1.一种基于波原子变换的深度学习抗假频地震数据规则化方法,其特征在于:所述地震数据规则化方法包括以下步骤:
步骤一、训练数据集准备:
将训练集中地震数据的样本进行空间变换处理,方法包括旋转角度和镜像翻转,增加数据集的样本数据,将样本数据裁剪为尺寸256×256的切片数据x,作为训练样本的最小单位;
不规则的地震数据通过从完整地震数据抽取比例为r的地震道作为空道来仿真,抽取方法为分别利用完全随机抽取、部分随机抽取和均匀抽取的方法仿真3种不规则情况,通过随机抽取来仿真采集坏道的不规则情况,部分区域随机抽取仿真不均匀采样的不规则情况,均匀抽取的方法来仿真稀疏采样的不规则情况;
将每一个地震数据切片复制15份,将这15份切片分3组,分别仿真上述3种不规则数据的样本,其中每组5份,分别采用相应的抽取方法在5种不同的比例r下,也即为r分别为
10%、20%、30%、40%和50%,生成空白地震道,得到若干个不规则地震数据切片样本y,对应标签为x;
步骤二:波原子域样本标签准备:
波原子变换采用工具箱代码完成,每个切片数据x生成2个256×256的波原子域切片系数,分别设为c1和c2;
步骤三:网络输入与标签设定:
以步骤一中得到的不规则地震数据切片数据y作为输入,以步骤一中的原始地震切片数据x和步骤二中得到的切片系数c1和c2分别作为标签,训练联合学习网络模型G;
步骤四:深度学习网络模型G结构设定:深度学习网络模型G划分成2个子网,分别为特征提取网络和波原子系数预测网络,首先将不规则数据输入作为特征提取网络的输入,并将此输入经过一系列卷积、归一化、激活操作;然后在波原子系数预测网络中对相应的波原子系数进行估计,再利用波原子系数矩阵反变换生成预测得规则数据;
网络模型设定为:
(1)、特征提取子网络
该子网的作用是将不规则地震数据作为网络的输入,提取数据的特征图谱;卷积网络的每一层卷积核的尺寸大小相同,为3×3,步长为1,填补为1,使得每一层输入数据与输出数据的尺寸相同且降低计算复杂度;卷积后的特征图谱经过归一化和激活函数,再经过下一层卷积操作;将卷积层、归一化层和激活函数3个操作定义为一组,每两组作为一个残差块,共5个残差块,每一个残差块中卷积核的个数依次为32,64,64,128,256,利用残差学习的特性,每两个残差块之间设置跳接;
(2)、波原子系数预测子网络
以提取的特征图谱作为两个并行波原子系数预测子网络的输入,分别生成相应的波原子系数;将所有的卷积核的尺寸设置为3×3,步长为1,填补为1;两个并行子网分别预测两个波原子子带对应的系数矩阵,在该网络的最后将预测的波原子系数反变换生成时空域规则数据;
步骤五:损失函数设定:
联合空间域、波原子域和傅里叶域损失误差的联合误差函数:losstotal=μlosswaveatom+νlossspace+ηlossf‑klossspace的定义为: x为真实地震数据,x′为预测规则化数据;
由于空间域的均方误差约束很难捕捉地震数据的频纹理细节,为了提高最终规则化数据细节纹理质量,引入波原子损耗来帮助数据纹理的恢复重建;设C=(c1,c2)和分别表示真实和预测的波原子系数,提出基于波原子域的损耗为波原子域均方误差,捕捉波原子域的细节信息;定义为:
为防止规则化结果出现假频现象,将原始规则数据x以及预测生成的规则数据x′,经过傅里叶变换后得到X和X′,计算两者损失误差lossf‑k定义为:联合误差函数:losstotal=μlosswaveatom+νlossspace+ηlossf‑k,其中losswaveatom为波原子域预测系数与实际系数的均方误差,用来提高纹理细节的复原;lossspace为传统的空间域预测数据与实际数据的均方误差,用来约束空间域地震数据的误差;lossf‑k为f‑k域误差,用来消除假频;μ,ν和η为平衡因子;
步骤六:网络模型训练:
将上述步骤一至步骤五得到的不规则样本输入y,原数据标签x,及其波原子分解系数c1和c2,网络输出对应波原子预测系数 和 及其反变换后生成空间预测数据x′,原始规则数据和预测数据经过傅里叶变换X和X′,得到波原子域误差losswaveatom,空间域误差lossspace,傅里叶域误差lossf‑k,最后得到联合误差losstotal,通过深度卷积神经网络的正向传递和反向回馈来调整网络参数,将调整好的网络参数保存;
步骤七:地震数据规则化测试:
将测试集中不规则地震数据组织成切片地震y,输入经训练调整好参数的卷积神经网络模型G中,生成波原子域系数 和 将 和 进行波原子反变换得到波原子域预测的地震数据x′,即为复原后生成的规则化的地震数据。