KR20210011033A - Laplace Fourier domain complete waveform inversion apparatus and method using multiple attenuation and multiple offsets - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법으로, 측정 대상 지역의 탄성파 신호를 측정 데이터로 수신하는 단계와, 측정 데이터로부터 탄성파 신호의 오프셋을 소정 갯수로 분할하고, 각 서브 오프셋별 감쇄 계수를 산출하는 단계와, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여, 시간 영역의 측정 데이터를 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터로 변환하는 단계와, 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터를 입력받아 파라미터가 포함된 방정식을 설정하고, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여 방정식을 라플라스-푸리에 영역에서 계산하여 모델링 데이터를 산출하는 단계 및 서브 오프셋별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터를 비교하여 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함한다. The present invention is a Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets, receiving an elastic wave signal of a measurement target area as measurement data, dividing the offset of the elastic wave signal from the measurement data into a predetermined number, and each sub Calculating attenuation coefficients for each offset, converting measurement data in the time domain into measurement data in the Laplace-Fourier domain using a plurality of attenuation coefficients for each sub-offset, and inputting parameters representing characteristics of the measurement target area Received, set an equation including parameters, and calculate modeling data by calculating the equation in the Laplace-Fourier region using attenuation coefficients for each sub-offset, and measuring data and modeling data in the Laplace-Fourier region for each sub-offset. Comparing and updating the parameters.
Description
본 발명은 지하 구조 탐사 기술에 관한 것으로, 특히 파형 역산(Full Waveform Inversion)을 이용한 신호 처리를 통해 지하 구조를 분석해내는 기술과 관련된다.The present invention relates to a technology for exploring underground structures, and in particular, to a technology for analyzing an underground structure through signal processing using full waveform inversion.
완전 파형 역산(Full Waveform Inversion)이란 중합전 탄성파 데이터(prestack seismic data)를 이용하여 지하의 속도 모델을 추정하는 기법을 말한다.Full Waveform Inversion refers to a technique for estimating an underground velocity model using prestack seismic data.
완전 파형 역산은 관심 지역에 대한 초기 모델을 만들고 해당 지역에서 측정값을 얻은 후, 얻어진 측정값을 이용하여 초기 모델을 반복적으로 업데이트하여 실제 지하 구조와 유사한 지하 구조 모델을 얻는 일련의 과정을 의미하는 것으로 볼 수 있다. 이와 같은 과정은 컴퓨터에 의해 임의의 지하 구조로부터 이론값들을 계산하고(모델링) 이론값과 현장탐사를 통해 얻어진 자료 사이의 오차로부터 그 오차가 최소가 될 때까지 지하의 물성을 대표하는 파라미터를 반복적으로 업데이트하면서 계산이 이루어진다.Complete waveform inversion refers to a series of processes in which an initial model for an area of interest is created, measurements are obtained from the area, and then the initial model is repeatedly updated using the obtained measurements to obtain an underground structure model similar to the actual underground structure. Can be seen as. In this process, theoretical values are calculated from an arbitrary underground structure by a computer (modeling), and parameters representing the properties of the basement are iteratively calculated from the error between the theoretical value and the data obtained through field exploration until the error is minimized. The calculation is made while updating to
완전 파형 역산은 지구 물리탐사의 목표 중의 하나인 지하구조 해석의 한 방법으로 수학적으로 수많은 방법이 운용되고 있다. 최근 컴퓨터가 발달하여 간단한 역산이 개인용 컴퓨터로 많이 해결되고 있으며, 대개 유일해가 존재하지 않으므로 특정 조건을 부가하여 최적해를 얻는다. Complete waveform inversion is one of the objectives of the Earth's physical exploration, which is one of the methods of underground structure analysis. Numerous mathematical methods are being used. Recently, with the development of computers, simple inverse calculations are often solved with personal computers, and since there is usually no unique solution, an optimal solution is obtained by adding specific conditions.
이러한 완전 파형 역산 해의 안정성을 위해 오차에 따른 다양한 감쇄계수 적용 시도가 있었다. There have been attempts to apply various attenuation coefficients according to errors for the stability of this complete waveform inverse solution.
우선, L2 norm 값에 시간의 제곱승을 곱해서 오차에 대한 에너지 감쇄를 보정하는 Weighted L2 FWI는 방식이 있는데, 이는 일반적인 탄성파 자료에 대해 효과가 있으나, 사이클 스킵(cycle skipping) 문제가 발생한다는 문제가 있다. First, there is a method of weighted L2 FWI that compensates for energy attenuation for errors by multiplying the L2 norm value by the square of time. This is effective for general seismic data, but there is a problem that a cycle skipping problem occurs. have.
