 특성 V을 이용해서 속도 모델 및 영상 데이터를 생성할 수 있다.Through such waveform inversion, the robust underground structural imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention obtains the measurement data d and the modeling data u, and the velocity parameter m to minimize the difference between the measurement data d and the modeling data u. After estimating the characteristic V for the region to be measured by adjusting, the velocity model and the image data may be generated using the obtained velocity parameter m or the estimated characteristic V.

도 3 은 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 세부적인 구성을 도시한 블럭도이다. 도 3 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치의 신호처리장치(104)는 완전 파형 역산부(300)와, 지하 구조 영상화부(310)를 포함한다.3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to the present invention. As shown in FIG. 3, the signal processing apparatus 104 of the robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion according to this embodiment includes a full waveform inversion unit 300 and an underground structure imaging unit 310. .

완전 파형 역산부(300)는 목적 함수의 값이 소정 값 이하가 될 때까지 기준 속도 모델을 갱신하면서, 기준 속도 모델을 적용한 파동 방정식의 해인 기준 파동장과 실제 파동장의 잔차로부터 목적 함수를 반복적으로 산출하고, 목적 함수의 값이 소정의 값 이하일 때의 기준 파동장으로부터 최종 속도 모델을 산출한다.The full waveform inverter 300 repeatedly updates the objective function from the residuals of the reference wave field and the actual wave field, which are solutions of the wave equation to which the reference speed model is applied, while updating the reference velocity model until the value of the objective function becomes less than or equal to a predetermined value. The final velocity model is calculated from the reference wave field when the value of the objective function is equal to or less than the predetermined value.

예컨대, 완전 파형 역산부(300)가 기준 파동장 산출부(301), 목적 함수 산출부(302), 기준 속도 모델 갱신부(303) 및 최종 속도 모델 산출부(304)를 포함할 수 있다.For example, the full waveform inverter 300 may include a reference wave field calculator 301, an objective function calculator 302, a reference velocity model updater 303, and a final velocity model calculator 304.

기준 파동장 산출부(301)는 기준 속도 모델을 이용하여 설정된 파동 방정식의 해인 기준 파동장을 산출한다. 기준 파동장 산출부(301)는 전술한 송신기, 수신기 중 적어도 하나로부터 수집된 데이터를 이용하여 파동 방정식을 산출한다. 수집된 데이터는 예를 들어, p파속도, 파동장, 송신원 함수 등을 포함한다.The reference wave field calculator 301 calculates a reference wave field which is a solution of the set wave equation using the reference velocity model. The reference wave field calculator 301 calculates a wave equation using data collected from at least one of the above-described transmitter and receiver. The collected data includes, for example, p wave velocity, wave field, source function, and the like.

일 실시예에 있어서, 기준 파동장 산출부(301)는 최초 입력된 기준 속도 모델을 이용하여 파동 방정식을 설정하고, 설정된 파동 방정식으로부터 최초로 기준 파동장을 산출한다. 그 이후에는, 후술할 기준 속도 모델 갱신부(303)가 갱신하는 기준 속도 모델을 이용하여 파동 방정식을 설정하고, 설정된 파동 방정식으로부터 기준 파동장을 산출한다. 기준 파동장 산출부(301)는 파동 방정식을 주파수 영역을 포함하는 소정의 변환 영역으로 변환을 수행한 다음 기준 파동장을 산출할 수 있다.In one embodiment, the reference wave field calculation unit 301 sets the wave equation using the initially input reference velocity model, and first calculates the reference wave field from the set wave equation. After that, the wave equation is set using the reference speed model updated by the reference speed model updater 303 which will be described later, and the reference wave length is calculated from the set wave equation. The reference wave field calculator 301 may calculate the reference wave field after performing the transformation of the wave equation into a predetermined transform region including the frequency domain.

