坐標(biāo)，美國阿拉斯加，北極圈。

一架白色小型飛機(jī)穿過湍急的強(qiáng)風(fēng)，在白皚皚的積雪中穩(wěn)穩(wěn)著陸。李成博博士欣賞著窗外熟悉的景色，冰封的世界，像極了他的老家中國東北。雪景怡人，但旅程卻頗為周折，為了到達(dá)目的地，他需要頂風(fēng)冒雪轉(zhuǎn)飛機(jī)四次。最后一程還是小型螺旋槳飛機(jī)，因?yàn)樗茉诒现苯咏德洹０踩德浜螅虐l(fā)現(xiàn)，著陸地點(diǎn)是在一個(gè)冰湖上。

這樣的到訪已經(jīng)三次，每次的任務(wù)都和收集數(shù)據(jù)有關(guān)，而又不僅僅是收集數(shù)據(jù)。一位數(shù)據(jù)科學(xué)家為什么要到這極寒之地?這和“壓縮感知地震采集技術(shù)（CSI）”有著莫大的關(guān)系。

CSI技術(shù)是地震數(shù)據(jù)獲取技術(shù)上的一個(gè)突破，它使人類可以在短時(shí)間內(nèi)收集海量地震數(shù)據(jù)，并數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，為下一步機(jī)器學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。更進(jìn)一步地說，這一技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了油氣行業(yè)三維地震數(shù)據(jù)采集成本高、耗時(shí)長的難題。CSI能夠在同等成本的條件下，成倍提高數(shù)據(jù)采集的效率和質(zhì)量，為下一步大數(shù)據(jù)與人工智能提供基礎(chǔ)，目前是美國康菲石油公司（ConocoPhillips）所有的專利技術(shù)。最終目的是提取地下有效信息。有了有效信息，就好比有了地下情況說明書。而需要強(qiáng)調(diào)的是，這里的地震是人為的，人為產(chǎn)生震動(dòng)，再用“聽診器”獲得地下的健康狀況。

作為CSI技術(shù)的核心研發(fā)人員，李成博博士向《親愛的數(shù)據(jù)》主編譚婧介紹了自己的求學(xué)與研究經(jīng)歷。2011年他從美國萊斯大學(xué)畢業(yè)，獲得了計(jì)算和應(yīng)用數(shù)學(xué)博士。畢業(yè)當(dāng)年，他加入美國康菲石油公司，擔(dān)任總部高級(jí)地球物理學(xué)家。他說，選擇加入美國康菲石油，也是和開發(fā)壓縮感知地震采集技術(shù)技術(shù)有關(guān)。

近幾年，他的工作聚焦在地球物理應(yīng)用的壓縮感知技術(shù)，包括地震數(shù)據(jù)采集最優(yōu)化設(shè)計(jì)和成像。數(shù)據(jù)既來自陸地，也來自海洋。現(xiàn)在，他負(fù)責(zé)開發(fā)用于地震處理的機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案。他與研究伙伴合作發(fā)明了——壓縮感知地震采集技術(shù)。2016年，他獲“創(chuàng)新精神獎(jiǎng)”。2018年，獲“科技優(yōu)勝者獎(jiǎng)”、“亞洲OTC新技術(shù)聚焦獎(jiǎng)”。2017年，他和合作者的論文《Operational deployment ofcompressive sensing systems forseismic data acquisition》被選為國際知名雜志《the Leading Edge》的當(dāng)年最佳論文。2019年，他獲得了“杰出科研技術(shù)人員精神成就獎(jiǎng)”。

雖然榮譽(yù)滿滿，但是這位優(yōu)秀的青年科學(xué)家身上低調(diào)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶刭|(zhì)非常突出。

地球物理數(shù)據(jù)采集環(huán)境往往是非常特殊的自然環(huán)境，除了愛好冒險(xiǎn)和向往極致自然景觀的探險(xiǎn)者，普通人很難有這份兒體驗(yàn)。

“不允許留下任何人為的痕跡。車輛如果滲油，那么就得連同冰與雪一起回收起來。對(duì)任何表面有植被的地方，決不允許人員與車輛進(jìn)入。”他說，“做地震數(shù)據(jù)采集的項(xiàng)目面臨的挑戰(zhàn)實(shí)質(zhì)上有兩個(gè)，一個(gè)是極端惡劣環(huán)境，一個(gè)是環(huán)境保護(hù)的良心。”

“夏天的時(shí)候不能有任何活動(dòng)，只有在冬季的時(shí)候，整個(gè)地表全部都凍起來，形成凍層之后，才會(huì)被允許進(jìn)行地質(zhì)勘探活動(dòng)。”由于辦公場地的特殊性，李博士的工作時(shí)間比普通人更加受限。

