一种AMT去噪方法、系统及计算机可读存储介质与流程

一种amt去噪方法、系统及计算机可读存储介质
技术领域
1.本发明涉及地球物理电磁法勘探领域，特别是涉及一种amt去噪方法、系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.音频大地电磁测深(amt)法已在油气远景区推断、地热勘查、寻找水源和良导性矿体、探测沉积盆地构造等领域取得了广泛的应用。野外利用v8(主机)结合amtc30(磁探头)的方式开展数据采集，获取到ts2(高频)、ts3(中频)、ts4(低频)三个时间序列文件，对应的采样率分别为24000、2400、150hz。每种ts文件都包含了ex、ey、hx、hy、hz(e表示电场，h表示磁场)这5种电磁场分量时间序列。
3.但由于amt法以微弱的天然大地电磁场为场源来探测地下电性结构，并且随着国家工业的发展，采集数据的工作区受多种噪声干扰的情况愈发严重，导致采集到的信号被淹没在噪声中，数据质量差。
4.因此，亟需开发一种可针对不同噪声进行去噪的方法、系统及计算机可读存储介质。通过该方法可去除amt数据中的不同形态类噪声，从而得到准确的地下电性结构信息。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种amt去噪方法、系统及计算机可读存储介质，从而得到去噪后的高频、中频、低频时间序列文件。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种amt去噪方法，所述方法包括：
8.采用amt法获取高频、中频、低频时间序列文件，所述高频、中频、低频时间序列文件为地下电性结构信息的文件；
9.选择三角型、抛物线型、圆盘型和余弦型四种结构元素构建广义形态滤波器；
10.根据所述高频时间序列文件的数据设定结构元素参数k2、l2，所述结构元素参数k2、l2根据所述高频时间序列文件的数据不同而不同，其中，k2为极值参数，l2为零点参数；
11.根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k2、l2，分别对所述高频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述高频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列，所述ex和ey分别为电场在x轴和y轴的分量，所述hx和hy分别为磁场在x轴和y轴的分量，所述组合广义滤波处理包含负结构元素的广义形态滤波处理和正结构元素的广义形态滤波处理；
12.分别从所述高频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后所述高频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
13.利用所述去噪后的所述高频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的高频文件；
14.根据所述中频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3，所述结构元素参数
k3、l3根据所述中频时间序列文件的数据不同而不同；
15.根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k3、l3，分别对所述中频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述中频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；
16.分别从所述中频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的所述中频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
17.利用所述去噪后的所述中频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的中频文件；
18.根据所述低频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3，所述结构元素参数k4、l4根据所述低频时间序列文件的数据不同而不同；
19.根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k4、l4，分别对所述低频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述低频时间序列文件中的所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；
20.分别从所述低频时间序列文件的所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后所述低频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
21.利用所述去噪后的所述低频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的低频文件。
22.本发明还提供一种amt去噪系统，所述系统包括：
23.文件获取模块，用于采用amt法获取高频、中频、低频时间序列文件，所述高频、中频、低频时间序列文件为地下电性结构信息的文件；
24.结构元素选择模块，用于选择三角型、抛物线型、圆盘型和余弦型四种结构元素构建广义形态滤波器；
25.高频时间序列结构元素参数设定模块，用于根据所述高频时间序列文件的数据设定结构元素参数k2、l2，所述结构元素参数k2、l2根据所述高频时间序列文件的数据不同而不同；
26.高频时间序列滤波处理模块，用于根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k2、l2，分别对所述高频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述高频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列，所述ex和ey分别为电场在x轴和y轴的分量，所述hx和hy分别为磁场在x轴和y轴的分量，所述组合广义滤波处理包含负结构元素的广义形态滤波处理和正结构元素的广义形态滤波处理；
27.高频时间序列噪声序列删除模块，用于分别从所述高频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后所述高频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