목적 함수 산출부(302)는 실제 파동장 및 기준 파동장의 차인 잔차 데이터로부터 목적 함수를 산출한다. 실제 파동장은 전술한 수신기가 측정할 수 있고, 기준 파동장을 산출하는 과정은 전술하였다.The objective function calculator 302 calculates the objective function from the residual data which is the difference between the actual wave length and the reference wave field. The actual wave field can be measured by the above-described receiver, and the process of calculating the reference wave field has been described above.

일 실시예에 있어서, 목적 함수 산출부(302)는 라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier Domain) 변환 변수에서 목적함수를 산출한다. 그러나, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 목적 함수로 L2 놈(Norm)이 사용될 수 있다. 예컨대, 목적 함수가 RMS(Root Mean Square) 함수일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지는 않는다. In one embodiment, the objective function calculator 302 calculates an objective function from a Laplace-Fourier Domain transform variable. However, it is not limited to this. Meanwhile, the L2 norm may be used as the objective function. For example, the objective function may be a root mean square (RMS) function. However, it is not limited to this.

기준 속도 모델 갱신부(303)는 목적 함수의 값이 소정의 값 이하 될 때까지 기준 속도 모델을 갱신한다. 소정의 값은 예를 들어 0이다. 소정의 값이 0이라는 것은 소수점 첫째 자리에서 반올림한 값이 0인 경우를 포함할 수 있다. 소정의 값이 0인 경우 소정의 값이 0이 될 때까지 기준 속도 모델을 갱신한다.The reference speed model updating unit 303 updates the reference speed model until the value of the objective function becomes less than or equal to the predetermined value. The predetermined value is zero, for example. A predetermined value of 0 may include a case where a value rounded off from one decimal place is 0. If the predetermined value is zero, the reference speed model is updated until the predetermined value becomes zero.

최종 속도 모델 산출부(304)는 목적 함수의 값이 소정 값 이하일 때의 기준 파동장으로부터 최종 속도 모델을 산출한다. 전술한 예와 같이 소정의 값이 0인 경우 더 이상 기준 속도 모델을 갱신하지 않는다. 소정의 값이 0인 경우의 기준 속도 모델이 최종 속도 모델이 된다. The final velocity model calculator 304 calculates the final velocity model from the reference wave field when the value of the objective function is equal to or less than the predetermined value. If the predetermined value is 0 as in the above example, the reference speed model is no longer updated. The reference speed model when the predetermined value is zero becomes the final speed model.

지하 구조 영상화부(310)는 완전 파형 역산부(300)에 의해 산출되는 최종 속도 모델로부터 측정 대상 지역의 지하 구조를 영상화한다. 지하 구조 영상화부(310)에 의한 측정 대상 지역의 지하 구조 영상화 화면으로부터 측정 대상 지역의 지하 구조 및 지질학적 특성을 파악할 수 있다.The underground structure imaging unit 310 images the underground structure of the measurement target area from the final speed model calculated by the full waveform inversion unit 300. Underground structure imaging of the measurement target area by the underground structure imaging unit 310 can grasp the underground structure and geological characteristics of the measurement target area.

이와 같은 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 장치를 통해 지하 구조 영상화시, 주파수 갱신 스텝 및 기준 속도 모델 갱신 스텝을 결정하는 새로운 방법을 제시하여 수렴 속도나 최종 속도 모델의 신뢰도를 제고할 수 있으므로, 지하 구조의 영상화시의 해상도 및 정확도를 개선할 수 있는 지하 구조 영상화 방법을 도 4 를 통해 알아본다.The robust underground structure imaging apparatus using repetitive waveform inversion can improve the convergence rate and final velocity model reliability by suggesting a new method for determining the frequency update step and the reference speed model update step when imaging underground structures. An underground structure imaging method that can improve the resolution and accuracy in imaging the underground structure will be described with reference to FIG. 4.

도 4 는 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 순서도이다. 도 4 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법은 완전 파형 역산단계(410)와, 지하 구조 영상화단계(420)를 포함한다.4 is a flow chart showing the configuration of an embodiment of a robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention. As shown in FIG. 4, the robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to this embodiment includes a full waveform inversion step 410 and an underground structure imaging step 420.