北極圈附近的氣候異常極端，人們會(huì)誤解該地區(qū)很難遭到人為的環(huán)保破壞。然而，該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境卻非常的脆弱。作為到訪北極圈的科研工作者，他對(duì)“環(huán)境保護(hù)”理解非常深刻。既要考慮科研目的，也確保人類的任何活動(dòng)都要保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。從一開始，環(huán)保就是擺在科研優(yōu)先性前面的原則。

“可以被允許工作的時(shí)間段，不超過四個(gè)月。”李成博博士第一次踏上北極圈的雪地是在2015年的2月份。

眾所周知，在北極圈工作，將面臨嚴(yán)酷的工作環(huán)境。作為一個(gè)東北小伙，李成博對(duì)“抗凍”很有信心，然而，極端環(huán)境還是超乎他的想象。“采集數(shù)據(jù)時(shí)的溫度，也就零下三十多度吧，起風(fēng)后，零下三十五度左右。女生（體重）輕一點(diǎn)站都站不穩(wěn)。”天氣冷，時(shí)間短，任務(wù)重，是三個(gè)難點(diǎn)，但是有趣的一點(diǎn)是，他們?cè)谑フQ老人家附近“上班”。

一、CSI技術(shù)的核心是什么？

可能連圣誕老人也不知道，數(shù)據(jù)科學(xué)家們正在進(jìn)行著一項(xiàng)無比精細(xì)、復(fù)雜而宏大工程。這是一種模擬地震波傳播的方法，采用可控震源。通過震源持續(xù)震動(dòng)，向下傳播的波遇到地下不同的巖層反射回地面接收信號(hào)的方式來進(jìn)行勘探。由于可控震源振幅擾動(dòng)較小，對(duì)生態(tài)環(huán)境非常友好。

值得讓人興奮的是，開發(fā)新的地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)是一項(xiàng)前沿性挑戰(zhàn)。也就是說，接收到的信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)中心的數(shù)字處理和地質(zhì)解釋，其成果成為判斷地下情況的重要依據(jù)。

李博士介紹，“簡單來說方法是，在地表放置檢波器和震源。通過某點(diǎn)激發(fā)一個(gè)震源，向地下傳波。遇到某一個(gè)比較強(qiáng)的反射層的時(shí)候，能量會(huì)通過強(qiáng)反射，反射回地表。這樣在地表就得到了一個(gè)響應(yīng)的效果，接受到信號(hào)。通過一組震源和一組檢波器，就可以采集到一個(gè)數(shù)據(jù)體。

在數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，有上萬個(gè)檢波器同時(shí)工作。就形成了一個(gè)所謂的五維的數(shù)據(jù)體，進(jìn)行地下情況的刻畫。說到底，這些接收到的信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和地質(zhì)解釋，其結(jié)果會(huì)成為判斷海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。CSI技術(shù)的核心就是，如何最優(yōu)的放置這些檢波器點(diǎn)和震源點(diǎn)，在最小的代價(jià)下，最大化獲得地下信息。”

因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)對(duì)自然環(huán)境的影響較小，所以得到了州政府的支持，否則，在圣誕老人的家門口人為的搞“小型地震”，他老人家未必愿意。

二、數(shù)據(jù)越來越受重視，數(shù)據(jù)獲取技術(shù)也在進(jìn)步

經(jīng)過幾年艱苦的研發(fā)，陸地上的第一次大規(guī)模實(shí)施，就是在阿拉斯加。所以，2015年的2月，即是李成博的第一次，也是該項(xiàng)技術(shù)落地實(shí)施的第一次。

李博士說，“作為主要的技術(shù)研發(fā)人員，到作業(yè)現(xiàn)場做調(diào)整是必須的。”新技術(shù)實(shí)施后，他收到了雙份的驚喜。

第一個(gè)是地震數(shù)據(jù)收集效率得到很大的提高，五到十倍的增長。

第二個(gè)驚喜則是這項(xiàng)采集工作進(jìn)一步減少了采集工作對(duì)自然環(huán)境的影響，尤其是減少了對(duì)極地環(huán)境的人類腳印。對(duì)于這兩項(xiàng)成績，康菲公司內(nèi)部非常的振奮。

美國康菲石油公司除了與中國油氣行業(yè)的合作發(fā)展已經(jīng)超過三十七年，是中國油氣上游領(lǐng)域的重要外國投資商和生產(chǎn)商之外，非常有意思的一點(diǎn)是，康菲石油首席技術(shù)官Gregory P. Leveille在《中國能源報(bào)》的采訪中公開表示，“就大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，康菲石油主張讓專家和員工都進(jìn)行實(shí)際操作，以提高工作效率。