28.高频文件获取模块，用于利用所述去噪后的所述高频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的高频文件；
29.中频时间序列结构元素参数设定模块，用于根据所述中频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3，所述结构元素参数k3、l3根据所述中频时间序列文件的数据不同而不同；
30.中频时间序列滤波处理模块，用于根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k3、l3，分别对所述中频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述中频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；
31.中频时间序列噪声序列删除模块，用于分别从所述中频时间序列文件中包含的所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的所述中频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
32.中频文件获取模块，用于利用所述去噪后的所述中频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的中频文件；
33.低频时间序列结构元素参数设定模块，用于根据所述低频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3，所述结构元素参数k4、l4根据所述低频时间序列文件的数据不同而不同；
34.低频时间序列滤波处理模块，用于根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k4、l4，分别对所述低频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述低频时间序列文件中的所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；
35.低频时间序列噪声序列删除模块，用于分别从所述低频时间序列文件的所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后所述低频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
36.低频文件获取模块，用于利用所述去噪后的所述低频时间序列文件的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的低频文件。
37.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现amt去噪方法的步骤。
38.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
39.本发明提供的去噪方法，针对高频文件，设定可根据实际数据情况做变更的结构元素参数k2、l2，并选择三角型、抛物线型、圆盘型和余弦型四种结构元素构建广义形态滤波器，对高频文件中包含的ex、ey、hx、hy等电磁场分量分别做组合广义形态滤波处理，提取到各序列的噪声形态，再将之从原序列中删除，最后重构去噪后的高频文件。中频文件和低频文件的去噪方法同理。通过选取不同类型不同尺寸的结构元素，从而去除时间序列中的多种形态类噪声，通过设定可根据实际数据情况做变更的结构元素参数，从而获得最佳的去噪结果。通过计算机可读存储介质上存储的计算机程序，能直接生成去噪后的ts2、ts3、ts4文件，操作方便，可灵活使用。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例1提供的amt去噪方法流程图；
42.图2为本发明实施例1提供的从时间序列中提取噪声序列的流程图；
43.图3为本发明实施例1提供的五点三角型、五点抛物线型、五点圆盘型、五点余弦型
结构元素示意图。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明的目的是提供一种amt去噪方法、系统及计算机可读存储介质。通过选取不同类型不同尺寸的结构元素，从而去除时间序列中的多种形态类噪声，根据ts2、ts3、ts4数据实际受噪声干扰的情况来选择参数，从而获得最佳的去噪结果。
46.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
47.实施例1
48.本实施例提供一种amt去噪方法，如图1所示，所述方法包括：
49.s1、采用amt法分别获取高频、中频、低频时间序列文件；
50.其中，所述高频、中频、低频时间序列文件为地下电性结构信息的文件。
51.s2、选择三角型、抛物线型、圆盘型和余弦型四种结构元素构建广义形态滤波器。
52.其中，结构元素的选择和设定如下：
53.结构元素是形态滤波中非常重要的一部分，它关系到是否能准确提取到时间序列(tsn)中的噪声。不同的结构元素对应着不同的函数，也对应着不同的形状，每种结构元素的尺寸和大小由k、l这两个参数决定(形状指是函数曲线的形状)；不同形状的结构元素在做滤波处理的时候能较好地提取到相应形状地噪声，为了能较好地去除时间序列中地多种形态类噪声，本系统一共选择了s1、s2、s3、s4四种结构元素(类型及尺寸)(四种结构元素的参数k、l保持一致，若改变k、l，则四种结构元素的大小同时改变)来构建广义形态滤波器，s1设定为三角型t(n)、s2设定为抛物线型p(n)、s3设定为圆盘型d(n)，s4设定为余弦型cos(n)，其函数表达式分别为式(1)(2)(3)(4)。式中n为自变量，l为整数，k为实数。
[0054][0055]
p(x)＝k(l
2-x2),-l≤x≤l；x,l∈z,k∈r
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0056][0057][0058]
s3、根据所述高频时间序列文件的数据设定结构元素参数k2、l2；根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k2、l2，分别对所述高频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；分别从所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