완전 파형 역산단계(410)에서 지하 구조 영상화 장치가 목적 함수의 값이 소정 값 이하가 될 때까지 기준 속도 모델을 갱신하면서, 기준 속도 모델을 적용한 파동 방정식의 해인 기준 파동장과 실제 파동장의 잔차로부터 목적 함수를 반복적으로 산출하고, 목적 함수의 값이 소정의 값 이하일 때의 기준 파동장으로부터 최종 속도 모델을 산출한다.In the full waveform inversion step 410, the underground structure imaging apparatus updates the reference velocity model until the value of the objective function is less than or equal to a predetermined value, while the residuals of the reference wave field and the actual wave field, which are solutions of the wave equation to which the reference velocity model is applied, are updated. The objective function is calculated repeatedly, and the final velocity model is calculated from the reference wave field when the value of the objective function is equal to or less than a predetermined value.

이 때, 완전 파형 역산단계(410)는 라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier Domain)에서 수행될 수 있고, 목적 함수로 L2 놈(Norm)이 사용될 수 있다. 예컨대, 목적 함수가 RMS(Root Mean Square) 함수일 수 있다.In this case, the full waveform inversion step 410 may be performed in the Laplace-Fourier domain, and an L2 norm may be used as the objective function. For example, the objective function may be a root mean square (RMS) function.

구체적으로, 완전 파형 역산단계(410)는 기준 파동장 산출단계(411)와, 목적 함수 산출단계(412)와, 목적 함수 값 비교단계(413)와, 기준 속도 모델 갱신단계(414)와, 최종 속도 모델 산출단계(415)를 포함한다.Specifically, the full waveform inversion step 410 includes a reference wave field calculation step 411, an objective function calculation step 412, an objective function value comparison step 413, a reference speed model update step 414, A final speed model calculation step 415 is included.

기준 파동장 산출단계(411)에서 지하 구조 영상화 장치가 기준 속도 모델을 적용한 파동 방정식의 해인 기준 파동장을 산출한다.In the reference wave field calculation step 411, the underground structure imaging apparatus calculates the reference wave field, which is a solution of the wave equation to which the reference velocity model is applied.

목적 함수 산출단계(412)에서 지하 구조 영상화 장치가 기준 파동장 산출단계(411)에서 산출된 기준 파동장과 실제 파동장의 잔차로부터 목적 함수를 산출한다.In the objective function calculation step 412, the underground structure imaging apparatus calculates the objective function from the residuals of the reference wave field and the actual wave field calculated in the reference wave field calculation step 411.

목적 함수 값 비교단계(413)에서 지하 구조 영상화 장치가 목적 함수의 값이 소정 값 이하인지 판단한다.In the objective function value comparison step 413, the underground structure imaging apparatus determines whether a value of the objective function is less than or equal to a predetermined value.

만약, 목적 함수 값 비교단계(413)에 의한 판단 결과 목적 함수의 값이 소정 값 이하가 아니면, 지하 구조 영상화 장치가 기준 속도 모델 갱신단계(414)에서 기준 속도 모델을 갱신한다.If the result of the determination by the objective function value comparison step 413 is not equal to or less than a predetermined value, the underground structure imaging apparatus updates the reference speed model in the reference speed model update step 414.

만약, 목적 함수 값 비교단계(413)에 의한 판단 결과 목적 함수의 값이 소정 값 이하이면, 지하 구조 영상화 장치가 최종 속도 모델 산출단계(415)에서 기준 파동장으로부터 최종 속도 모델을 산출한다.If the result of the determination by the objective function value comparison step 413 is less than or equal to the predetermined value, the underground structure imaging apparatus calculates the final velocity model from the reference wave field in the final velocity model calculation step 415.