目前，康菲石油1.1萬名員工中有4000名都可以接觸，并使用數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)數(shù)據(jù)分析工具。”

他強(qiáng)調(diào)，“一方面，不斷追求高端人工智能技術(shù)的研發(fā)，同時(shí)鼓勵(lì)和敦促員工學(xué)習(xí)和應(yīng)用機(jī)器自動(dòng)化；另一方面，將大數(shù)據(jù)技術(shù)適用于整條產(chǎn)業(yè)鏈，從鉆井到運(yùn)營再到倉庫管理等所有領(lǐng)域。”

在另外一家外媒的采訪中，這位首席技術(shù)官還強(qiáng)調(diào)，“石油和天然氣行業(yè)的發(fā)展方式日益要求員工利用前沿的數(shù)據(jù)分析技能。”

不得不說，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型文化正在全球領(lǐng)先的石油公司根植。

三、地球物理中，獲取數(shù)據(jù)有何“不易”？

李博士說，油氣勘探的技術(shù)正在不斷進(jìn)化，行業(yè)的數(shù)據(jù)采集工作有兩個(gè)特點(diǎn)，

第一個(gè)是采集到的數(shù)據(jù)量巨大，

第二個(gè)是數(shù)據(jù)采集成本非常高昂。

他對(duì)“數(shù)據(jù)量的飛漲”進(jìn)行了專門地強(qiáng)調(diào)。在采集地震數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)量大概有多大呢？在一次數(shù)據(jù)采集周期，兩到三個(gè)月可以在陸地上可以采到Petabytes單位的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)已成為石氣勘探的重要資產(chǎn)，數(shù)據(jù)在驅(qū)動(dòng)油氣勘探技術(shù)創(chuàng)新。

李博士強(qiáng)調(diào)，“采集地震數(shù)據(jù)量是巨大的，海量的，無論你用什么方法，必須要在海量的數(shù)據(jù)上有一個(gè)魯棒的表現(xiàn)。”

因?yàn)榘嘿F，所以省錢非常重要。

地震數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目是非常花錢的工作，基本都是上億元人民幣起步。但是，如此巨資投入的情況下，數(shù)據(jù)的狀況還未必理想。一方面，利用地表的數(shù)據(jù)，來刻畫地下的信息，并不是直接獲得數(shù)據(jù)的方式。另一方面，采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，地表的情況也不容樂觀。以阿拉斯加北極圈內(nèi)的采集項(xiàng)目為例，地表經(jīng)常有非常嚴(yán)重的風(fēng)噪音。因?yàn)椴杉降臄?shù)據(jù)的情況差，必須用一些技術(shù)手段把弱信號(hào)還原，包括機(jī)器學(xué)習(xí)的方法。

李博士說，“壓縮感知地震采集技術(shù)，對(duì)解決采集成本高的難題有很大的幫助，可以通過一些不規(guī)則的采點(diǎn)方式收集地震數(shù)據(jù)，在降低采集成本，及不受特定限制區(qū)域影響的同時(shí)，大大提高采集效率和成像分辨率。”

四、機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的“難點(diǎn)”

“如何通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法把弱信號(hào)恢復(fù)過來？”對(duì)于這個(gè)問題，李博士這樣回答，“在一個(gè)弱信號(hào)、強(qiáng)噪音的情況下，處理這個(gè)問題的方法并不是技術(shù)發(fā)展到今天才出現(xiàn)的。過去幾十年，整個(gè)勘探地震學(xué)已經(jīng)想出了很多解決辦法，比如通過建立模型把信號(hào)提取出來。”

“這種方法在大多數(shù)的情況下（效果）還可以。如果只強(qiáng)調(diào)把比較強(qiáng)的信號(hào)提取出來的話，困難并不大。難度在于，如何能夠把最后的20%的非常弱的信號(hào)提取出來，這是地震處理中比較大的問題。在地震行業(yè)，是沒有標(biāo)注的數(shù)據(jù)。地震數(shù)據(jù)處理中，沒有辦法對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)處理，所以要用無監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法來進(jìn)行工作。

有一點(diǎn)很重要，在處理這些數(shù)據(jù)的時(shí)候，有很多經(jīng)典的、模型驅(qū)動(dòng)的方法。應(yīng)該充分利用這些樣本，不是說有了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，其他的就不需要了。所以，第一步，我們需要在一個(gè)樣本中選取一個(gè)方法，建立一個(gè)合適的模型。比如說這個(gè)信號(hào)大致長什么樣子，可以把它估計(jì)出來。”

