集群計(jì)算機(jī)處理地震資料技術(shù)應(yīng)用研究

何劼

摘 要 在集群系統(tǒng)引入前，由于用于處理地震資料的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量小、運(yùn)算速度慢，影響處理的效果和質(zhì)量。本文介紹了集群系統(tǒng)引入前地震資料處理存在的問(wèn)題和集群計(jì)算機(jī)在處理地震資料的特點(diǎn)，分析了集群計(jì)算機(jī)處理地震資料的優(yōu)勢(shì)，闡述了應(yīng)用集群計(jì)算機(jī)處理地震資料的步驟。

關(guān)鍵詞 集群計(jì)算機(jī) 地震資料 應(yīng)用研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1集群系統(tǒng)引入前地震資料處理存在的問(wèn)題

在集群系統(tǒng)引入前，當(dāng)時(shí)用于處理地震資料的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量小、運(yùn)算速度慢，這便使地震資料處理工作一直處于在常規(guī)疊后時(shí)間域中進(jìn)行的狀態(tài)，常規(guī)疊后時(shí)間域處理就是假設(shè)地下介質(zhì)是均勻或水平層狀，它僅適于處理簡(jiǎn)單地質(zhì)或緩變介質(zhì)所構(gòu)造出的資料，其優(yōu)點(diǎn)是操作方法簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小。但在構(gòu)造復(fù)雜、橫向速度變化較為劇烈的地區(qū)，常規(guī)疊后時(shí)間域處理方法已不能準(zhǔn)確反映出地下組織構(gòu)造形態(tài)，輕者會(huì)造成構(gòu)造高點(diǎn)漂移，重者則使構(gòu)造變得面目全非。這主要因?yàn)樵谶@些地區(qū)所得的CMP道集記錄中的反射波旅行時(shí)，已不再是雙曲線(xiàn)的形式。常規(guī)的CMP疊加原則已失效，疊加結(jié)果不完全等同于自激自收的零炮檢距剖面。這期間雖做出許多努力，但地震資料處理的質(zhì)量卻一直得不到大幅提高。

2集群計(jì)算機(jī)在處理地震資料的特點(diǎn)

2.1集群計(jì)算機(jī)在處理地震資料時(shí)具有較高的穩(wěn)定性

由于集群計(jì)算機(jī)內(nèi)部有數(shù)據(jù)共享措施，在某臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，能夠有其他服務(wù)器立即替代，所以不會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常中斷任務(wù)的情況。每臺(tái)服務(wù)器的容量和任務(wù)都是定義好的，所以提供的服務(wù)是充分的、穩(wěn)定的。

2.2集群計(jì)算機(jī)在處理地震資料時(shí)具有規(guī)?？煽匦?/p>

由于集群計(jì)算機(jī)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此可以通過(guò)增減節(jié)點(diǎn)數(shù)目來(lái)控制集群計(jì)算機(jī)的規(guī)模，使集群計(jì)算機(jī)能夠完成計(jì)算量、存儲(chǔ)量越來(lái)越大的任務(wù)。在做地震資料處理時(shí)，需要集群計(jì)算機(jī)的服務(wù)器數(shù)量較多，有100多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作。

2.3集群計(jì)算機(jī)在處理地震資料時(shí)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性

完成同樣的計(jì)算任務(wù)，集群計(jì)算機(jī)的投入比超計(jì)算機(jī)的投入少，而且在有故障發(fā)生的時(shí)候，可以通過(guò)替換發(fā)生故障的計(jì)算機(jī)繼續(xù)工作，維修更換費(fèi)用少。

3 集群計(jì)算機(jī)處理地震資料的優(yōu)勢(shì)

3.1處理地震資料的必要性

中國(guó)位于世界兩大地震帶-環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯部位，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分發(fā)育。大地構(gòu)造位置決定，地震頻繁震災(zāi)嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，我國(guó)陸地面積占全球陸地面積的1/15，即6%左右；然而我國(guó)的陸地地震竟占全球陸地地震的1/3，即33%左右，而造成地震死亡的人數(shù)竟達(dá)到全球的1/2以上。人們的生產(chǎn)生活安全受到地震的影響、威脅很大。

3.2處理地震資料的重要性

目前在地震預(yù)報(bào)方面存在著很多問(wèn)題。其次，地震還嚴(yán)重影響石油勘探工作，地質(zhì)工程隊(duì)勘探石油、天然氣時(shí)，必須要采集該地區(qū)的地震數(shù)據(jù)、圖像資料。為了保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，必須要搜集、整理地震數(shù)據(jù)、圖像資料；為了加大油氣資源的開(kāi)發(fā)、利用，保證我國(guó)的能源供給安全，必須要搜集、整理地震數(shù)據(jù)、圖像資料。

