基于泰勒級數估計的油井數據無損壓縮方法
【技術領域】
[0001] 本方法涉及基于泰勒級數估計的油井數據無損壓縮，可有效降低油井數據傳輸網 絡的負荷。
【背景技術】
[0002] 由于油田信息化程度的加深，傳輸數據量急劇增加，但受到油田地理環境的限制， 這些信息主要通過無線網絡傳輸。一種是內部專用的無線網絡，如ZigBee網絡；另一種是 第三方運營網絡，如GPRS或者3G網絡。前者帶寬較小，難以負荷越來越大的傳輸量；后者 帶寬大，但屬于收費網絡，占用民用資源。因此，直接傳輸的方式，已經不適用于數字化油田 大數據量的需求。目前已有一些研究油井數據壓縮的方法。RDP(Ramer-Douglas-Peucker) 算法，通過只保留曲線上的足以表達該曲線形狀特征的關鍵點，來實現數據壓縮，但數據精 度在刪除點處存在非常明顯的誤差，且屬于有損壓縮。還有人提出一種對大量數據做奇異 值分解，用得到的基向量來近似擬合數據，達到數據壓縮的目的，但算法計算量大，無法滿 足油井數據的實時傳輸。此外，一些經典通用的數據壓縮算法：霍夫曼壓縮編碼、算術編碼、 游程編碼、LZW算法等，這些算法都沒有考慮油井數據的特點，不能有效的實現油井數據的 壓縮。
【發明內容】
[0003] 為了實現油井數據的高效傳輸，充分考慮其數據曲線相關性，提出一種新的無損 壓縮算法。首先利用泰勒級數分解擬合出油井數據曲線，然后進行后向估計，通過傳輸擬合 值與實際值的估計誤差，實現數據的無損壓縮。并且根據實際應用情況，設計自適應選擇最 小壓縮率的泰勒級數分解階數的方法。
[0004] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0005] 本發明的基于泰勒級數估計的油井數據無損壓縮方法，步驟為：
[0006] 1)根據油井實際采集數據情況，通過計算最小壓縮率，確定泰勒級數分解的最佳 階數M。
[0007] 所述的壓縮率計算，是通過以下步驟進行壓縮后的數據和壓縮前的數據，量化之 后的位寬比。
[0008] 2)對采集到的數據，按Μ階泰勒級數展開，求解系數（a。，ai，…，aM)。所述的泰勒 級數分解的系數確定是利用已知的前M+1個點，列出M+1個分解公式，通過解數學方程計算 而得。
[0009] 3)根據步驟1)和步驟2)得到的Μ和（a。，，…，aM)，換算出第M+2點與前面M+1 個點的關系。
[0010] 所述的換算方法，是利用油井數據的相關性和泰勒級數的性質，根據求得的系數、 階數擬合出第M+2點的值
[0011] 4)根據步驟3)計算的估計值，得到第M+2點的誤差。
[0012] 所述估計值誤差的計算，是利用擬合得到的估計值，與實際值相減，得到誤差。
[0013] 5)根據步驟3)得到的已知點與已知點后一點的關系式，逐步計算出后續數據的 估計值，以及估計值與實際值的誤差。
[0014] 6)傳輸數據是步驟2)中M+1個的已知點和步驟5)計算得到的從M+2點開始的誤 差值。
[0015] 7)對接收到的數據進行解壓處理，是利用步驟1)至步驟3)的方法根據前M+1個 已知點計算出后續點的估計值，再疊加上誤差，即無損恢復出原始數據。
[0016] 有益效果
[0017] 本發明方法通過泰勒級數展開估計實現數據無損壓縮，具有時間空間復雜度低的 特點，可適用于油田數據遠程傳輸系統，通過某油田的實際系統驗證，可將傳輸網絡數據負 荷降低至45%。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明方法的系統實現框圖；
[0019] 圖2是利用不同階數的冪函數對電參數數據進行壓縮效果圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0021] 實施例
[0022] 1)把實際采集到的離散型油井數據按Μ階泰勒級數分解。
[0023] 所述分解形式是，油井數據函數描述為：yn=f(xn) |xn=nTs，ne[1，Ν]，其中，Ts 是采樣周期。函數分解為M階：yn= 3
[0024] 2)確定按步驟1)中泰勒級數分解的變量：Μ(函數的最佳階數）；aM~a。（函數的 系數）。
[0025] 首先根據求解線性方程的Cramer法則，要確定M+1個系數需要M+1個獨立的線性 方程，引入假設條件：en=0，ne[1，M+1]。