“利用一些傳統(tǒng)的方法把信號(hào)大致估計(jì)出來之后，雖然并不能做到百分之百，但是百分之五十非常迅速地可以做到。然后，通過深度學(xué)習(xí)的方法，確認(rèn)這個(gè)地震信號(hào)到底在哪里？這個(gè)信號(hào)到底長什么樣？通過已有樣本，反演弱信號(hào)，高噪音情況下的反應(yīng)。一部分是信號(hào)，一部分是噪音，噪音是什么呢？噪音在我們看來也是信號(hào)。所以在工作的過程中，我們發(fā)現(xiàn)把噪音當(dāng)成信號(hào)來處理，對(duì)于‘去噪’效果非常，把噪音和信號(hào)進(jìn)行同步處理。說到底，機(jī)器學(xué)習(xí)在這個(gè)過程中起到了一個(gè)橋梁作用，將基于物理，數(shù)學(xué)的傳統(tǒng)方法和人工智能聯(lián)系起來”

同樣的觀點(diǎn)，也來自于全球領(lǐng)先的信息數(shù)據(jù)分析公司，愛思唯爾（Elsevier）的高級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)家沈澄，久居倫敦工作的他在英國天然氣勘探公司有著豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。他這樣告訴《親愛的數(shù)據(jù)》，打一個(gè)比喻，挑西瓜的時(shí)候，人們通過拍打西瓜聽聲音，推測西瓜是否成熟。在石油天然氣勘探領(lǐng)域，人們?cè)诘氐紫掳惭b很多震動(dòng)的信號(hào)器，然后收集反射回來的聲波、頻率等信號(hào)。就好比能收集到很多很多個(gè)敲打西瓜的聲音。傳感器收集到的信息，作為深度學(xué)習(xí)輸入的數(shù)據(jù)，從而得到石油儲(chǔ)量信息。

深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)于地球物理領(lǐng)域，有一個(gè)比較正面的影響，或者說，就是說一個(gè)比較大的作用就是，其實(shí)噪音里面包含了很多信息，以前沒有辦法從“噪聲”里找到的信息，這是我們沒有辦法，用好這個(gè)信息。現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)能夠從“噪聲”中“榨取”更多有用的信息。

在地球物理領(lǐng)域，還有另一個(gè)難點(diǎn)。采樣率是比較低的。在使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)分析圖像時(shí)，用低分辨率的照片來進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)和高分辨率的照片進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，這是有很大很大的區(qū)別的。現(xiàn)在大家可以輕松地獲得高分辨率，比如，兩千像素乘兩千像素。在地球物理領(lǐng)域，幾十米的分辨率已經(jīng)很高了。畢竟是從地底下上萬米采集來的數(shù)據(jù)。

這種基于無監(jiān)督學(xué)習(xí)和反演強(qiáng)噪聲殘留地震信號(hào)恢復(fù)方法，可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域和不同階段，以提高地震處理的質(zhì)量和效率。實(shí)測數(shù)據(jù)表明，該方法能夠較好地恢復(fù)40分貝以下噪聲里的微弱信號(hào)，或者從復(fù)雜的數(shù)據(jù)（儲(chǔ)集層、巖石）中提取特征。將機(jī)器學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，成為解決地下問題提供了強(qiáng)有力的手段。

李博士強(qiáng)調(diào)，“人工智能在油氣勘探領(lǐng)域已經(jīng)開始陸續(xù)應(yīng)用,曾經(jīng)需要幾十個(gè)人處理幾個(gè)月的數(shù)據(jù)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能的訓(xùn)練算法去處理，效率和有效性兩方面都有很大提高。”

最后，李博士補(bǔ)充道，在油氣領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)還可以用在很多環(huán)節(jié)。比如鉆井活動(dòng)，可以通過大數(shù)據(jù)對(duì)老齡化油氣田進(jìn)行分析和評(píng)估，盡可能延長其壽命。同時(shí)，還將其應(yīng)用于新井鉆探和開發(fā)。每一年,全球大型石油公司都會(huì)打很多井，大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅有助于提高效率、減少支出，還能夠減少生產(chǎn)活動(dòng)的作業(yè)面積，即有益于生態(tài)環(huán)境，又提高了工作的安全和可持續(xù)性。

歡脫的雪橇犬在雪地里留下一排小腳印，狐貍與駝鹿在樹林里捉迷藏，星星在深藍(lán)色的天空里眨眼，極光閃耀空中，北極大地平靜而廣袤，環(huán)境與未來在連接，新技術(shù)與古老能源在融合，人類探索自然與科技發(fā)展永不止步。

（完）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的北极圈内收数据，圣诞老人不知情：AI油气勘探应用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。