地震資料計算機解釋系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展與展望

摘 ?要：地震資料計算機解釋系統(tǒng)是集地震數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和圖形顯示于一體的系統(tǒng)，其架構(gòu)經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段。最初的系統(tǒng)架構(gòu)利用單一站點進行解釋，隨著地震勘探中數(shù)據(jù)量的不斷增大和三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，計算機解釋系統(tǒng)由單一站點向網(wǎng)絡(luò)化和集群化方向發(fā)展。而近來隨著虛擬化和云計算技術(shù)的應(yīng)用，石油勘探開發(fā)一體化云平臺被廣泛運用，解釋系統(tǒng)作為云平臺的一個功能模塊，變得更加完善和高效。通過部署虛擬化、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)，解釋系統(tǒng)呈現(xiàn)了智能化和協(xié)同化的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：地震資料計算機解釋系統(tǒng);工作站;集群;虛擬化;云計算

中圖分類號：TP399 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： Computer interpretation system for seismic data is an integrated system of seismic data storage， data analysis and graphic display. Its architecture has gone through different stages of development. Original system architecture uses a single site for interpretation. With the increasing amount of data in seismic exploration and the application of 3D visualization technology， computer interpretation system gradually develops from single site to network and cluster. In recent years， with the continuous application of virtualization and cloud computing technologies， integrated cloud platform for petroleum exploration and development is widely used and the interpretation system has become more complete and efficient as a functional module of the cloud platform. Through deployment of virtualization， big data and cloud computing technology， the interpretation system presents a development trend of intelligence and collaboration.

Keywords： computer interpretation system for seismic data; workstation; cluster; virtualization; cloud computing

1 ? 引言（Introduction）

地震資料解釋就是把經(jīng)過處理的地震波信息利用專業(yè)的地學(xué)軟件將其轉(zhuǎn)變成人們可認(rèn)知的地質(zhì)成果的過程，是石油勘探研究中的一項重要技術(shù)手段。由于在解釋過程中需要利用復(fù)雜的地學(xué)軟件處理海量的地震數(shù)據(jù)，顯示地下三維剖面圖，因此對計算機硬件的配置要求較高，對IT資源和技術(shù)比較敏感[1]。隨著軟硬件的不斷發(fā)展和石油勘探事業(yè)的不斷進步，地震資料解釋系統(tǒng)也經(jīng)過了由簡單到復(fù)雜、由單一化到網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展過程。本文結(jié)合作者自身工作經(jīng)歷，分析了各種系統(tǒng)架構(gòu)的特點及解釋系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。

2 ? 地震資料計算機解釋系統(tǒng)的發(fā)展歷程（Development? ?stages of computer interpretation system for? ? ?seismic data）

地震資料計算機解釋系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展變化，其系統(tǒng)架構(gòu)經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段。

2.1 ? 工作站單機模式

所謂工作站單機模式，就是將解釋軟件和數(shù)據(jù)庫全部安裝在一臺工作站上進行解釋工作。工作站安裝的操作系統(tǒng)是Unix系統(tǒng)，包括Oracle公司的solaris、IBM公司的AIX和SGI公司的IRIX。這是Unix工作站進入地震資料解釋領(lǐng)域的最初模式，由于工作站內(nèi)置硬盤容量有限，因此需要在工作站上外接磁盤陣列用于存儲數(shù)據(jù)，為了便于顯示地震剖面，每臺工作站都會配置雙屏顯示器。至此，工作站就具有了存儲、解釋和顯示等功能，利用單機資源即可完成所有的解釋工作，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。這種系統(tǒng)架構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，由于早期的地震數(shù)據(jù)和解釋規(guī)模都不大，因此這種架構(gòu)應(yīng)用比較普遍，廣泛用于單個項目組或某個區(qū)塊的石油勘探研究中。隨著勘探解釋規(guī)模的不斷擴大，工作站的性能瓶頸弊端便顯露出來，而且單一機器解釋不利于地震工區(qū)數(shù)據(jù)的共享和多人協(xié)同工作，因此這一架構(gòu)逐漸被新的模式架構(gòu)所取代。