다음으로, 거리에 따른 에너지 감쇄를 보정하기 위해 첫 번째 도달파시간(first arrival travel time)부터 파가 감쇄하는 것으로 가정하여 초기 도달시간까지 감쇄 함수(Decay function)를 쉬프트하여 감쇄보정하는 쉬프트 라플라스 도메인(Shifted Laplace domain) FWI의 경우, 넌 쉬프트(Nonshift) 방법에 비해 안정적인 해를 제공하지만 초기 도달파(first arrival pick)를 피킹하는 동안 많은 오차가 발생하여 역산의 정확도 저하된다.Next, in order to correct the energy attenuation according to the distance, the shift Laplace domain is assumed to be attenuated from the first arrival travel time, and the decay function is shifted until the initial arrival time to correct the attenuation. (Shifted Laplace domain) In the case of FWI, it provides a stable solution compared to the non-shift method, but there are many errors during peaking of the first arrival pick, which degrades the accuracy of the inverse calculation.
마지막으로, 목적함수로서 실제자료와 모델자료의 디콘볼루션(Deconvolution)을 사용하는 FWI using deconvolution object function는 저주파 성분없이 안정적인 FWI를 수행할 수 있으나, 노치(notch) 주파수에서 해가 극도로 불안정해지는 단점을 가지고 있다. Finally, the FWI using deconvolution object function, which uses deconvolution of real and model data as the objective function, can perform stable FWI without low frequency components, but the solution becomes extremely unstable at the notch frequency. It has a drawback.
본 발명은 완전 파형 역산(Full Waveform Inversion)의 해의 안정성 및 정확도를 향상시키는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides a Laplace Fourier domain full waveform inversion apparatus and method using multiple attenuation and multiple offsets to improve stability and accuracy of a solution of a full waveform inversion.
본 발명은 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치로, 측정 대상 지역의 탄성파 신호를 측정 데이터로 수신하는 입력부와, 측정 데이터로부터 탄성파 신호의 오프셋을 소정 갯수로 분할하고, 각 서브 오프셋별 감쇄 계수를 산출하는 감쇄 계수 산출부와, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여, 시간 영역의 측정 데이터를 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터로 변환하는 라플라스 계산부와, 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터를 입력받아 파라미터가 포함된 방정식을 설정하고, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여 방정식을 라플라스-푸리에 영역에서 계산하여 모델링 데이터를 산출하는 모델링 데이터 생성부 및 서브 오프셋별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터를 비교하여 파라미터를 업데이트하는 파라미터 업데이트부를 포함한다. The present invention is a Laplace Fourier region complete waveform inversion device using multiple attenuation and multiple offsets, an input unit for receiving an acoustic wave signal of a measurement target region as measurement data, and a predetermined number of offsets of the acoustic wave signal from the measurement data, and each sub An attenuation coefficient calculation unit that calculates attenuation coefficients for each offset, a Laplace calculation unit that converts measurement data in the time domain into measurement data in the Laplace-Fourier domain using a plurality of sub-offset attenuation coefficients, and a characteristic of the measurement target area. A modeling data generator and a Laplace-Fourier for calculating modeling data by receiving a parameter representing a parameter and setting an equation including the parameter, and calculating the equation in the Laplace-Fourier domain using attenuation coefficients for each sub-offset. And a parameter update unit that compares the measurement data of the region and modeling data to update a parameter.
본 발명은 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법으로, 측정 대상 지역의 탄성파 신호를 측정 데이터로 수신하는 단계와, 측정 데이터로부터 탄성파 신호의 오프셋을 소정 갯수로 분할하고, 각 서브 오프셋별 감쇄 계수를 산출하는 단계와, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여, 시간 영역의 측정 데이터를 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터로 변환하는 단계와, 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터를 입력받아 파라미터가 포함된 방정식을 설정하고, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여 방정식을 라플라스-푸리에 영역에서 계산하여 모델링 데이터를 산출하는 단계 및 서브 오프셋별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터를 비교하여 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함한다. The present invention is a Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets, receiving an elastic wave signal of a measurement target area as measurement data, dividing the offset of the elastic wave signal from the measurement data into a predetermined number, and each sub Calculating attenuation coefficients for each offset, converting measurement data in the time domain into measurement data in the Laplace-Fourier domain using a plurality of attenuation coefficients for each sub-offset, and inputting parameters representing characteristics of the measurement target area Received, set an equation including parameters, and calculate modeling data by calculating the equation in the Laplace-Fourier region using attenuation coefficients for each sub-offset, and measuring data and modeling data in the Laplace-Fourier region for each sub-offset. Comparing and updating the parameters.
