[发明专利]一种用于随钻测量系统数据压缩的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种数据压缩的方法，尤其是石油随钻测量系统井下测量的参数上传系统中数据的压缩方法，从而实现高效的数据传输。

背景技术：

从井下到地面的信息传输技术是导向钻井与定向钻井领域中研究的热点与难点问题，也是随钻测量系统应用和发展的技术瓶颈。基于钻井液压力的信息传输方式，具有经济、方便、传输可靠性强、传输距离远等优点，是目前发展最成熟、应用最广泛的传输方法。但是，目前的研究主要集中在测量仪器的硬件设备设计与开发方面，注重仪器的硬件实现，而缺乏对其数据压缩传输方面特别是针对其数据特征进行高效的数据压缩传输的研究。

自20世纪30年代J.C.Karcher等研制的随钻电阻率测井系统和50年代Arps J.J.发明的泥浆遥测系统获得成功以来，随钻测量技术开启了加速发展的时代。井下测量参数也从最初基本的方位数据和地层评价数据(电阻率和伽马射线)，发展到如今的包括几何参数、定向参数和井下工况参数等共计约20种之多，例如井斜角、方位角、工具面角、井底钻压、钻头扭矩、马达转速、井底温度、自然伽马、地层电阻率、地层倾角、孔隙度、密度、中子测井、电压等。而且，随着钻井技术不断地向自动化、智能化方向发展，越来越多的井下测量仪器将会得以研制与应用，可以测量获得的井下参数也将会越来越多，可以更加有效地指导地面的作业。

然而，在数据的压缩传输方面少有研究，由于钻井液信道传输带宽有限、钻井液压力波信号的产生速率有待提高，因此，引进数据压缩技术成为大幅提高井下信息传输效率的有效途径。

由于随钻测量参数在一定时间以及一定的地层下具有相对的稳定性，而且仅仅使用有限的表示数字的符号(共11个)，所以在对其进行压缩时，可以根据数字出现的频率，极大提高数据的压缩比，即压缩后的二进制数据的长度将更短，从而保证了其传输的高效性。

Huffman编码是1952年由Huffman提出的一种无损数据压缩技术，是基于统计模型的数据压缩技术，是无损压缩当中最好的方法之一。它使用二进制来替换每个符号，长度由每个符号出现的频率(权值)决定。Huffman编码充分考虑了被编码符号的统计特性，将出现概率大的符号转换为较短的二进制编码，将出现概率小的符号转换为较长的二进制编码，从而实现对字符的压缩。Huffman压缩和解压缩是通过Huffman树来实现的，工作过程包括以下步骤：

1)Huffman树的构造

Huffman树，即带权路径长度最短的树。其构造步骤如下：

①根据给定的n个权值{w₁，w₂，……w_n}，构造n棵只有根结点的二叉树，令其权值为w_j；

②在森林中选取两棵根结点权值最小的树作为左右子树，构造一棵新的二叉树，置新二叉树根结点的权值为其左右子树根结点权值之和；

③在森林中删除这两棵树，同时将新得到的二叉树加入森林中；

④重复上述②、③两步，直到只含一棵树为止，这棵树即Huffman树。

2)Huffman压缩

首先，要根据Huffman树获得Huffman编码表，方法是从根节点开始遍历树，左孩子的所有路径标注为0，右孩子的所有路径标注为1。最后，再根据生成的Huffman树对数据进行编码，方法是从叶子结点开始向根结点回溯，组合路径上所有的符号(0或1)，即可得到该叶子结点对应符号的编码。

3)Huffman解码

解码的过程本质上就是一个遍历二叉树的过程，一直遍历到叶子结点，此时完成第一个字符的解码；接着再重新从树根开始遍历二叉树，一直再遍历到叶子结点，此时完成第二个字符的解码；直到所有的二进制都遍历完毕为止。

本发明采用Huffman技术对数据进行压缩，从而实现随钻测量系统的高效传输，实验证明通过Huffman编码得到的数据压缩比可以满足实际应用需求，具有广泛的应用意义。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于随钻测量系统中数据压缩的方法，实现高效的数据传输。

1、一种用于随钻测量系统数据压缩的方法，其特征在于对随钻测量中从井下向地面传递的参数采用Huffman编码，发送方在井下自动计算在传输周期内各个字符出现的概率，如果符号出现的概率有了较大变化则择期将其发送到地面主控计算机，同时修改自己的Huffman编码，具体实现包括以下8个步骤：

A.系统初始化