2.2 ? 基于X-window協(xié)議的仿真登錄模式架構(gòu)

隨著地震解釋工區(qū)規(guī)模的擴大和解釋用戶的增多，單一工作站已不能滿足石油勘探中地震資料解釋工作的需要，為了滿足多用戶多工區(qū)的共同解釋和數(shù)據(jù)資源共享，需要性能更高的計算機和容量更大的存儲設(shè)備。由于Unix系統(tǒng)是多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)，通過將專業(yè)軟件和數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中安裝存放，每臺Unix機器即可成為一臺解釋服務(wù)器，再通過X-window協(xié)議利用仿真登錄即可從PC終端登錄到服務(wù)器進行解釋工作，其架構(gòu)如圖2所示。

基于X-window協(xié)議的仿真登錄模式徹底改變了過去的工作方式，研究人員不用再去機房上機，在辦公室利用PC機就可以完成工作。在這一系統(tǒng)架構(gòu)中，多項網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和服務(wù)被利用，極大方便了系統(tǒng)配置和管理。

2.2.1 ? 網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS： Network Attached Storage）

NAS被定義為一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，由存儲控制器、磁盤陣列和功能軟件模塊組成，用于為網(wǎng)絡(luò)中的各種計算機提供數(shù)據(jù)存儲、共享和備份[2]。NAS存儲設(shè)備將地震工區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理，能實現(xiàn)不同用戶間的使用和共享，為地震勘探解釋中多用戶多工區(qū)的共同解釋提供了重要保障[3];同時利用NAS存儲的數(shù)據(jù)快照功能，可以方便地對數(shù)據(jù)進行在線備份，有效保障了數(shù)據(jù)的安全。

2.2.2 ? 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS： Network File System）

NFS是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于網(wǎng)絡(luò)中的計算機之間通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)共享文件系統(tǒng)資源，利用NFS協(xié)議，可以在Unix工作站上掛載NAS存儲設(shè)備，從而可以像訪問本地文件一樣訪問NAS存儲設(shè)備上的工區(qū)數(shù)據(jù)。NAS和NFS的結(jié)合使得NAS存儲設(shè)備得以充分共享和高效利用，不僅解決了海量工區(qū)數(shù)據(jù)的存放問題，還能夠作為各種專業(yè)軟件的安裝目錄，各Unix工作站通過共享即可調(diào)用所有專業(yè)軟件。

2.2.3 ? 網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)（NIS： Network Information Service）

NIS服務(wù)主要用來統(tǒng)一管理Unix賬戶信息，通過設(shè)置NIS域服務(wù)器，在服務(wù)器上建立用戶賬號，即可在域內(nèi)所有Unix機器上同步賬號和hosts文件等信息，從而可在域內(nèi)所有主機上登錄。此外還能對所有用戶實現(xiàn)統(tǒng)一管理，包括設(shè)置不同權(quán)限和共享目錄、分配存儲空間以及用戶的環(huán)境設(shè)置等。

基于X-window協(xié)議的仿真登錄模式是目前應(yīng)用比較廣泛的系統(tǒng)架構(gòu)，其具有工作高效、計算機資源配置使用靈活、系統(tǒng)冗余度高等優(yōu)點，但也有其缺點，主要是通過仿真登錄無法顯示三維地震剖面，需要新技術(shù)、新方法來實現(xiàn)。

2.3 ? 勘探開發(fā)一體化云平臺

隨著大數(shù)據(jù)及云計算等IT技術(shù)的不斷發(fā)展，石油勘探開發(fā)業(yè)務(wù)對信息化、智能化、協(xié)同化的要求也越來越高，勘探開發(fā)一體化云平臺便是適應(yīng)這一新要求的模式架構(gòu)。利用云平臺可以實現(xiàn)油田數(shù)據(jù)資料共享、勘探開發(fā)數(shù)據(jù)集中管理、高性能計算、多種專業(yè)軟件同時調(diào)用、遠(yuǎn)程三維顯示等多種功能。地震資料計算機解釋系統(tǒng)是云平臺的重要組成部分，用戶利用云平臺可隨時隨地調(diào)用云平臺上的資源，進行地震資料解釋，極大地提高了工作效率。