3.3計(jì)算機(jī)可以做大量的運(yùn)算、分析工作

地質(zhì)勘探出來(lái)的地震數(shù)據(jù)、圖像資料越來(lái)越大。隨著地震數(shù)據(jù)、圖像資料采集技術(shù)的升級(jí)，人們獲得到的圖像、數(shù)據(jù)越來(lái)越真實(shí)、準(zhǔn)確，從二維技術(shù)到三維技術(shù)，又從三維技術(shù)到四維技術(shù)，圖像分辨率越來(lái)越高，數(shù)據(jù)越來(lái)越精、準(zhǔn)，數(shù)據(jù)、圖像資料的容量也越來(lái)越大。地震采集上來(lái)的數(shù)據(jù)、圖像資料量是非常巨大的，而且在處理這些圖像、數(shù)據(jù)時(shí)，又要引入大量的中間過(guò)程數(shù)據(jù)、圖像資料。得到高質(zhì)量的可靠的地震資料處理結(jié)果，要求計(jì)算機(jī)有超大的存儲(chǔ)量和計(jì)算能力。

3.4地震數(shù)據(jù)、圖像資料具有兼容并行的特點(diǎn)

地震數(shù)據(jù)、圖像資料的采集具有一定的分類(lèi)特征，按“束、炮、線(xiàn)、道”等方式分成若干類(lèi)，這樣的資料分類(lèi)非常適合多臺(tái)計(jì)算機(jī)并行計(jì)算分析。對(duì)于數(shù)據(jù)之間的共性點(diǎn)結(jié)合，也可以按照“線(xiàn)、道”劃分成類(lèi)。地震資料的內(nèi)部數(shù)據(jù)之間不是孤立的、靜止的，而是經(jīng)常需要做傅里葉轉(zhuǎn)換、FK轉(zhuǎn)換，實(shí)際上，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后要比原來(lái)的數(shù)據(jù)更適合多臺(tái)計(jì)算機(jī)并行計(jì)算分析。

3.5能做大規(guī)模的地震資料處理任務(wù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為精確、快速處理地震資料提供了可能。單機(jī)處理地震資料是早期人們處理地震資料的手段，但是隨著對(duì)地震認(rèn)識(shí)的加深；研究、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、圖像資料的廣泛開(kāi)展，地震資料越來(lái)越多，而且越來(lái)越深遂。雖然單臺(tái)計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)、圖像資料處理的速度上有了很大提高，散熱性能也有了很大飛躍，但是仍然滿(mǎn)足不了現(xiàn)代地震資料處理要求。

4應(yīng)用集群計(jì)算機(jī)處理地震資料的步驟

由于地震資料存儲(chǔ)、運(yùn)算量很大，所以在制定方案的時(shí)候要充分分析任務(wù)的工作量，合理選擇服務(wù)器架構(gòu)體系，目前市場(chǎng)上主要的兩種服務(wù)器架構(gòu)分別是機(jī)架式和刀片式，擴(kuò)展性都比較好，而且能夠在有限的空間內(nèi)集成70個(gè)以上的處理器，實(shí)現(xiàn)6GHz以上配置和4GB以上內(nèi)存處理，能夠滿(mǎn)足地震資料處理要求。

存儲(chǔ)設(shè)備采用光纖，傳輸能力在2GB/s的，加大光纖通道能力。安裝恢復(fù)軟件，能夠保證在發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份。這樣，數(shù)據(jù)在光線(xiàn)中傳輸、儲(chǔ)存變得穩(wěn)定可靠，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)還有一個(gè)好處就是能夠存儲(chǔ)越來(lái)越多的資料。

輸入/輸出采用4U以上的機(jī)架式服務(wù)器，方便擴(kuò)展和數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)在交換過(guò)程中，會(huì)因?yàn)橄囊欢ǖ目臻g，因此需要4G以上內(nèi)存。采用應(yīng)用軟件完成輸入/輸出的批量作業(yè)和交互作業(yè)，同時(shí)還能管理整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度、運(yùn)行工作。

應(yīng)用秉性文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠把數(shù)據(jù)條帶化和多行化，實(shí)行雙向的輸入/輸出操作，提高數(shù)據(jù)存取速度。高分辨率的圖像處理設(shè)備和磁帶備份工具庫(kù)，是集群計(jì)算機(jī)處理地震資料中必備的設(shè)施。對(duì)數(shù)據(jù)的處理最重要通過(guò)圖像表達(dá)出來(lái)，直觀分析，因此要有好的圖像處理設(shè)備。確保數(shù)據(jù)的安全可靠，對(duì)計(jì)算過(guò)程和計(jì)算結(jié)果中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行磁帶庫(kù)備份。

5結(jié)束語(yǔ)

由于集群計(jì)算機(jī)具有處理數(shù)據(jù)的高效率、高穩(wěn)定性、高可控性和經(jīng)濟(jì)性，因此在處理地震資料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間和前景。隨著高頻處理器和大容量?jī)?nèi)存的出現(xiàn)，集群計(jì)算機(jī)的軟硬件不斷升級(jí)改造，處理數(shù)據(jù)、圖像資料的能力不斷提升，但是在利用集群計(jì)算機(jī)處理地震資料的技術(shù)道路上還有許多工作要做。要不斷的進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，加大科研投入，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，為地震資料監(jiān)測(cè)、分析和定位做出更多的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜游，陳軍，黃駿.高性能計(jì)算機(jī)在地震資料處理中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程，2009.