본 발명에 따라, 오프셋에 따른 구간(suboffset)을 나누고 각 구간마다 상이한 감쇄계수를 적용함으로써 구간내에서 에너지의 차를 밸런싱하여, 완전 파형 역산(Full Waveform Inversion)의 해의 안정성 및 정확도를 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by dividing a suboffset according to an offset and applying a different attenuation coefficient for each section, the difference in energy within the section is balanced, thereby improving the stability and accuracy of the solution of Full Waveform Inversion. I can.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 완전 파형 역산의 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치가 적용되는 지하구조의 영상화 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호처리부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 신호 처리부 내에서 다중감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산을 위한 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 서브 오프셋을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 다중 서브 오프셋별 다중 감쇄 계수를 적용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a diagram schematically illustrating the principle of complete waveform inversion according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a schematic configuration of an underground structure imaging apparatus to which a Laplace Fourier region complete waveform inversion apparatus using multiple attenuation and multiple offsets according to an embodiment of the present invention is applied.
3 is a diagram showing a detailed configuration of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a detailed configuration for a Laplace Fourier domain complete waveform inversion using multiple attenuation and multiple offset in a signal processing unit.
5 is a diagram for describing multiple sub-offsets according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining applying multiple attenuation coefficients for multiple sub-offsets according to the present invention.
7 is a flowchart illustrating a Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to user or operator intention or custom. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
본 발명의 실시예에 따른 완전 파형 역산(Full Waveform Inversion)이란 현장에서 실제 측정된 자료를 토대로 지하 구조에 관한 정보(예컨대, 측정 대상 지역에 대한 속도 모델 또는 밀도 모델)를 유추하는 과정을 말한다. 이러한 파형 역산은 해석자가 임의의 지하구조 모델을 설정한 후 설정된 모델에 대한 이론값을 구하는 모델링(modeling) 과정을 수반할 수 있다.Full Waveform Inversion according to an embodiment of the present invention refers to a process of inferring information about an underground structure (eg, a velocity model or a density model for a measurement target area) based on data actually measured in the field. Such waveform inversion may involve a modeling process in which an analyst sets an arbitrary underground structure model and then obtains a theoretical value for the set model.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 완전 파형 역산을 이용하여 지하 구조를 영상화 하는 경우, 모델링을 거쳐 계산된 이론값들과 실제 현장 탐사를 통해 얻어진 측정값들을 비교하여 새로운 지하 구조 모델을 만들고, 새로운 지하 구조 모델에 대한 이론값들을 다시 측정값들과 반복적으로 비교하여 그 오차를 최소화함으로써 실제 지하 구조와 유사한 지하 구조 모델을 얻는 것이 가능하다.For example, when imaging an underground structure using complete waveform inversion according to an embodiment of the present invention, a new underground structure model is created by comparing the theoretical values calculated through modeling with the measured values obtained through actual field exploration. It is possible to obtain an underground structure model similar to an actual underground structure by repeatedly comparing the theoretical values for the underground structure model with the measured values to minimize the error.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 완전 파형 역산은 측정 대상 지역의 지하 구조를 영상화하기 위한 영상 데이터를 생성하기 위해 각종 신호를 처리하는 계산 장치, 신호 처리 알고리즘이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체, 이러한 계산 장치 또는 기록 매체 등을 통해 지하 구조를 영상화하는 방법 등에 의해 구체화될 수 있다.The complete waveform inversion according to an embodiment of the present invention includes a computer-readable recording medium in which a signal processing algorithm is recorded, a computing device for processing various signals to generate image data for imaging an underground structure of a measurement target area, It can be embodied by a method of imaging an underground structure through such a computing device or a recording medium.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 완전 파형 역산의 원리를 개략적으로 설명한다.First, a principle of complete waveform inversion according to an embodiment of the present invention will be schematically described with reference to FIG. 1.
도 1에서, V는 지하 구조의 특성을 나타내며, S는 V에 가하여진 입력을, D는 S가 V에 가하여졌을 때의 출력을 나타낸다.In Fig. 1, V represents the characteristics of the underground structure, S represents the input applied to V, and D represents the output when S is applied to V.
파형 역산의 최종적인 목적은 측정된 D를 이용하여 지하 구조의 특성 V를 찾는 것이다. 한편, 지하 구조의 특성 중 탄성파의 속도 분포(즉, 속도 모델)가 파악되면 이를 통해 쉽게 지하 구조를 영상화할 수 있으므로 위 특성 V는 속도 분포인 것으로, 입력 S는 송신원 자료인 것으로, 출력 D는 탄성파 자료인 것으로 가정한다.The final purpose of the waveform inversion is to find the characteristic V of the underground structure using the measured D. On the other hand, if the velocity distribution (i.e., velocity model) of the seismic wave is identified among the characteristics of the underground structure, the above characteristic V is the velocity distribution, and the input S is the source data, and the output D is It is assumed to be seismic data.