勘探開發(fā)云平臺系統(tǒng)架構(gòu)由三部分組成：基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）、平臺服務(wù)層（PaaS）和軟件應(yīng)用層（SaaS）?；A(chǔ)設(shè)施層主要包括各種服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件資源，以及在物理設(shè)備上虛擬出來的各種虛擬資源，它們是整個云平臺的基礎(chǔ)構(gòu)件;平臺服務(wù)層主要指在基礎(chǔ)設(shè)施上搭建的各種應(yīng)用平臺，包括操作系統(tǒng)安裝、數(shù)據(jù)庫及專業(yè)軟件配置、用戶權(quán)限管理、集群系統(tǒng)配置、資源監(jiān)控及調(diào)度、軟件許可證管理等，該平臺實現(xiàn)了所有的功能應(yīng)用，即具備了向用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)的條件;軟件應(yīng)用層提供了用戶應(yīng)用接口，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)即可調(diào)用云平臺上的各項應(yīng)用服務(wù)，打破了時間和空間限制，實現(xiàn)了IT資源的高效利用[4]。云平臺的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

勘探開發(fā)云平臺改變了過去不同應(yīng)用系統(tǒng)相互獨立的局面，將所有數(shù)據(jù)資料和專業(yè)軟件整合起來，將各種應(yīng)用建在“云端”，用戶不用關(guān)心其底層架構(gòu)，也不用擔(dān)心計算機硬件資源性能瓶頸，只需要互聯(lián)網(wǎng)和終端，即可按需使用相關(guān)應(yīng)用服務(wù)，真正實現(xiàn)了IT資源最大化利用。

3 地震資料計算機解釋系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（Development trend of computer interpretation system for seismic data）

IT技術(shù)的發(fā)展對計算機解釋系統(tǒng)的硬件配置要求不斷提高，特別是解釋軟件的不斷升級使得相應(yīng)的系統(tǒng)平臺配置也隨之提高，隨著軟件和硬件的共同發(fā)展，在地震資料解釋領(lǐng)域，計算機解釋系統(tǒng)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢。

3.1 ? 計算機集群系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著石油勘探開發(fā)中一些新技術(shù)和大型軟件的不斷應(yīng)用，其對計算機硬件的要求越來越高，需要運算速度更快的計算機、容量更大的存儲設(shè)備、IO性能更高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。特別是在地震資料的疊前反演和油田開發(fā)數(shù)值模擬中，都需要大規(guī)模的并行計算來支持，而計算機集群技術(shù)則能充分利用已有的服務(wù)器和工作站解決這一問題。

計算機集群技術(shù)通過各節(jié)點協(xié)同工作，能有效整合各節(jié)點計算資源，進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，從而完成單一機器不能完成的工作[5-6]。集群系統(tǒng)有如下優(yōu)點：（1）負(fù)載均衡。集群系統(tǒng)使用專門的負(fù)載均衡算法分析各節(jié)點的負(fù)載能力，保證系統(tǒng)資源的充分利用，使系統(tǒng)的性能達到最優(yōu)化。（2）系統(tǒng)可用性高。集群系統(tǒng)通過多個節(jié)點并行運算，當(dāng)其中某個節(jié)點出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍然能夠正常工作，從而避免了過去單一服務(wù)器出現(xiàn)故障導(dǎo)致無法運算的情況。（3）系統(tǒng)可擴展性強。集群系統(tǒng)具有靈活的擴展性，當(dāng)系統(tǒng)硬件資源無法滿足解釋處理業(yè)務(wù)的增長需求時，可以增加節(jié)點提高系統(tǒng)整體性能，利用較少的投入即可適應(yīng)業(yè)務(wù)的增長需求。

