TBM掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法

本公开涉及隧道超前地质预报数据处理，具体涉及一种 tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、由于断层破碎带内部岩体破碎、结构面发育，导致多次波发育，由于其射线传播路径更加复杂，因而在成像过程中难以被有效偏移归位，易导致假象，因而需要在数据处理过程中将其去除。

3、然而，不同于tbm隧道施工噪声，多次反射波干扰是一种相干噪声，其与有效反射波的频带、同相轴斜率较为相似，因而多次反射波干扰压制较为困难。现有超前地质预报数据处理方法尚无多次波压制方法，在地表油气勘探领域，存在表面相关多次波压制方法(srme)、稀疏反演方法(epsi)、逆散射级数法以及虚同相轴法等，该类方法要求观测数据具有采样密度高、偏移距大以及覆盖度高等特征，然而tbm扰动区阵列声波探测方法受狭小观测孔径限制，仅能布置少量的测点，偏移距小、数据量不足，导致反射波和多次波特征差异不明显。因而亟待研究适用于tbm扰动区阵列声波探测的多次波压制方法。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了 tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，基于专家经验，将数据深部多次波发育区域框选出来，进而利用广义奇异值分解方法，将多次反射波和一次反射波投影至特征空间，通过提取出一次反射波对应的低秩成分，从而实现声波数据剖面中的一次反射波数据重建；进一步采用局部相关性方法，通过计算重建数据与声波数据剖面的局部相似性，进而通过设置相似性阈值，实现有效一次反射波的提取与多次反射波的有效压制。

2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

3、tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，包括：

4、获取tbm扰动区阵列声波探测数据，并对其进行去噪预处理；

5、通过预先分窗策略将声波数据中的多次波发育区域进行框选，采用广义奇异值分解法将多次反射波和一次反射波投影至特征空间，进而通过低秩成分重构实现声波数据一次反射波成分重建，得到重建数据；

6、采用局部相关性方法，计算重建数据与有效信号的局部相似性，设置相似性阈值，构建一次反射波数据二进制掩膜，并作用于重建数据上，能够有效压制重建噪声和残余的多次反射波，从而实现一次反射波和多次波的有效分离。

7、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

8、tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除系统，包括：

9、信号获取模块，用于获取tbm扰动区阵列声波探测数据，并对其进行去噪预处理；

10、一次反射波重建模块，用于通过预先分窗策略将声波数据中的多次波发育区域进行框选，采用广义奇异值分解法将多次反射波和一次反射波投影至特征空间，进而通过低秩成分重构实现声波数据一次反射波成分重建，得到重建数据；

11、多次反射波压制模块，用于采用局部相关性方法，计算重建数据与有效信号的局部相似性，设置相似性阈值，构建一次反射波数据二进制掩膜，并作用于重建数据上，能够有效压制重建噪声和残余的多次反射波，从而实现一次反射波和多次波的有效分离。

12、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

13、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。

14、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

15、一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。

16、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

17、一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。

18、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

19、本公开的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，首先基于多次波到时较晚的特征，框选多次波发育区域，进而利用广义奇异值分解方法将多次反射波和一次反射波投影至特征空间，利用低秩近似，将声波数据剖面中的一次反射波数据进行重建，但由于其重建过程中不可避免地引入重建噪声数据并残留少量多次波；对此进一步采用局部相关性方法，通过计算重建数据与原始声波数据剖面的局部相似性，进而通过设置相似性阈值，构建一次反射波数据二进制掩膜，实现有效一次反射波的提取与多次反射波的有效压制。

20、本公开的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，通过预先分窗策略，将多次波发育区域框选出来，并进一步利用广义奇异值分解求解多次波成分约束的低秩重建问题，能够较好地解决一次反射波重建问题。该方法的优势在于充分利用多次反射波到时较晚的特征，并基于一次反射波和多次反射波在能量、复杂度属性上的特征差异，采用广义奇异值分解方法将一次反射波和多次反射波投影至特征空间，该方法将多次波发育数据作为约束，能够有效地将一次反射波和多次反射波在特征空间进行区分，使得一次反射波在低秩空间占优，多次反射波在高秩空间占优，进而能够容易地选择合适的奇异值进行重建，并获得更加纯净的一次反射波重建结果，为后续的多次反射波压制工作打下良好的基础。

21、本公开的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，局部相似性方法用于压制重建噪声和残余的多次反射波。该方法能够有效衡量重建数据与原始数据局部特征的相似性，由于一次反射波数据形态稳定，则其通常与原始数据具有高相似度，而重建噪声和残余噪声由于其能量弱，因而具有弱相似性，因而通过设置合适的阈值，从而构建二进制掩膜矩阵，并作用于重建数据上，进而能够实现一次反射波的有效提取和多次波的去除。

1.tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，所述阵列声波探测数据包括有效信号和噪声数据，所述有效信号包括一次反射波和多次反射波。

3.如权利要求1所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，所述通过预先分窗策略将声波数据中的多次波发育区域进行框选，采用广义奇异值分解法将多次反射波和一次反射波投影至特征空间，进而通过低秩成分重构实现声波数据一次反射波成分重建，得到重建数据，包括：

4.如权利要求1所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，一次反射波数据和多次反射波数据具有的特点为：一次反射波数据的重建数据形态稳定，其与原始的有效信号具有高相似度，重建噪声为重建数据时新引入的噪声，重建噪声不具有相关性，残留的多次波信号，由于其能量或结构不完整，与原始的有效信号具有低相似度。

5.如权利要求1所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，设置局部相似度指标位于[0,1]范围内，且越接近1反映两个矩阵在此处相似度越高，利用一次反射波相关性高，重建噪声和残余多次反射波相干性低的特征，通过设置相似度阈值，构建掩膜矩阵：

6.如权利要求1所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，所述采用局部相关性方法，计算重建数据与有效信号的局部相似性，包括：

7.如权利要求6所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法，其特征在于，通过共轭梯度迭代方法近似求解，最终获得的局部相似度指标γ为：

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-7任一项所述的tbm掘进扰动区密集阵声波探测多次波压制去除方法。