측정된 탄성파 자료 Dreal은 측정 대상 지역의 현장 탐사를 통해 실제로 얻을 수 있고, 추정된 탄성파 자료 Dest는 해당 지역을 모델링한 이론값(Vest, Sest)으로부터 얻는 것이 가능하다. 이때, 실제 측정된 탄성파 자료 Dreal과 추정된 탄성파 자료 Dest 간의 차이가 최소화되도록 초기에 추정된 속도 자료 Vest 및 송신원 자료 Sest를 업데이트하고 이러한 과정을 반복하면 결국 추정된 속도 분포 Vest를 실제의 속도 분포 Vreal과 동일시 할 수 있게 되는 것이다. 이때, 지하구조를 나타내는 V는 위와 같이 속도분포만을 나타낼 수도 있고, 속도/밀도, 임피던스, Lame 상수/밀도 분포를 나타낼 수도 있다.The measured seismic data Dreal can be obtained through field exploration of the area to be measured, and the estimated seismic data Dest can be obtained from the theoretical values (Vest, Sest) modeling the area. At this time, if the initially estimated velocity data Vest and the source data Sest are updated to minimize the difference between the actual measured seismic data Dreal and the estimated seismic data Dest, and repeat this process, the estimated velocity distribution Vest is eventually converted to the actual velocity distribution Vreal. It can be identified with. At this time, V representing the underground structure may represent only the velocity distribution as above, or may represent the velocity/density, impedance, and Lame constant/density distribution.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치가 적용되는 지하구조의 영상화 장치의 개략적인 구성을 도시한다.FIG. 2 shows a schematic configuration of an underground structure imaging apparatus to which a Laplace Fourier domain complete waveform inversion apparatus using multiple attenuation and multiple offsets according to an embodiment of the present invention is applied.
도 2를 참조하면, 지하구조의 영상화 장치는 송신원(10), 수신기(20), 신호처리부(100) 및 디스플레이부(40)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the apparatus for imaging an underground structure may include a
송신원(10)은 측정 대상 지역(30)으로 파동을 발생시키는 것이 가능하며, 수신기(20)는 측정 대상 지역(30)으로부터 전파되는 탄성파 신호를 수신할 수 있다. 신호처리부(100)는 수신기(20)로부터 탄성파 신호를 수신하고 디스플레이부(40)로 측정 대상 지역(30)의 지하구조가 표시될 수 있도록 수신된 탄성파 신호를 처리하여 영상 데이터를 생성한다.The
신호처리부(100)의 신호 처리 과정은 전술한 완전 파형 역산을 이용하게 되는데, 본 실시예에 따른 신호처리부(100)는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산을 수행할 수 있다. The signal processing of the
예컨대, 신호 처리부(100)는 입력받은 감쇄 계수 s를 갖는 지수감쇄함수(e-st)를 곱하고 이러한 감쇄 파장을 시간에 대하여 적분하여 영역 변환(domain transformation)을 하는 것이 가능하다. 신호처리부(100)의 완전 파형 역산을 위한 라플라스-푸리에 변환은 이미 잘 알려진 내용으로 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.For example, the
그런데, 측정 대상 지역(30)으로부터 수신기(20)에 탄성파 신호가 도달하는 시간은 지하 지층의 심도와 밀접한 관계가 있다. 즉, 감쇄 계수가 크면 도달 시간이 빠른 탄성파 신호를 상대적으로 크게 증폭시키므로 천부층의 역산에 유리하다. 반면, 감쇄 계수가 작을 경우 도달 시간이 늦은 탄성파 신호를 상대적으로 크게 증폭시켜 심부층의 역산에 유리이다. By the way, the time when the seismic signal arrives from the
한편, 완전 파형 역산에 사용되는 최적화 기법은 그래디언트가 큰 격자점의 업데이트가 우선하는 알고리즘이다. 따라서, 측정 데이터와 모델링 데이터의 에너지가 작은 격자점은 상대적인 역산의 결과가 불량해질 수 있다. 라플라스 영역에서의 단일 감쇄계수를 사용하는 경우, 최대에너지와 최소에너지의 차가 심해 작은 에너지를 갖는 먼 오프셋 자료에 대해서는 해의 수렴이 불안정하고 정확한 역산이 이루어지지 못하므로 감쇄 계수를 조정하여 에너지를 복원시켜야 한다는 문제가 있다. On the other hand, the optimization technique used for complete waveform inversion is an algorithm that prioritizes updating grid points with a large gradient. Accordingly, a result of relative inversion may be poor for grid points in which the energy of measurement data and modeling data is small. In the case of using a single attenuation coefficient in the Laplace region, the difference between the maximum energy and the minimum energy is so great that the convergence of the solution is unstable and accurate inversion cannot be performed for the distant offset data having a small energy. There is a problem that should be done.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리부(100)는 오프셋의 크기에 반비례하는 감쇄 계수값을 적용하여, 측정 대상 지역(30)의 심도에 따라 효율적으로 탄성파 신호가 증폭되도록 한다. 이로 인해 거리로 인한 탄성파 신호의 에너지 감쇄를 인공적 처리없이 상대적 복원이 가능하도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라, 신호 처리부(100)는 라플라스 영역에서 완전 파형 역산을 수행하되, 오프셋에 따른 구간(suboffset)을 나누고 각 구간마다 상이한 감쇄 계수를 적용하여 완전 파형 역산을 수행한다. Accordingly, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호처리부의 구체적인 구성을 도시이고, 도 4는 신호 처리부 내에서 다중감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산을 위한 상세 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 서브 오프셋을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 다중 서브 오프셋별 다중 감쇄 계수를 적용하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration for inverting a Laplace Fourier domain complete waveform using multiple attenuation and multiple offsets in the signal processing unit. 5 is a diagram for explaining multiple sub-offsets according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for describing application of multiple attenuation coefficients for multiple sub-offsets according to the present invention.