3.2 ? 虛擬化技術(shù)的部署

虛擬化是一種資源管理技術(shù)，是將計算機的各種實體資源，如服務(wù)器、內(nèi)存及存儲等，通過各種軟件根據(jù)需要虛擬出相應(yīng)的資源[7-8]。隨著勘探開發(fā)云平臺的不斷運用，虛擬化技術(shù)作為其必要技術(shù)，在云平臺上廣泛部署。通過部署虛擬化技術(shù)，減少了物理服務(wù)器數(shù)量，有效整合了硬件資源，在使用中具有以下優(yōu)勢：降低了硬件成本和能源消耗，節(jié)省了機房空間以及管理成本;設(shè)備利用率大大提高，宿主機的優(yōu)越性能得以充分利用，同時虛擬機的資源可以靈活動態(tài)調(diào)整，真正做到了按需分配;系統(tǒng)運維更加方便快捷，利用管理工具，大大簡化了服務(wù)器的部署、管理和維護工作;系統(tǒng)安全性更高，虛擬化技術(shù)支持虛擬機的快速復(fù)制、備份和遷移，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能快速恢復(fù)和還原，大大提高了系統(tǒng)的可用性和冗余度。

3.3 ? 人工智能技術(shù)嶄露頭角

人工智能技術(shù)（AI）作為目前的一項前沿技術(shù)，在眾多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在石油行業(yè)還處于起步階段，雖然在有些油田的數(shù)據(jù)采集和管網(wǎng)監(jiān)測方面有所運用，但有關(guān)地震資料解釋處理的應(yīng)用還在研究中[9]。目前幾大國際石油公司和IT巨頭紛紛開展合作，針對石油行業(yè)的智能化開展研究，相信在不久的將來，石油行業(yè)將會變得更加智能化，特別是在前期的勘探開發(fā)研究中，通過大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)，由高度智能化的軟件程序即可完成地震資料的處理和分析解釋工作。

4 ? 結(jié)論（Conclusion）

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，地震資料計算機解釋系統(tǒng)也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由單一化到并行化和集約化的發(fā)展過程，其系統(tǒng)架構(gòu)隨著IT技術(shù)的發(fā)展也越來越完善。而大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能是當(dāng)今IT技術(shù)發(fā)展的主流，相信在今后的發(fā)展過程中，這些主流技術(shù)將在地震資料計算機解釋系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用，使一體化云平臺架構(gòu)更加完善和先進，使石油勘探研究變得更加高效和智能。

參考文獻（References）

[1] CAO S Y， YUAN D. Summary of high-resolution seismic data processing technology[J]. Xinjiang Petroleum Geology， 2016， 37（1）：112-119.

[2] 汪生珠，何慶兵，歐陽欣.集群NAS存儲技術(shù)在石油勘探高性能計算中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2016（6）：29-31.

[3] 曾薇，楊樂，譚穎.網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在地震數(shù)據(jù)存儲中的應(yīng)用[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2011，6（3）：335-342.

[4] 于會松.勘探協(xié)同研究云平臺的設(shè)計及應(yīng)用[J].計算機仿真，2014，31（6）：155-157.

[5] YIN L. Discussion on the application of large-scale computer cluster in ?seismic exploration data processing[J]. Computer Age， 2016（08）：1-3.

[6] HUANG Y， SHI X M. Parallel computing technology and its present situation and prospect in exploration geophysics[J]. Progress in Geophysics， 2010， 25（2）：642-649.

[7] 羅紅梅.利用虛擬化技術(shù)提升地震解釋軟件應(yīng)用能力[J].信息系統(tǒng)工程，2015（12）：90-91.

[8] 章婷.虛擬化技術(shù)在地震行業(yè)應(yīng)用的綜述[J].中國科技信息，2016（20）：51-52.

[9] 韓曉山，何慶兵.云計算技術(shù)在地震處理解釋中的應(yīng)用探討[J].? ? ? 電子技術(shù)與軟件工程，2018（13）：9-10.

作者簡介：

葉虹余（1984-），男，本科，高級工程師.研究領(lǐng)域：勘探開發(fā)軟硬件運維，信息系統(tǒng)開發(fā)和管理.