그리고, 지하 구조 영상화단계(420)에서 지하 구조 영상화 장치가 완전 파형 역산단계(410)에 의해 산출되는 최종 속도 모델로부터 측정 대상 지역의 지하 구조를 영상화한다.In the underground structure imaging step 420, the underground structure imaging apparatus images the underground structure of the measurement target area from the final velocity model calculated by the full waveform inversion step 410.

본 발명은 이러한 과정을 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 주파수를 증가시키면서 반복하되, 주파수 갱신 스텝 및 기준 속도 모델 갱신 스텝을 결정하는 새로운 방법을 제시하여 수렴 속도나 최종 속도 모델의 신뢰도를 제고할 수 있도록 함으로써 지하 구조의 영상화시의 해상도 및 정확도를 개선할 수 있도록 한다.The present invention repeats this process while increasing the frequency from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order, and proposes a new method for determining the frequency update step and the reference speed model update step to improve the convergence speed or the reliability of the final speed model. In this way, the resolution and accuracy of imaging underground structures can be improved.

본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법은 낮은 주파수에서 높은 주파수 순으로 순차적인 단일 주파수 성분을 이용하여 기준 속도 모델을 업데이트한다. 주어진 주파수 성분에서 생성된 그레디언트(gradient)에 의해 기준 속도 모델이 업데이트되는 과정이 수차례 반복되고, 업데이트 과정에서 얻어지는 최종 속도 모델이 그 다음 주파수 성분에서 초기 기준 속도 모델로 입력된다.The robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention updates a reference velocity model using a single frequency component sequentially from low frequency to high frequency. The process of updating the reference speed model by a gradient generated at a given frequency component is repeated several times, and the final speed model obtained in the updating process is then input to the initial reference speed model in the frequency component.

마지막 주파수 성분에서 얻어지는 최종 속도 모델은 첫번째 주파수 성분에 의해 생성된 그레디언트에 의해 업데이트될 초기 기준 속도 모델로 다시 입력되어 낮은 주파수에서 높은 주파수 순으로 순차적인 단일 주파수 성분을 이용하는 기준 속도 모델 업데이트 과정이 수차례 반복된다.The final velocity model obtained from the last frequency component is re-inputted into the initial reference velocity model to be updated by the gradient generated by the first frequency component, which allows the process of updating the reference velocity model using a single frequency component sequentially from low to high frequency. It is repeated in turn.

도 5 는 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법의 완전 파형 역산을 위해 반복되는 루프들을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 를 참조해 보면, 완전 파형 역산을 위해 최적화 반복 루프(510)내에서 주파수 루프(520)가 반복되고, 주파수 루프(520)내에서 댐핑 상수 루프(530)가 반복되고, 댐핑 상수 루프(530)내에서 모델 갱신 루프(540)가 반복됨을 볼 수 있다.FIG. 5 is a diagram illustrating loops repeated for full waveform inversion of the robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention. Referring to FIG. 5, the frequency loop 520 is repeated in the optimized iteration loop 510, the damping constant loop 530 is repeated in the frequency loop 520, and the damping constant loop ( It can be seen that the model update loop 540 is repeated within 530.

라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier Domain)에서 완전 파형 역산에 사용되는 주파수는 다수의 주파수와, 다수의 댐핑 상수(Damping Constant)로 이루어지는 복소값 주파수이다. 라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier Domain)에서의 완전 파형 역산 반복 적용은 다수의 주파수와, 다수의 댐핑 상수에 대한 파형 역산으로 볼 수 있다.The frequency used for full waveform inversion in the Laplace-Fourier Domain is a complex frequency consisting of a number of frequencies and a number of damping constants. Full waveform inversion iteration applications in the Laplace-Fourier domain can be seen as waveform inversions for multiple frequencies and multiple damping constants.

본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법은 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프(Frequency Loop)(520)의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수에 따라 그리드 싸이즈(Grid Size)가 결정되고, 결정되는 그리드 싸이즈에 따라 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격이 결정된다.In the robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention, a grid is generated according to each frequency determined according to a frequency update step interval of a frequency loop 520 in which the frequency is increased from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order. The grid size is determined, and the reference speed model update step interval is determined according to the determined grid size.