제 1 입력부(110)는 수신기(20)와 연결되어 측정 대상 지역에 대한 시간 영역의 데이터를 입력받는다. 제 1 입력부(110)는 수신된 시간 영역의 데이터를 변환부(120)로 전달한다. The
변환부(120)는 입력받은 시간 영역의 데이터를 라플라스-푸리에 영역의 데이터로 변환한다. 예컨대, 변환부(120)는 복소수로 주어지는 감쇄 계수를 이용하여 <수학식 1>과 같이 데이터를 변환하는 것이 가능하다.The
<수학식 1>에서 는 라플라스-푸리에 영역으로 변환된 데이터를, 는 시간 영역의 데이터를, 는 감쇄 계수를 나타낸다.In <
그런데, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 변환부(120)는 다중 오프셋 별 다중 감쇄 계수들을 이용하여 라플라스-푸리에 변환할 수 있다. However, according to an embodiment of the present invention, the
상세하게는, 도 4를 참조하면, 변환부(120)는 감쇄 계수 산출부(121) 및 복수의 라플라스 변환부들(122-1, 122-2,..., 123-n)을 포함할 수 있다. Specifically, referring to FIG. 4, the
감쇄 계수 산출부(121)는 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성파 트레이스(공통 음원모음자료)의 오프셋을 소정 갯수 n의 서브 오프셋으로 분할하고, 서브 오프셋에 속한 트레이스들이 영상화에 기여하는 지하심도 및 오프셋에 따른 감쇄율을 계산하여 서브 오프셋별 감쇄 계수를 결정한다. As shown in FIG. 4, the attenuation
라플라스 변환부들(122-1, 122-2,..., 123-n)은 감쇄 계수 산출부(121)에 의해 산출된 n개의 감쇄 계수들 각각을 이용하여 <수학식 1>과 같이 라플라스-푸리에 변환할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 (a)에 도시된 바와 같은 측정 데이터를 (b)에 도시된 바와 같은 서브 오프셋 별 감쇄 계수들()을 이용한 라플라스 푸리에 변환일 수 있다. 여기서, 감쇄 계수들의 크기는 일 수 있다. The Laplace transform units 122-1, 122-2,..., 123-n use each of the n attenuation coefficients calculated by the attenuation
모델링 데이터 생성부(130)는 측정 대상 지역에 대한 모델링 데이터를 생성하는 기능을 수행한다. 예컨대, 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터가 제 2 입력부(140)로 입력되면, 파라미터 저장부(150)는 입력된 파라미터를 저장하고, 모델링 데이터 생성부(130)는 파라미터 저장부(150)에 저장된 파라미터를 수신하여 파라미터가 포함된 방정식을 설정한 후, 방정식을 라플라스-푸리에 영역에서 계산하여 모델링 데이터를 생성하는 것이 가능하다. The modeling
본 발명의 일 실시 예에 따라, 모델링 데이터 생성부(130)는 감쇄 계수들별로 모델링 데이터를 생성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
상세하게는, 도 4를 참조하면, 모델링 데이터 생성부(130)는 방정식 설정부(131) 및 복수의 라플라스 변환부들(132-1, 132-2,..., 133-n)을 포함할 수 있다. Specifically, referring to FIG. 4, the modeling
방정식 설정부(131)는 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터가 반영된 파동방정식을 유한요소법 또는 유한차분법을 이용하여 행렬방정식으로 표현할 수 있는데, 이러한 방정식으로부터 해 를 구할 수 있다. The
라플라스 변환부들(122-1, 122-2,..., 123-n) 각각은 감쇄 계수 산출부(121)에 의해 산출된 n개의 감쇄 계수들 각각을 이용하여 다음의 <수학식 2>와 같이 라플라스-푸리에 변환할 수 있다. Each of the Laplace transform units 122-1, 122-2,..., 123-n uses each of the n attenuation coefficients calculated by the attenuation
<수학식 2>에서 는 라플라스-푸리에 영역으로 변환된 데이터를, 는 시간 영역의 데이터를, 는 감쇄 계수를 나타낸다.In <
여기서, 변환부(120)의 출력은 측정 데이터를 의미하고 모델링 데이터 생성부(130)의 출력은 추정 데이터인 것으로 볼 수 있다.Here, the output of the
