集群計算機處理地震資料技術應用研究

何劼

摘 要 在集群系統引入前，由于用于處理地震資料的計算機存儲容量小、運算速度慢，影響處理的效果和質量。本文介紹了集群系統引入前地震資料處理存在的問題和集群計算機在處理地震資料的特點，分析了集群計算機處理地震資料的優勢，闡述了應用集群計算機處理地震資料的步驟。

關鍵詞 集群計算機 地震資料 應用研究

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A

1集群系統引入前地震資料處理存在的問題

在集群系統引入前，當時用于處理地震資料的計算機存儲容量小、運算速度慢，這便使地震資料處理工作一直處于在常規疊后時間域中進行的狀態，常規疊后時間域處理就是假設地下介質是均勻或水平層狀，它僅適于處理簡單地質或緩變介質所構造出的資料，其優點是操作方法簡單、運算量小。但在構造復雜、橫向速度變化較為劇烈的地區，常規疊后時間域處理方法已不能準確反映出地下組織構造形態，輕者會造成構造高點漂移，重者則使構造變得面目全非。這主要因為在這些地區所得的CMP道集記錄中的反射波旅行時，已不再是雙曲線的形式。常規的CMP疊加原則已失效，疊加結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量卻一直得不到大幅提高。

2集群計算機在處理地震資料的特點

2.1集群計算機在處理地震資料時具有較高的穩定性

由于集群計算機內部有數據共享措施，在某臺服務器發生故障時，能夠有其他服務器立即替代，所以不會出現經常中斷任務的情況。每臺服務器的容量和任務都是定義好的，所以提供的服務是充分的、穩定的。

2.2集群計算機在處理地震資料時具有規模可控性

由于集群計算機是網狀結構，因此可以通過增減節點數目來控制集群計算機的規模，使集群計算機能夠完成計算量、存儲量越來越大的任務。在做地震資料處理時，需要集群計算機的服務器數量較多，有100多臺計算機同時工作。

2.3集群計算機在處理地震資料時具有較強的經濟性

完成同樣的計算任務，集群計算機的投入比超計算機的投入少，而且在有故障發生的時候，可以通過替換發生故障的計算機繼續工作，維修更換費用少。

3 集群計算機處理地震資料的優勢

3.1處理地震資料的必要性

中國位于世界兩大地震帶-環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，地震斷裂帶十分發育。大地構造位置決定，地震頻繁震災嚴重。統計數字表明，我國陸地面積占全球陸地面積的1/15，即6%左右；然而我國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竟達到全球的1/2以上。人們的生產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

目前在地震預報方面存在著很多問題。其次，地震還嚴重影響石油勘探工作，地質工程隊勘探石油、天然氣時，必須要采集該地區的地震數據、圖像資料。為了保證人民的生命財產安全，必須要搜集、整理地震數據、圖像資料；為了加大油氣資源的開發、利用，保證我國的能源供給安全，必須要搜集、整理地震數據、圖像資料。

3.3計算機可以做大量的運算、分析工作

地質勘探出來的地震數據、圖像資料越來越大。隨著地震數據、圖像資料采集技術的升級，人們獲得到的圖像、數據越來越真實、準確，從二維技術到三維技術，又從三維技術到四維技術，圖像分辨率越來越高，數據越來越精、準，數據、圖像資料的容量也越來越大。地震采集上來的數據、圖像資料量是非常巨大的，而且在處理這些圖像、數據時，又要引入大量的中間過程數據、圖像資料。得到高質量的可靠的地震資料處理結果，要求計算機有超大的存儲量和計算能力。

3.4地震數據、圖像資料具有兼容并行的特點

地震數據、圖像資料的采集具有一定的分類特征，按“束、炮、線、道”等方式分成若干類，這樣的資料分類非常適合多臺計算機并行計算分析。對于數據之間的共性點結合，也可以按照“線、道”劃分成類。地震資料的內部數據之間不是孤立的、靜止的，而是經常需要做傅里葉轉換、FK轉換，實際上，這些數據經過轉換之后要比原來的數據更適合多臺計算機并行計算分析。

3.5能做大規模的地震資料處理任務

計算機技術的快速發展，為精確、快速處理地震資料提供了可能。單機處理地震資料是早期人們處理地震資料的手段，但是隨著對地震認識的加深；研究、統計數據、圖像資料的廣泛開展，地震資料越來越多，而且越來越深遂。雖然單臺計算機在數據、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，但是仍然滿足不了現代地震資料處理要求。

4應用集群計算機處理地震資料的步驟

由于地震資料存儲、運算量很大，所以在制定方案的時候要充分分析任務的工作量，合理選擇服務器架構體系，目前市場上主要的兩種服務器架構分別是機架式和刀片式，擴展性都比較好，而且能夠在有限的空間內集成70個以上的處理器，實現6GHz以上配置和4GB以上內存處理，能夠滿足地震資料處理要求。

存儲設備采用光纖，傳輸能力在2GB/s的，加大光纖通道能力。安裝恢復軟件，能夠保證在發生故障時，數據存儲備份。這樣，數據在光線中傳輸、儲存變得穩定可靠，網絡存儲還有一個好處就是能夠存儲越來越多的資料。

輸入/輸出采用4U以上的機架式服務器，方便擴展和數據交換，數據在交換過程中，會因為消耗一定的空間，因此需要4G以上內存。采用應用軟件完成輸入/輸出的批量作業和交互作業，同時還能管理整個系統的調度、運行工作。

應用秉性文件系統，該系統能夠把數據條帶化和多行化，實行雙向的輸入/輸出操作，提高數據存取速度。高分辨率的圖像處理設備和磁帶備份工具庫，是集群計算機處理地震資料中必備的設施。對數據的處理最重要通過圖像表達出來，直觀分析，因此要有好的圖像處理設備。確保數據的安全可靠，對計算過程和計算結果中的關鍵數據進行磁帶庫備份。

5結束語

由于集群計算機具有處理數據的高效率、高穩定性、高可控性和經濟性，因此在處理地震資料領域具有廣泛的應用空間和前景。隨著高頻處理器和大容量內存的出現，集群計算機的軟硬件不斷升級改造，處理數據、圖像資料的能力不斷提升，但是在利用集群計算機處理地震資料的技術道路上還有許多工作要做。要不斷的進行數據更新，加大科研投入，提高數據分析的準確性，為地震資料監測、分析和定位做出更多的貢獻。

參考文獻

[1] 姜游，陳軍，黃駿.高性能計算機在地震資料處理中的應用[J].計算機科學與工程，2009.