예컨대, 주파수 루프의 주파수로부터 파장이 결정되면, 한 파장에 그리드가 최소 4개 포함되도록 그리드 싸이즈가 결정되도록 구현될 수 있다. 한편, 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격은 그리드 싸이즈의 1/3 내지 1/2 범위 내에서 결정되도록 구현될 수 있다.For example, when the wavelength is determined from the frequency of the frequency loop, the grid size may be determined such that at least four grids are included in one wavelength. On the other hand, the reference speed model update step interval may be implemented to be determined within the range of 1/3 to 1/2 of the grid size.

해수 매질의 경우, 깊이에 따라 달라지지만 최소 속도가 1500m/s정도이며, 이때 주파수가 5Hz인 주파수 루프의 경우 파장은 300m이고, 그리드 싸이즈는 75m로 결정될 수 있다. 주파수 루프가 진행되면서 주파수가 바뀌면 그리드 싸이즈도 그에 따라 바뀌고, 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격 ΔP도 그에 따라 바뀐다.In the case of seawater media, the minimum speed is about 1500m / s, depending on depth, and in the case of a frequency loop with a frequency of 5Hz, the wavelength is 300m and the grid size can be determined as 75m. As the frequency loop progresses, the grid size changes accordingly, and the reference speed model update step interval ΔP changes accordingly.

모델 갱신 루프(Model Update Loop)(540)는 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 성분에 대해 수차례 반복되고, 주파수 루프(Frequency Loop)(520)에서는 주파수를 최저 주파수에서 출발하여 오름차순으로 주파수 갱신 스텝 간격인 Δf 만큼 증가시키면서 최고 주파수까지 반복한다. The model update loop 540 is repeated several times for each frequency component determined according to the frequency update step interval, and in the frequency loop 520, the frequency starts from the lowest frequency and then in ascending order. The frequency is repeated up to the highest frequency while increasing by the update step interval Δf.

이 때, 주파수 갱신 스텝 간격이 측정 시간에 연동되어 결정될 수 있다. 예컨대, 수신기 배열에 의한 측정 시간이 Tmax 라고 하면, Δf=1/Tmax로 정해질 수 있다. 예를 들어, Tmax = 10s인 경우, Δf는 1/10Hz일 수 있다. 이 경우 주파수 루프의 변화 범위가 5~30Hz 라면, 주파수 루프는 25*10=250회 반복된다.At this time, the frequency update step interval may be determined in conjunction with the measurement time. For example, if the measurement time by the receiver arrangement is Tmax, Δf = 1 / Tmax can be determined. For example, when Tmax = 10s, Δf may be 1/10 Hz. In this case, if the change range of the frequency loop is 5-30 Hz, the frequency loop is repeated 25 * 10 = 250 times.

모델 갱신 루프(Model Update Loop)는 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다, 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격으로 기준 속도 모델을 갱신한다.The model update loop updates the reference speed model at the reference speed model update step interval for each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop in which the frequency increases from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order.

한편, 각각의 주파수에 대해 댐핑 상수 루프(Damping Constant Loop)가 반복된다. 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다 수행되는 모델 갱신 루프가 댐핑 상수 루프(Damping Constant Loop) 동안 반복된다.On the other hand, a damping constant loop is repeated for each frequency. A model update loop is performed during the damping constant loop, which is performed for each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop in which the frequency increases from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order.

댐핑 상수 루프 동안 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다, 복소수 값인 주파수의 허수부를 특정 범위 내에서 특정 간격으로 증가시켜 댐핑 상수를 조절한다.Damping Constant Adjusts the damping constant by increasing the imaginary part of the complex frequency at a specific interval within a specific range for each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop, where the frequency increases from lowest to highest frequency in ascending order during the loop. do.