파라미터 업데이트부(160)는 변환부(120)의 출력, 즉 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터 생성부(130)의 출력, 즉 라플라스-푸리에 영역의 모델링 데이터를 비교하여 파라미터 저장부(150)에 저장된 파라미터를 갱신한다. 이때, 파라미터 업데이트부(160)는 측정 데이터 와 모델링 데이터 간의 차이를 최소화시킬 수 있는 방향으로 기 저장된 파라미터를 업데이트하는 것이 가능하다.The
본 발명의 일 실시 예에 따라, 파라미터 업데이트부(160)는 매 주파수마다 측정 데이터 와 모델링 데이터 간 차이를 계산하여 기 저장된 파라미터를 업데이트한다. According to an embodiment of the present invention, the
즉, 파라미터 업데이트부(160)는 모델링 데이터 생성부(130)에서 얻어진 와 변환부(120)에서 얻어진 를 비교하여 그 차이가 최소화되도록 파라미터 저장부(150)에 저장된 파라미터를 갱신하게 되는데, 이를 위해 와 간의 차이를 나타내는 목적 함수 E를 정의하고 목적 함수 E의 그래디언트를 이용하여 목적 함수 E를 감소시키는 방법으로 파라미터를 업데이트하는 것이 가능하다.That is, the
<수학식 3>에서 는 가상 음원의 전치 행렬이고, S는 임피던스 행렬을 나타낸다. In <
여기서, 목적 함수 E를 최소화하면서 파라미터를 업데이트하는 것은 최대경사법(steepest descent method)를 통해 이루어질 수 있다.Here, updating the parameter while minimizing the objective function E may be performed through a steepest descent method.
이와 같이 초기 파라미터에서 시작하여 반복적으로 최대경사방향의 스케일링된 업데이트 증분을 더하면, 목적 함수 E를 최소화하는 모델링 데이터를 얻을 수 있다.In this way, modeling data that minimizes the objective function E can be obtained by repeatedly adding the scaled update increments in the maximum slope direction starting from the initial parameters.
목적 함수 E를 최소화하는 모델링 데이터에 반영된 파라미터는 업데이트를 통해 측정 대상 지역의 특성과 동일한 것으로 볼 수 있으므로, 영상 데이터 생성부(170)는 최종적으로 업데이트된 파라미터를 이용하여 측정 대상 지역에 대한 영상 데이터를 생성할 수 있다.Since the parameters reflected in the modeling data minimizing the objective function E can be viewed as the same as the characteristics of the measurement target area through the update, the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법은 전술한 지하 구조의 영상화 장치에서 실행되거나 해당 영상화 장치에서 실행 가능한 기록 매체 등으로 구현될 수 있다.The Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented in the above-described subsurface imaging apparatus or a recording medium executable in the corresponding imaging apparatus.
도 7에서, 단계 S210은 측정 대상 지역으로부터 측정 데이터를 입력받는 단계이다. 측정 데이터는 측정 대상 지역으로부터 반사된 탄성파 자료가 될 수 있다.In FIG. 7, step S210 is a step of receiving measurement data from an area to be measured. The measurement data may be data of seismic waves reflected from an area to be measured.
측정 데이터는 단계 S220를 통해 라플라스-푸리에 영역의 데이터로 변환된다. The measurement data is converted into data of the Laplace-Fourier domain through step S220.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 단계 S220는 다중 오프셋 별 다중 감쇄 계수들을 이용하여 라플라스-푸리에 변환할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, step S220 may perform Laplace-Fourier transform using multiple attenuation coefficients for multiple offsets.
