何劼

摘 要 在集群系統(tǒng)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(zhì)量。本文介紹了集群系統(tǒng)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(yōu)勢，闡述了應(yīng)用集群計算機處理地震資料的步驟。

關(guān)鍵詞 集群計算機 地震資料 應(yīng)用研究

中圖分類號：TP311.52 文獻標(biāo)識碼：A

1集群系統(tǒng)引入前地震資料處理存在的問題

在集群系統(tǒng)引入前，當(dāng)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(guī)疊后時間域中進行的狀態(tài)，常規(guī)疊后時間域處理就是假設(shè)地下介質(zhì)是均勻或水平層狀，它僅適于處理簡單地質(zhì)或緩變介質(zhì)所構(gòu)造出的資料，其優(yōu)點是操作方法簡單、運算量小。但在構(gòu)造復(fù)雜、橫向速度變化較為劇烈的地區(qū)，常規(guī)疊后時間域處理方法已不能準(zhǔn)確反映出地下組織構(gòu)造形態(tài)，輕者會造成構(gòu)造高點漂移，重者則使構(gòu)造變得面目全非。這主要因為在這些地區(qū)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(guī)的CMP疊加原則已失效，疊加結(jié)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(zhì)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(wěn)定性

由于集群計算機內(nèi)部有數(shù)據(jù)共享措施，在某臺服務(wù)器發(fā)生故障時，能夠有其他服務(wù)器立即替代，所以不會出現(xiàn)經(jīng)常中斷任務(wù)的情況。每臺服務(wù)器的容量和任務(wù)都是定義好的，所以提供的服務(wù)是充分的、穩(wěn)定的。

2.2集群計算機在處理地震資料時具有規(guī)?？煽匦?/p>

由于集群計算機是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此可以通過增減節(jié)點數(shù)目來控制集群計算機的規(guī)模，使集群計算機能夠完成計算量、存儲量越來越大的任務(wù)。在做地震資料處理時，需要集群計算機的服務(wù)器數(shù)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(jīng)濟性

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

3 集群計算機處理地震資料的優(yōu)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(huán)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(fā)育。大地構(gòu)造位置決定，地震頻繁震災(zāi)嚴(yán)重。統(tǒng)計數(shù)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(shù)竟達到全球的1/2以上。人們的生產(chǎn)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(yù)報方面存在著很多問題。其次，地震還嚴(yán)重影響石油勘探工作，地質(zhì)工程隊勘探石油、天然氣時，必須要采集該地區(qū)的地震數(shù)據(jù)、圖像資料。為了保證人民的生命財產(chǎn)安全，必須要搜集、整理地震數(shù)據(jù)、圖像資料；為了加大油氣資源的開發(fā)、利用，保證我國的能源供給安全，必須要搜集、整理地震數(shù)據(jù)、圖像資料。

3.3計算機可以做大量的運算、分析工作

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

3.4地震數(shù)據(jù)、圖像資料具有兼容并行的特點

地震數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)之間的共性點結(jié)合，也可以按照“線、道”劃分成類。地震資料的內(nèi)部數(shù)據(jù)之間不是孤立的、靜止的，而是經(jīng)常需要做傅里葉轉(zhuǎn)換、FK轉(zhuǎn)換，實際上，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后要比原來的數(shù)據(jù)更適合多臺計算機并行計算分析。

3.5能做大規(guī)模的地震資料處理任務(wù)

計算機技術(shù)的快速發(fā)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(rèn)識的加深；研究、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)、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(xiàn)代地震資料處理要求。

4應(yīng)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(wù)的工作量，合理選擇服務(wù)器架構(gòu)體系，目前市場上主要的兩種服務(wù)器架構(gòu)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(nèi)集成70個以上的處理器，實現(xiàn)6GHz以上配置和4GB以上內(nèi)存處理，能夠滿足地震資料處理要求。

存儲設(shè)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(fù)軟件，能夠保證在發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)存儲備份。這樣，數(shù)據(jù)在光線中傳輸、儲存變得穩(wěn)定可靠，網(wǎng)絡(luò)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(wù)器，方便擴展和數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)在交換過程中，會因為消耗一定的空間，因此需要4G以上內(nèi)存。采用應(yīng)用軟件完成輸入/輸出的批量作業(yè)和交互作業(yè)，同時還能管理整個系統(tǒng)的調(diào)度、運行工作。

應(yīng)用秉性文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠把數(shù)據(jù)條帶化和多行化，實行雙向的輸入/輸出操作，提高數(shù)據(jù)存取速度。高分辨率的圖像處理設(shè)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(shè)施。對數(shù)據(jù)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(shè)備。確保數(shù)據(jù)的安全可靠，對計算過程和計算結(jié)果中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行磁帶庫備份。

5結(jié)束語

由于集群計算機具有處理數(shù)據(jù)的高效率、高穩(wěn)定性、高可控性和經(jīng)濟性，因此在處理地震資料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間和前景。隨著高頻處理器和大容量內(nèi)存的出現(xiàn)，集群計算機的軟硬件不斷升級改造，處理數(shù)據(jù)、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(shù)道路上還有許多工作要做。要不斷的進行數(shù)據(jù)更新，加大科研投入，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，為地震資料監(jiān)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(yīng)用[J].計算機科學(xué)與工程，2009.