예컨대, 댐핑 상수 루프에서 댐핑 상수가 0.2~1.0의 범위에서 0.2의 간격으로 증가되도록 구현될 수 있다. 이 경우 댐핑 상수 루프는 5회 반복될 수 있다. 각각의 댐핑 상수에 대해 기준 속도 모델 갱신이 3~10회의 범위에서 반복될 수 있다.For example, in the damping constant loop, the damping constant may be implemented to increase at intervals of 0.2 in the range of 0.2 to 1.0. In this case, the damping constant loop may be repeated five times. For each damping constant, the reference speed model update can be repeated in the range of 3 to 10 times.

최적화 반복 루프(Optimization Iteration Loop)는 주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 각 주파수 마다 산출되는 최종 속도 모델을 다음 주파수의 초기 기준 속도 모델로 입력한다. 주파수 루프는 최적화 반복 루프(Optimization Iteration Loop) 동안 반복된다.The optimization iteration loop inputs the final velocity model calculated for each frequency of the frequency loop in which the frequencies increase from the lowest frequency to the highest frequency in ascending order as an initial reference velocity model of the next frequency. The frequency loop is repeated during the Optimization Iteration Loop.

이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 주파수 갱신 스텝 및 기준 속도 모델 갱신 스텝을 결정하는 새로운 방법을 제시함으로써 수렴 속도나 최종 속도 모델의 신뢰도를 제고할 수 있고, 이에 따라 지하 구조의 영상화시의 해상도 및 정확도를 개선할 수 있다. By implementing in this way, the present invention can improve the convergence speed or the reliability of the final speed model by suggesting a new method for determining the frequency update step and the reference speed model update step. You can improve the accuracy.

도 6 은 Marmousi 속도 모델을 도시한 도면이다. 도 6 을 참조해 보면, 24m의 격자 간격에서의 Marmousi p파 속도 모델을 보여주고 있다. Marmousi 모델의 합성된 탄성파 자료(synthetic seismogram)는 383개의 고정된 수신기에서 기록된 것이고, 송신원의 숫자는 190이다. 4Hz에서부터 15Hz까지 0.1Hz의 간격으로 111개의 주파수 성분을 사용하였고, 감쇠값(damping value) 0.5의 복소 주파수가 사용되었다.6 shows a Marmousi velocity model. Referring to FIG. 6, a Marmousi p-wave velocity model at a grid spacing of 24 m is shown. Synthetic seismograms of the Marmousi model were recorded at 383 fixed receivers and the number of sources was 190. 111 frequency components were used at intervals of 0.1 Hz from 4 Hz to 15 Hz, and a complex frequency of 0.5 damping value was used.

도 7 은 기준 속도 모델(Initial velocity model)을 도시한 도면이다. 도 7 을 참조해 보면, 기준 속도 모델이 1.5km/s에서부터 4.0km/s까지 선형적으로 증가했음을 알 수 있다.FIG. 7 is a diagram illustrating an initial velocity model. FIG. Referring to FIG. 7, it can be seen that the reference speed model linearly increased from 1.5 km / s to 4.0 km / s.

도 8 은 본 발명에 따른 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법에 의해 역산된 기준 속도 모델을 도시한 도면이다. 도 8 을 참조해 보면, 본 발명에 따른 지하 구조 영상화 방법에 의한 완전 파형 역산의 수행 결과 아티팩트(artifact)와, 오버에스티메이션(Overestimation)이 나타나지 않음을 볼 수 있다.8 is a diagram illustrating a reference velocity model inverted by a robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion according to the present invention. Referring to FIG. 8, it can be seen that artifacts and overestimation do not appear as a result of performing the full waveform inversion by the underground structure imaging method according to the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주파수 갱신 스텝 및 기준 속도 모델 갱신 스텝을 결정하는 새로운 방법을 제시하여 수렴 속도나 최종 속도 모델의 신뢰도를 제고할 수 있고, 이에 따라 지하 구조의 영상화시의 해상도 및 정확도를 개선할 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.As described above, the present invention proposes a new method for determining the frequency update step and the reference speed model update step to improve the convergence speed or the reliability of the final speed model. Since the accuracy can be improved, the above object of the present invention can be achieved.