상세하게는, 단계 S221는 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성파 트레이스(공통 음원모음자료)의 오프셋을 소정 갯수 n의 서브 오프셋으로 분할하고, 서브 오프셋에 속한 트레이스들이 영상화에 기여하는 지하심도 및 오프셋에 따른 감쇄율을 계산하여 서브 오프셋별 감쇄 계수를 결정한다. In detail, step S221 divides the offset of the acoustic wave trace (common sound source collection data) into a predetermined number of sub-offsets, as shown in FIG. 4, and the depth and offset in which the traces belonging to the sub-offset contribute to imaging. The attenuation rate according to is calculated to determine the attenuation coefficient for each sub-offset.
다음으로, 단계 S223은 산출된 n개의 감쇄 계수들 각각을 이용하여 <수학식 1>과 같이 라플라스-푸리에 변환할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 (a)에 도시된 바와 같은 측정 데이터를 (b)에 도시된 바와 같은 서브 오프셋 별 감쇄 계수들()을 이용한 라플라스 푸리에 변환일 수 있다. 여기서, 감쇄 계수들의 크기는 일 수 있다. Next, in step S223, a Laplace-Fourier transform may be performed as shown in
한편, 단계 S230은 측정 대상 지역을 모델링하는 단계이다. 예컨대, 단계 S230은 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터를 이용하여 행렬 방정식을 설정하고, 방정식을 계산하여 모델링 데이터를 생성하는 과정이 될 수 있으며, 이를 위해 측정 대상 지역에 대한 초기 파라미터를 별도로 입력 받는 과정을 포함할 수 있다.Meanwhile, step S230 is a step of modeling an area to be measured. For example, step S230 may be a process of setting a matrix equation using a parameter representing the characteristics of the measurement target area, and calculating the equation to generate modeling data, and for this purpose, initial parameters for the measurement target area are separately input. May include a process.
본 발명의 일 실시 예에 단계 S230은 감쇄 계수들별로 모델링 데이터를 생성할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in step S230, modeling data may be generated for each attenuation coefficient.
상세하게는, 단계 S231은 측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터가 반영된 파동방정식을 유한요소법 또는 유한차분법을 이용하여 행렬방정식으로 표현할 수 있는데, 이러한 방정식으로부터 해 를 구할 수 있다. Specifically, in step S231, the wave equation in which the parameter representing the characteristics of the measurement target area is reflected can be expressed as a matrix equation using the finite element method or the finite difference method. Can be obtained.
단계 S233은 감쇄 계수 산출부(121)에 의해 산출된 n개의 감쇄 계수들 각각을 이용하여 상기 <수학식 2>와 같이 라플라스-푸리에 변환할 수 있다. In step S233, each of the n attenuation coefficients calculated by the attenuation
이어서, 단계 S240를 통해 라플라스-푸리에 영역에서 측정 데이터와 모델링 데이터 간의 차이를 반영하는 목적 함수를 생성한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 매 주파수마다 측정 데이터 와 모델링 데이터 간 차이를 계산하여 기 저장된 파라미터를 업데이트한다. Subsequently, an objective function reflecting the difference between the measurement data and the modeling data in the Laplace-Fourier region is generated through step S240. According to an embodiment of the present invention, measurement data for each frequency And modeling data The previously stored parameters are updated by calculating the difference between them.
다음으로, 단계 S250 및 단계 S260을 통해 목적 함수를 최소화하는 방향으로 초기 설정된 파라미터를 반복적으로 업데이트한다. 업데이트의 반복은 미리 임계값을 정해 놓고 업데이트된 파라미터를 이용하여 다시 생성된 목적 함수와 임계값을 비교하여 목적 함수가 임계값 이하로 내려갈 때까지 계속될 수 있다.Next, through steps S250 and S260, the initially set parameters are repeatedly updated in the direction of minimizing the objective function. The repetition of the update may be continued until the objective function falls below the threshold value by comparing the threshold value with the objective function regenerated using the updated parameter after setting a threshold value in advance.
예컨대, 단계 S250에서 목적 함수와 임계값을 비교하여, 목적 함수가 임계값 이하인 경우 종료하고, 그렇지 아니한 경우 단계 S260에서 모델링 데이터를 생성하기 위한 파라미터를 업데이트하는 것이 가능하다. 이때의 파라미터 업데이트는 목적 함수를 줄이는 방향으로 이루어 질 수 있다.For example, it is possible to compare the objective function and the threshold value in step S250 and terminate when the objective function is less than or equal to the threshold value, and otherwise update the parameter for generating modeling data in step S260. In this case, the parameter update may be performed in the direction of reducing the objective function.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다,Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. That is, a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can make a number of changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications It should be considered that equivalents are also within the scope of the present invention.
