地震資料計算機解釋系統架構的發展與展望

摘 ?要：地震資料計算機解釋系統是集地震數據存儲、數據分析和圖形顯示于一體的系統，其架構經歷了不同的發展階段。最初的系統架構利用單一站點進行解釋，隨著地震勘探中數據量的不斷增大和三維可視化技術的應用，計算機解釋系統由單一站點向網絡化和集群化方向發展。而近來隨著虛擬化和云計算技術的應用，石油勘探開發一體化云平臺被廣泛運用，解釋系統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、大數據和云計算等技術，解釋系統呈現了智能化和協同化的發展趨勢。

關鍵詞：地震資料計算機解釋系統;工作站;集群;虛擬化;云計算

中圖分類號：TP399 ? ? 文獻標識碼：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過處理的地震波信息利用專業的地學軟件將其轉變成人們可認知的地質成果的過程，是石油勘探研究中的一項重要技術手段。由于在解釋過程中需要利用復雜的地學軟件處理海量的地震數據，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資源和技術比較敏感[1]。隨著軟硬件的不斷發展和石油勘探事業的不斷進步，地震資料解釋系統也經過了由簡單到復雜、由單一化到網絡化的發展過程。本文結合作者自身工作經歷，分析了各種系統架構的特點及解釋系統的未來發展趨勢。

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

地震資料計算機解釋系統經過多年的發展變化，其系統架構經歷了以下幾個發展階段。

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據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是Unix系統，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域的最初模式，由于工作站內置硬盤容量有限，因此需要在工作站上外接磁盤陣列用于存儲數據，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，其系統架構如圖1所示。這種系統架構簡單、易于實現，由于早期的地震數據和解釋規模都不大，因此這種架構應用比較普遍，廣泛用于單個項目組或某個區塊的石油勘探研究中。隨著勘探解釋規模的不斷擴大，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數據的共享和多人協同工作，因此這一架構逐漸被新的模式架構所取代。

2.2 ? 基于X-window協議的仿真登錄模式架構

隨著地震解釋工區規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的共同解釋和數據資源共享，需要性能更高的計算機和容量更大的存儲設備。由于Unix系統是多用戶多任務的操作系統，通過將專業軟件和數據統一集中安裝存放，每臺Unix機器即可成為一臺解釋服務器，再通過X-window協議利用仿真登錄即可從PC終端登錄到服務器進行解釋工作，其架構如圖2所示。

基于X-window協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。在這一系統架構中，多項網絡技術和服務被利用，極大方便了系統配置和管理。

2.2.1 ? 網絡附加存儲（NAS： Network Attached Storage）

NAS被定義為一種特殊的專用數據存儲服務器，由存儲控制器、磁盤陣列和功能軟件模塊組成，用于為網絡中的各種計算機提供數據存儲、共享和備份[2]。NAS存儲設備將地震工區數據統一集中管理，能實現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的共同解釋提供了重要保障[3];同時利用NAS存儲的數據快照功能，可以方便地對數據進行在線備份，有效保障了數據的安全。

2.2.2 ? 網絡文件系統（NFS： Network File System）

NFS是一種網絡協議，用于網絡中的計算機之間通過TCP/IP網絡共享文件系統資源，利用NFS協議，可以在Unix工作站上掛載NAS存儲設備，從而可以像訪問本地文件一樣訪問NAS存儲設備上的工區數據。NAS和NFS的結合使得NAS存儲設備得以充分共享和高效利用，不僅解決了海量工區數據的存放問題，還能夠作為各種專業軟件的安裝目錄，各Unix工作站通過共享即可調用所有專業軟件。

2.2.3 ? 網絡信息服務（NIS： Network Information Service）

NIS服務主要用來統一管理Unix賬戶信息，通過設置NIS域服務器，在服務器上建立用戶賬號，即可在域內所有Unix機器上同步賬號和hosts文件等信息，從而可在域內所有主機上登錄。此外還能對所有用戶實現統一管理，包括設置不同權限和共享目錄、分配存儲空間以及用戶的環境設置等。

基于X-window協議的仿真登錄模式是目前應用比較廣泛的系統架構，其具有工作高效、計算機資源配置使用靈活、系統冗余度高等優點，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、新方法來實現。