利用所述去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的高频文件。
[0059]
需要说明的是，所述ex和ey分别为电场在x轴和y轴的分量，所述hx和hy分别为磁场在x轴和y轴的分量，所述高频时间序列文件的数据不同，设定的所述结构元素参数k2、l2不同，即结构元素参数k和l的设定根据高频时间序列文件的数据不同而不同。
[0060]
参数k决定了结构元素极值的大小，参数l决定了结构元素的零点；在本实施例中，将参数k称为极值参数，将参数l称为零点参数。
[0061]
k值的选择一般以小于待处理序列平均格值的2～3个数量级为宜，l值可设为k值的十倍左右。
[0062]
所述组合广义滤波处理的步骤如下：
[0063]
先对待处理时间序列(包括原始的e
x
、ey、h
x
、hy等电磁场分量时间序列)分别做负结构元素的广义形态滤波处理，再做正结构元素的广义形态滤波处理，其流程图(图中以ex序列的处理为例)和运算公式如图2所示。
[0064]
所述负结构元素的广义形态滤波处理的运算公式包括：
[0065][0066]
正结构元素的广义形态滤波处理的运算公式包括：
[0067][0068]
式(5)和(6)中，gococ(f(n))、gcoco(f(n))分别为广义形态开-闭-开-闭滤波器和广义形态闭-开-闭-开滤波器，s1指三角型结构元素、s2指抛物线型结构元素、s3指圆盘型结构元素，s4指余弦型结构元素；为形态开运算，其定义如式(7)所示；“·”为形态闭运算，其定义如式(8)所示；
[0069][0070][0071]
其中，θ为腐蚀运算，为膨胀运算，其详细运算公式如：
[0072][0073][0074]
式(5)(6)(7)(8)(9)(10)中的f(n)为待进行滤波处理的时间序列。
[0075]
作为一种可选的实施方式，在本去噪方法中，分别选择结构元素中的五个函数值参与滤波运算，五个函数值的的横坐标分别设定为-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3，其图像如图3所示，以结构元素s1为例，可以理解为：横坐标-2l/3对应的函数值为k/3，横坐标-l/3对应的函数值为2k/3，横坐标0对应的函数值为k，横坐标l/3对应的函数值为2k/3，横坐标2l/3对应的函数值为k/3。
[0076]
可以理解的是，本方案中，先根据待处理的时间序列获得了结构元素参数k2，l2，并选定了四种结构元素s1、s2、s3、s4，对应获得了四种结构元素的函数表达式，且针对每一种结构元素，分别选择了结构元素中的五个函数值参与滤波运算。在滤波处理中，根据l2的
值分别计算出-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3的数值(此时用l2的值替换-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3中的l，从而计算出-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3的数值，同理，在后续针对中频文件滤波时，用l3的值替换-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3中的l，计算出-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3的数值)，根据k2的值，以及各结构元素的函数表达式计算出各结构元素中-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3各自对应的函数值。将各结构元素中-2l/3、-l/3、0、l/3、2l/3各自对应的函数值代入负结构元素的广义形态滤波处理公式和正结构元素的广义形态滤波处理公式中，分别替换公式中的各结构元素s1、s2、s3、s4，获得运算结果，即噪声序列。
[0077]
在去除噪声序列时，用原始序列ex、ey、hx、hy减去噪声序列得到去噪后的信号。以原始的电场分量ex为例，用本方法做处理后，能提取到其噪声序列，用e
x-noise
表示，去噪后的电场分量序列用e
xdn
表示，即
[0078]exdn
＝ex-e
x-noise
[0079]
用做完去噪处理的e
x
、ey、h
x
、hy信号合成新的ts2(高频)文件。以合成去噪后的ts2文件为例，其流程如下：
[0080]
首先是从ts2文件中读取出里面包含的ex、ey、hx、hy、hz序列的tag信息，(可理解为：tag信息是火车头，ex、ey、hx、hy、hz是后边的车厢)需要注意的是，tag信息的存储占据32个bytes，一组tag对应2400组(ex、ey、hx、hy、hz)数据，每个分量数据以3个bytes存储。然后，分别对ex、ey、hx、hy序列做组合广义形态滤波处理并去除掉噪声，由于hz不参与视电阻率的计算，所以保持原样，不做处理。再将去噪后的ex、ey、hx、hy序列，以及hz序列转为二进制，与对应的tag信息合并存储(合并存储：还按照原来的顺序，可以理解为最初的车厢什么顺序，此处合并就是什么顺序)，如此，便重新合成了去噪后的ts2文件。ts3、ts4文件的处理同理。
[0081]
去噪后重新合成的tsn文件可用于频谱、功率谱密度、视电阻率、相位等信息的求取，并反演得到更好的地下电性结构信息。
[0082]
s4、根据所述中频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3；根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k3、l3，分别对所述中频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；分别从所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；利用所述去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的中频文件；
[0083]
s5、根据所述低频时间序列文件的数据设定结构元素参数k4、l4；根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k4、l4，分别对所述低频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；分别从所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；利用所述去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的低频文件。