본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. The various embodiments disclosed in the specification and drawings are merely presented as specific examples for clarity and are not intended to limit the scope of the various embodiments of the present invention.

따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of various embodiments of the present invention includes all changes or modifications derived based on the technical spirit of various embodiments of the present invention in addition to the embodiments described herein are included in the scope of the various embodiments of the present invention. Should be interpreted as

본 발명은 지하 구조 영상화 관련된 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.The present invention can be used industrially in the technical field related to underground structural imaging and its application.

104 : 신호처리장치
300 : 완전 파형 역산부
301 : 기준 파동장 산출부
302 : 목적 함수 산출부
303 : 기준 속도 모델 갱신부
304 : 최종 속도 모델 산출부
310 : 지하 구조 영상화부104: signal processing device
300: full waveform inversion unit
301: reference wave field calculator
302: objective function calculation unit
303: reference speed model update unit
304: the final speed model calculation unit
310: underground structure imaging unit

Claims (10)

목적 함수의 값이 소정 값 이하가 될 때까지 기준 속도 모델을 갱신하면서, 기준 속도 모델을 적용한 파동 방정식의 해인 기준 파동장과 실제 파동장의 잔차로부터 목적 함수를 반복적으로 산출하고, 목적 함수의 값이 소정의 값 이하일 때의 기준 파동장으로부터 최종 속도 모델을 산출하는 완전 파형 역산단계와;
완전 파형 역산단계에 의해 산출되는 최종 속도 모델로부터 측정 대상 지역의 지하 구조를 영상화하는 지하 구조 영상화단계를;
포함하되,
주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 주파수 갱신 스텝 간격으로 증가되는 주파수 루프(Frequency Loop) 내에서, 기준 속도 모델을 갱신하는 모델 갱신 루프(Model Update Loop)가 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격으로 반복 수행되되, 주파수 갱신 스텝 간격은 측정 시간에 연동되어 결정되고, 기준 속도 모델 갱신 스텝 간격은 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수에 따라 결정되는 그리드 싸이즈(Grid Size)에 따라 결정되는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.While updating the reference velocity model until the value of the objective function is less than or equal to the predetermined value, the objective function is repeatedly calculated from the residuals of the reference wave field and the actual wave field, which are solutions of the wave equation to which the reference velocity model is applied, and the value of the objective function is A full waveform inversion step of calculating a final velocity model from a reference wave field when less than a predetermined value;
An underground structure imaging step of imaging the underground structure of the area to be measured from the final velocity model calculated by the full waveform inversion step;
Including,
In a frequency loop in which the frequency is increased in the ascending order from the lowest frequency to the highest frequency in a frequency update step interval, a model update loop for updating the reference speed model is repeatedly performed at the reference speed model update step interval. The frequency update step interval is determined in conjunction with the measurement time, and the reference speed model update step interval is an iterative waveform inversion determined by the grid size determined by each frequency determined by the frequency update step interval. Robust Underground Structure Imaging Method. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
기준 속도 모델 갱신 스텝 간격이:
그리드 싸이즈의 1/3 내지 1/2 범위 내에서 결정되는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method of claim 1,
Standard speed model update step interval:
Robust underground structure imaging method using repetitive waveform inversion determined within 1/3 to 1/2 of grid size. 제 1 항에 있어서,
주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다 수행되는 모델 갱신 루프가 댐핑 상수 루프(Damping Constant Loop) 동안 수행되는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method of claim 1,
Robust underground with repetitive waveform inversion, where a model update loop is performed during each damping constant loop, a model update loop performed at each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop in which the frequencies increase from ascending to the highest frequency in ascending order. Structural Imaging Method. 제 5 항에 있어서,