Claims (6)
측정 데이터로부터 탄성파 신호의 오프셋을 소정 갯수로 분할하고, 각 서브 오프셋별 감쇄 계수를 산출하는 감쇄 계수 산출부;
복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여, 시간 영역의 측정 데이터를 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터로 변환하는 라플라스 계산부;
측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터를 입력받아 파라미터가 포함된 방정식을 설정하고, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여 방정식을 라플라스-푸리에 영역에서 계산하여 모델링 데이터를 산출하는 모델링 데이터 생성부; 및
서브 오프셋별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터를 비교하여 파라미터를 업데이트하는 파라미터 업데이트부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치.An input unit for receiving an acoustic wave signal of a measurement target area as measurement data;
An attenuation coefficient calculating unit that divides the offsets of the acoustic wave signal from the measured data into a predetermined number and calculates an attenuation coefficient for each sub-offset;
A Laplace calculation unit that converts measurement data in a time domain into measurement data in a Laplace-Fourier domain by using attenuation coefficients for each sub-offset;
A modeling data generator configured to receive a parameter representing a characteristic of a measurement target region, set an equation including the parameter, and calculate modeling data by calculating an equation in a Laplace-Fourier region using attenuation coefficients for each sub-offset; And
A parameter update unit for updating a parameter by comparing measurement data and modeling data of the Laplace-Fourier region for each sub-offset;
Laplace Fourier domain complete waveform inversion device using multiple attenuation and multiple offsets comprising a.
복수의 서브 오프셋들 각각이 속한 트레이스들이 영상화에 기여하는 지하심도 및 서브 오프셋에 따른 감쇄율을 계산하여 서브 오프셋별 감쇄 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치.The method of claim 1, wherein the attenuation coefficient calculation unit
Laplace Fourier domain complete waveform inversion using multiple attenuation and multiple offsets, characterized in that the attenuation coefficient for each sub-offset is determined by calculating the sub-offset and the sub-offset that each of the traces belonging to a plurality of sub-offsets contribute to imaging Device.
파라미터 업데이트부는 주파수별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터 간의 차이를 나타내는 목적 함수를 생성하고, 목적 함수를 감소시키는 방향으로 파라미터를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 장치.The method of claim 1,
The parameter update unit generates an objective function representing the difference between the measurement data in the Laplace-Fourier region for each frequency and the modeling data, and updates the parameter in a direction of decreasing the objective function.The Laplace Fourier region using multiple attenuation and multiple offsets Full waveform inversion device.
측정 데이터로부터 탄성파 신호의 오프셋을 소정 갯수로 분할하고, 각 서브 오프셋별 감쇄 계수를 산출하는 단계;
복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여, 시간 영역의 측정 데이터를 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터로 변환하는 단계;
측정 대상 지역의 특성을 나타내는 파라미터를 입력받아 파라미터가 포함된 방정식을 설정하고, 복수의 서브 오프셋별 감쇄 계수들을 이용하여 방정식을 라플라스-푸리에 영역에서 계산하여 모델링 데이터를 산출하는 단계; 및
서브 오프셋별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터를 비교하여 파라미터를 업데이트하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법.Receiving an acoustic wave signal of an area to be measured as measurement data;
Dividing the offset of the acoustic wave signal from the measured data into a predetermined number and calculating attenuation coefficients for each sub-offset;
Converting the measurement data in the time domain into measurement data in the Laplace-Fourier domain by using attenuation coefficients for each sub-offset;
Receiving a parameter representing a characteristic of a measurement target area, setting an equation including the parameter, and calculating modeling data by calculating an equation in a Laplace-Fourier area using attenuation coefficients for each sub-offset; And
Updating a parameter by comparing measurement data of a Laplace-Fourier region for each sub-offset and modeling data;
Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets, comprising a.
복수의 서브 오프셋들 각각이 속한 트레이스들이 영상화에 기여하는 지하심도 및 서브 오프셋에 따른 감쇄율을 계산하여 서브 오프셋별 감쇄 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법.The method of claim 4, wherein calculating the attenuation coefficient
Laplace Fourier domain complete waveform inversion using multiple attenuation and multiple offsets, characterized in that the attenuation coefficient for each sub-offset is determined by calculating the sub-offset and the sub-offset that each of the traces belonging to a plurality of sub-offsets contribute to imaging Way.
주파수별 라플라스-푸리에 영역의 측정 데이터와 모델링 데이터 간의 차이를 나타내는 목적 함수를 생성하는 단계,
목적 함수를 감소시키는 방향으로 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 감쇄 및 다중 오프셋을 이용한 라플라스 푸리에 영역 완전 파형 역산 방법.The method of claim 4, wherein updating the parameter
Generating an objective function representing the difference between the measurement data in the Laplace-Fourier domain for each frequency and the modeling data,
Laplace Fourier domain complete waveform inversion method using multiple attenuation and multiple offsets, comprising the step of updating a parameter in a direction of decreasing the objective function.
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