[0084]
需要说明的是，对于中频文件和低频文件，其去噪方法与高频文件相同，此处不再赘述，具体步骤参照高频文件去噪方法即可。
[0085]
实施例2
[0086]
本实施例提供一种amt去噪系统，所述系统包括：
[0087]
文件获取模块m1，用于采用amt法获取高频、中频、低频时间序列文件；
[0088]
结构元素选择模块m2，用于选择三角型、抛物线型、圆盘型和余弦型四种结构元素
构建广义形态滤波器；
[0089]
高频时间序列结构元素参数设定模块m3，用于根据所述高频时间序列文件的数据设定结构元素参数k2、l2，所述高频时间序列文件的数据不同，设定的所述结构元素参数k2、l2不同；
[0090]
高频时间序列滤波处理模块m4，用于根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k2、l2，分别对所述高频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列，所述ex和ey分别为电场在x轴和y轴的分量，所述hx和hy分别为磁场在x轴和y轴的分量，所述组合广义滤波处理包含负结构元素的广义形态滤波处理和正结构元素的广义形态滤波处理；
[0091]
高频时间序列噪声序列删除模块m5，用于分别从所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
[0092]
高频文件获取模块m6，用于利用所述去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的高频文件；
[0093]
中频时间序列结构元素参数设定模块m7，用于根据所述中频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3，所述中频时间序列文件的数据不同，设定的所述结构元素参数k3、l3不同；
[0094]
中频时间序列滤波处理模块m8，用于根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k3、l3，分别对所述中频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；
[0095]
中频时间序列噪声序列删除模块m9，用于分别从所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
[0096]
中频文件获取模块m10，用于利用所述去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的中频文件；
[0097]
低频时间序列结构元素参数设定模块m11，用于根据所述低频时间序列文件的数据设定结构元素参数k3、l3，所述低频时间序列文件的数据不同，设定的所述结构元素参数k4、l4不同；
[0098]
低频时间序列滤波处理模块m12，用于根据所述广义形态滤波器及结构元素参数k4、l4，分别对所述低频时间序列文件中包含的ex、ey、hx、hy电磁场分量时间序列做组合广义形态滤波处理，获得所述ex、ey、hx、hy各自的噪声序列；
[0099]
低频时间序列噪声序列删除模块m13，用于分别从所述ex、ey、hx、hy中删除各自的噪声序列，获得去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列；
[0100]
低频文件获取模块m14，用于利用所述去噪后的ex序列、ey序列、hx序列和hy序列重构去噪后的低频文件。
[0101]
实施例3
[0102]
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤；
[0103]
采用该计算机程序执行去噪方法时，包括以下步骤：
[0104]
(1)使用者需先在e盘中建立名为liyubo的文件夹，并在该文件夹中建立名为04284244的子文件夹，然后在该子文件夹中分别建立名为ts2、ts3、ts4的文件夹。
[0105]
(2)使用tbl-edit软件分别生成ts2、ts3、ts4文件的txt文件。
[0106]
(3)运行后，按提示输入需要做去噪处理的ts2文件的文件路径和文件名，以及txt2文件的文件路径和文件名。(如：e:/liyubo/20190428/4244428a.ts2、e:/liyubo/20190428/4244428a_ts2.txt)。
[0107]
(4)根据实际采集得到的ts2数据和其受噪声干扰的情况(数据受噪声干扰的情况和数据的平均格值)，输入参数l2、k2的值,k值的选择一般以小于待处理序列平均格值的2～3个数量级为宜，l值可设为k值的十倍左右。(如：l2＝3，k2＝0.5)。
[0108]
(5)等待程序运行，然后去噪后的ts2文件会保存在步骤(1)中建立的ts2文件夹中。并显示：conguantulations！data processing have finished.denoising ts2 has been made。
[0109]
(6)按提示输入需要做去噪处理的ts3文件的文件路径和文件名，以及txt3文件的文件路径和文件名。
[0110]
(7)根据实际采集得到的ts3数据和其受噪声干扰的情况，输入参数l3、k3的值，k值的选择一般以小于待处理序列平均格值的2～3个数量级为宜，l值可设为k值的十倍左右。
[0111]
(8)等待程序运行，然后去噪后的ts3文件会保存在步骤(1)中建立的ts3文件夹中。并显示：conguantulations！data processing have finished.denoising ts3 has been made。
[0112]
(9)按提示输入需要做去噪处理的ts4文件的文件路径和文件名，以及txt4文件的文件路径和文件名。
[0113]
(10)根据实际采集得到的ts4数据和其受噪声干扰的情况，输入参数l4、k4的值，k值的选择一般以小于待处理序列平均格值的2～3个数量级为宜，l值可设为k值的十倍左右。
[0114]
(11)等待程序运行，然后去噪后的ts4文件会保存在步骤(1)中建立的ts4文件夹中。并显示：conguantulations！data processing have finished.denoising ts4 has been made。
[0115]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0116]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。