댐핑 상수 루프 동안:
주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 주파수 갱신 스텝 간격에 따라 정해지는 각 주파수 마다, 복소수 값인 주파수의 허수부를 특정 범위 내에서 특정 간격으로 증가시켜 댐핑 상수를 조절하는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method of claim 5,
During the damping constant loop:
Iterative waveform inversion that adjusts the damping constant by increasing the imaginary part of the frequency, which is a complex value, at a specific interval for each frequency determined by the frequency update step interval of the frequency loop, where the frequency increases from lowest to highest frequency in ascending order. Robust Underground Image Imaging Method 제 1 항에 있어서,
주파수 루프는:
주파수가 오름차순으로 최저 주파수로부터 최고 주파수까지 증가되는 주파수 루프의 각 주파수 마다 산출되는 최종 속도 모델을 다음 주파수의 초기 기준 속도 모델로 입력하는 최적화 반복 루프(Optimization Iteration Loop) 동안 수행되는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method of claim 1,
The frequency loop is:
Iterative waveform inversion is performed during the optimization iteration loop in which the final velocity model, calculated for each frequency in the frequency loop in which the frequencies increase from ascending order to the highest frequency, is entered as the initial reference velocity model for the next frequency. Robust Underground Structure Imaging Method. 제 1 항 또는 제 4 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
목적 함수로:
L2 놈(Norm)이 사용되는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method according to any one of claims 1 or 4 to 7,
As the objective function:
Robust Underground Imaging Method Using Repetitive Waveform Inversion Using L2 Norm. 제 8 항에 있어서,
목적 함수가:
RMS(Root Mean Square) 함수인 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method of claim 8,
The objective function is:
Robust underground imaging method using repetitive waveform inversion as a root mean square (RMS) function. 제 1 항 또는 제 4 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
완전 파형 역산단계가:
라플라스-푸리에 도메인(Laplace-Fourier Domain)에서 수행되는 반복적 파형 역산을 이용한 강건한 지하 구조 영상화 방법.The method according to any one of claims 1 or 4 to 7,
Full Waveform Inversion Steps:
Robust Underground Imaging Method Using Repetitive Waveform Inversion Performed in Laplace-Fourier Domain.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100094418A (en) * 2009-02-17 2010-08-26 (주)신스지오피직스 Seismic imaging apparatus and method for the same
WO2016193180A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Sub Salt Solutions Limited Improved method for inversion modelling
KR20170009609A (en) 2015-07-17 2017-01-25 서울대학교산학협력단 Seismic imaging apparatus and method using iterative direct waveform inversion and full waveform inversion
KR101820850B1 (en) 2014-07-25 2018-01-22 서울대학교 산학협력단 Seismic imaging apparatus and method using iterative direct waveform inversion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100094418A (en) * 2009-02-17 2010-08-26 (주)신스지오피직스 Seismic imaging apparatus and method for the same
KR101820850B1 (en) 2014-07-25 2018-01-22 서울대학교 산학협력단 Seismic imaging apparatus and method using iterative direct waveform inversion
WO2016193180A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Sub Salt Solutions Limited Improved method for inversion modelling
KR20170009609A (en) 2015-07-17 2017-01-25 서울대학교산학협력단 Seismic imaging apparatus and method using iterative direct waveform inversion and full waveform inversion

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2015.6 "Iterative direct waveform inversion (IDWI) plus Fourier-domain full waveform inversion (FWI)"
Changsoo Shin, Nam-Hyung Koo, Young Ho Cha, and Keun-Pil Park, "Sequentially ordered single-frequency 2-D acoustic waveform inversion in the Laplace-Fourier domain", Geophysical Journal International(2010) 181, 935-950,
전형구, 신창수, 헌병구. 현장 탄성파 탐사 자료에 대한 완전 파형 역산 적용 기법 연구. 학술원논문집(자연과학편). 제54집, 제2호, 2015. 145-168쪽 *
하완수, 편석준, 손우현, 신창수, 고승원, 서영탁. 암염돔 하부 구조의 구조보정 영상 개선을 위한 파형역산 기법 연구. 물리탐사 Multi-Tamsa. Vol.11, No.3, 2008. 177-183쪽 *

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