[0026] 可以將步驟1)的Μ階分解式修正為
[0027] 改寫成矩陣形式：y=Xa。又因為xn=nTs，ne[1，Ν]，所以X是范德蒙矩陣，只 與擬合階數Μ有關系，后面記做ΧΜ+1，滿足滿秩條件：r(XM+1) =Μ+1，存在唯一的逆矩陣即系 數向量：a=ΧΜ+1 最佳階數Μ，是根據最小壓縮率確定的，具體方法參見步驟6)。
[0028] 3)根據步驟2)得到的系數a和前Μ+1個已知點X，換算出與第Μ+2點的關系，從 而估計出第M+2點的值，得到估計值與實際值的誤差。
[0029] 第M+2點的估計值
[0030]而m和：^+1都只與擬合階數Μ的取值有關。令，改寫為關于y的線性組 合：=辦1>，湘+/?+…咖估計誤差為：^
[0031]4)按照上述步驟1)、步驟2)、步驟3)的方法，把第2到M+2位數據看做第1到M+1 位數據，使用同樣的估計算法，逐步得到后續數據對應的誤差值。 A/+1
[0032]此后估計第M+i點時：i'.u+,=Σ&Λ+，-:得估計誤差序列：E= (eM+2,eM+3,…，eN) /=1
[0033] 5)壓縮處理完成后的傳輸數據。
[0034] 在傳輸過程中只需傳輸初始的M+1個點的數據序列Yinit=(ydy2,…，yM+1)和估計 誤差序列{E}，即待傳輸的數據序列為：Y&ans=(ydy2,…，yM,eM+1,…，eN)
[0035] 6)對接收數據進行解壓處理，恢復出原始數據。
[0036] 接收端解壓過程即為壓縮的逆過程，即首先通過擬合階數Μ可以得到出范德蒙矩 陣ΧΜ+1，然后利用Μ+1個初始序列{Yinit}根據步驟1)和步驟2)就可以得到泰勒級數系數 向量a，再用該泰勒級數估計出下一點數據Λ?+2,最后用接收到的誤差eM+2對估計值九12進 行修正，即可得到第M+2點的真實值yM+2。重復上述解壓過程，最終可實現數據還原。
[0037] 7)從傳感器采集到數據開始，截取一個周期，利用步驟1)至步驟4)的方法進行壓 縮計算，從Μ= 1開始，得到一個暫時的最大估計誤差幅值：ΔE=max(E)-min(E)。計算后 續M+1階的△E，依次循環，當最大估計誤差幅值由減小的趨勢變為增大時，即可跳出循環， 確定最佳泰勒級數的擬合階數。利用不同階數的冪函數對電參數數據進行壓縮，得到的壓 縮結果如圖2所示。
【主權項】
1.基于泰勒級數估計的油井數據無損壓縮方法，其特征在于，包含以下步驟： 步驟一：根據油井實際采集數據情況，通過計算最小壓縮率，確定泰勒級數分解的最佳 階數M。 所述的壓縮率計算，是通過以下步驟進行壓縮后的數據和壓縮前的數據，量化之后的 位寬比。 步驟二：對采集到的數據，按Μ階泰勒級數展開，求解系數（a。，ai，…，aM)。 所述的泰勒級數分解的系數確定是利用已知的前M+1個點，列出M+1個分解公式，通過 解數學方程計算而得。 步驟三：根據步驟一和步驟二得到的Μ和（a。，，…，aM)，換算出第M+2點與前面M+1個 點的關系。 所述的換算方法，是利用油井數據的相關性和泰勒級數的性質，根據求得的系數、階數 擬合出第M+2點的值 步驟四：根據步驟三計算的估計值，得到第M+2點的誤差。 所述估計值誤差的計算，是利用擬合得到的估計值，與實際值相減，得到誤差。 步驟五：根據步驟三得到的已知點與已知點后一點的關系式，逐步計算出后續數據的 估計值，以及估計值與實際值的誤差。 步驟六：傳輸數據是步驟二中M+1個的已知點和步驟五計算得到的從M+2點開始的誤 差值。對接收到的數據進行解壓處理，是利用步驟一至步驟三的方法根據前M+1個已知點 計算出后續點的估計值，再疊加上誤差，即無損恢復出原始數據。
【專利摘要】本發明是一種基于泰勒級數估計的油井數據無損壓縮方法，屬于數據壓縮處理領域。該方法利用泰勒級數分解擬合出油井數據曲線，然后進行后向估計，通過傳輸擬合值與實際值的估計誤差，實現數據的無損壓縮。并且根據實際應用情況，設計自適應選擇最小壓縮率的泰勒級數分解階數的方法。適用于油田數據遠程傳輸系統，有效降低傳輸網絡數據負荷。
【IPC分類】H03M7/30, G06F17/30
【公開號】CN105306066
【申請號】CN201510796740
【發明人】王衛江, 高巍, 史玥婷
【申請人】北京理工大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月18日