2.3 ? 勘探開發一體化云平臺

隨著大數據及云計算等IT技術的不斷發展，石油勘探開發業務對信息化、智能化、協同化的要求也越來越高，勘探開發一體化云平臺便是適應這一新要求的模式架構。利用云平臺可以實現油田數據資料共享、勘探開發數據集中管理、高性能計算、多種專業軟件同時調用、遠程三維顯示等多種功能。地震資料計算機解釋系統是云平臺的重要組成部分，用戶利用云平臺可隨時隨地調用云平臺上的資源，進行地震資料解釋，極大地提高了工作效率。

勘探開發云平臺系統架構由三部分組成：基礎設施層（IaaS）、平臺服務層（PaaS）和軟件應用層（SaaS）。基礎設施層主要包括各種服務器、存儲設備和網絡設備等硬件資源，以及在物理設備上虛擬出來的各種虛擬資源，它們是整個云平臺的基礎構件;平臺服務層主要指在基礎設施上搭建的各種應用平臺，包括操作系統安裝、數據庫及專業軟件配置、用戶權限管理、集群系統配置、資源監控及調度、軟件許可證管理等，該平臺實現了所有的功能應用，即具備了向用戶提供各種應用服務的條件;軟件應用層提供了用戶應用接口，用戶通過互聯網即可調用云平臺上的各項應用服務，打破了時間和空間限制，實現了IT資源的高效利用[4]。云平臺的系統架構如圖3所示。

勘探開發云平臺改變了過去不同應用系統相互獨立的局面，將所有數據資料和專業軟件整合起來，將各種應用建在“云端”，用戶不用關心其底層架構，也不用擔心計算機硬件資源性能瓶頸，只需要互聯網和終端，即可按需使用相關應用服務，真正實現了IT資源最大化利用。

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

IT技術的發展對計算機解釋系統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的系統平臺配置也隨之提高，隨著軟件和硬件的共同發展，在地震資料解釋領域，計算機解釋系統的發展將呈現以下趨勢。

3.1 ? 計算機集群系統的應用

隨著石油勘探開發中一些新技術和大型軟件的不斷應用，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、容量更大的存儲設備、IO性能更高的網絡環境。特別是在地震資料的疊前反演和油田開發數值模擬中，都需要大規模的并行計算來支持，而計算機集群技術則能充分利用已有的服務器和工作站解決這一問題。

計算機集群技術通過各節點協同工作，能有效整合各節點計算資源，進行復雜的數學運算，從而完成單一機器不能完成的工作[5-6]。集群系統有如下優點：（1）負載均衡。集群系統使用專門的負載均衡算法分析各節點的負載能力，保證系統資源的充分利用，使系統的性能達到最優化。（2）系統可用性高。集群系統通過多個節點并行運算，當其中某個節點出現故障時，系統仍然能夠正常工作，從而避免了過去單一服務器出現故障導致無法運算的情況。（3）系統可擴展性強。集群系統具有靈活的擴展性，當系統硬件資源無法滿足解釋處理業務的增長需求時，可以增加節點提高系統整體性能，利用較少的投入即可適應業務的增長需求。

3.2 ? 虛擬化技術的部署

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

3.3 ? 人工智能技術嶄露頭角

人工智能技術（AI）作為目前的一項前沿技術，在眾多領域已經得到廣泛應用，但在石油行業還處于起步階段，雖然在有些油田的數據采集和管網監測方面有所運用，但有關地震資料解釋處理的應用還在研究中[9]。目前幾大國際石油公司和IT巨頭紛紛開展合作，針對石油行業的智能化開展研究，相信在不久的將來，石油行業將會變得更加智能化，特別是在前期的勘探開發研究中，通過大數據分析和機器學習，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 ? 結論（Conclusion）

隨著計算機技術的不斷發展，地震資料計算機解釋系統也經歷了由簡單到復雜、由單一化到并行化和集約化的發展過程，其系統架構隨著IT技術的發展也越來越完善。而大數據、云計算和人工智能是當今IT技術發展的主流，相信在今后的發展過程中，這些主流技術將在地震資料計算機解釋系統中發揮更大的作用，使一體化云平臺架構更加完善和先進，使石油勘探研究變得更加高效和智能。

參考文獻（References）

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

作者簡介：

葉虹余（1984-），男，本科，高級工程師.研究領域：勘探開發軟硬件運維，信息系統開發和管理.