计算变差函数模型的系统和方法 对相关申请的交叉引用
此处要求于2007年8月27日提交的、美国临时专利申请No.60/961,591的优先权，并且将其说明书通过引用的方式并入于此。
关于联邦资助研究的声明
不适用。
【技术领域】
本发明大体上涉及用于地质统计学/属性建模的变差函数模型计算。
背景技术
寻找一种变差函数模型是地质统计学/属性建模中非常重要和通常困难的任务之一，因为它确定给定地质或岩石物理属性或任一空间相关属性的连续性的最大和最小方向。所述“连续性的最大方向”是个方位角，沿着该方位角，给定属性的方差改变最小。所述“连续性的最小方向”是与连续性的最大方向垂直的方向，它是个方位角，沿着该方位角，给定属性的方差改变最大。
传统半变差函数的计算和拟合的常见方法通常需要对用户部分的专业技术和相当多的反复试验。用于自动化半变差函数拟合的传统方法也集中在对一组表征试验性的半变差函数的点拟合的曲线的最小二乘方法。
许多商业软件包提供传统的试错拟合。在图1中，例如，传统的试错半变差函数建模在图形用户界面100中使用十(10)个试验性半变差函数来例示。每个试验性半变差函数沿不同的方位角计算。试验性半变差函数的数目取决于计算中输入数据点的数目和数据对的数目。10是为本例子所选择的，并基于261个输入数据点产生了满意的结果。用户必须使用这种数量的方向：最小值2和最大值36进行试验，后者每5度计算一次。
在图1中例示的每个半变差函数中，用户使用定点设备拖动垂直线102(左或者右)直到线104为每个半变差函数中的点间的“最佳拟合”。用户在拟合试验性半变差函数点时也有类似诸如球形，指数，以及高斯的模型类型的选择。这种类型的非线性拟合在商业软件包中可获得，诸如被称为“Uncert”的公共领域产品，它是由Bill Wingle，Eileen Poeter博士和Sean McKenna博士开发的免费软件产品。
在自动化拟合中，该概念也可以针对半变差函数点拟合曲线，但是所述软件可使用功能的一些近似来产生最佳拟合。如图2中例示的，例如，传统的自动化-线性半变差函数拟合被用来与显示屏200中的用于图1的每个试验性半变差函数相比较。但是，图2中所示的线性最佳拟合对大部分严格的情形来说不是很合适。在大部分自动化情形中，该方法需要对用户来说是“盲点(blind)”的一些类型的曲线(非线性)拟合方法。当用户不能给予通过自动化功能实现的拟合任何输入时，一种方法对用户即是盲点。
因此，需要一种能够实现非线性半变差函数拟合，对用户不是盲点并且可以是自动化的变差函数模型。
【发明内容】
本发明通过提供计算变差函数模型的系统和方法来满足上述需要并克服现有技术中的一个或更多个缺陷，其利用变差图(极坐标图)和玫瑰图来计算半变差函数。
在一个实施例中，本发明包括一种计算变差函数模型的方法，其包括：i)选择输入参数；ii)显示变差图，所述变差图包括连续空间的最大方向；iii)显示玫瑰图，所述玫瑰图包括边缘和多个向量；iv)只旋转所述玫瑰图的边缘，将所述连续空间的最大方向和所述玫瑰图的轴对齐；以及v)只调整所述玫瑰图的边缘直到所述玫瑰图的边缘与每个最长和最短玫瑰图向量的每一端相接触。
在另一个实施例中，本发明包括一种具有计算机可执行指令、用于计算变差函数模型的程序载体装置。所述可执行指令用于实现：i)选择输入参数；ii)显示变差图，所述变差图包括连续空间的最大方向；iii)显示玫瑰图，所述玫瑰图包括边缘和多个向量；iv)只旋转所述玫瑰图的边缘，将所述连续空间的最大方向和所述玫瑰图的轴对齐；以及v)只调整所述玫瑰图地边缘直到所述玫瑰图的边缘与每个最长和最短玫瑰图向量的每一端相接触。
在又一个实施例中，本发明包括其上存储有数据结构的程序载体装置，所述数据结构包括数据字段，所述数据字段包括：i)变差图，具有中心和连续空间的最大方向；以及ii)玫瑰图，具有中心，轴和多个向量，所述玫瑰图的轴与所述连续空间的最大方向对齐，每个最长和最短的玫瑰图向量的每一端与所述玫瑰图的边缘相接触。
通过接下来对各种实施例和相关附图的描述，本发明附加的方面，优点和实施例对本领域技术人员来说将会显而易见。
【附图说明】
专利或申请文件包括至少一幅彩色绘制的附图。带有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本由美国专利商标局根据一定的要求以及所支付的必要费用提供。
本发明参考附图描述如下，附图中相同的元素使用相同的参考数字来引用，其中：
图1使用10个试验性半变差函数例示传统的试错变差函数建模；
图2例示用于图1中的每个试验性半变差函数的传统自动化线性半变差函数拟合；
图3是例示用于实施本发明的方法的一个实施例的流程图；
图4A例示根据图3中的方法使用变差图和玫瑰图来计算变差函数模型及其相应的半变差函数；
图4B例示使用半变差函数来分析用于每个连续空间的主要和次要方向的变差函数模型；
图5是例示用于实施本发明的系统的一个实施例的框图。
【具体实施方式】
本发明的主题得到具体描述，但是，描述本身不是为了限制本发明的范围。因此，主题也可以与其它现有的或未来的技术一起通过其它方式来体现，包括不同的步骤或类似于这里描述的步骤的组合。此外，尽管术语“步骤”可以用在这里来描述所用方法的不同元素，但是该术语不能理解为隐含了这里公开的各种步骤之间的任何特定顺序，除非对特定顺序的描述有明确限定。
方法描述
现在参考图3，流程图例示了用于实现本发明的方法300的一个实施例。
在步骤302中，使用现有技术中公知的图形用户界面和技术选择输入参数。所述输入参数预先设定作为默认设置。
在步骤304中，玫瑰图和变差图使用现有技术中公知的传统图形着色技术进行着色和显示。所述玫瑰图和变差图使用输入参数自动着色。所述变差图是包括颜色编码和灰度方差值的极坐标图，其用来确定由所述变差图表征的数据中连续空间的最大方向。所述玫瑰图包括边缘和多个向量，其远离玫瑰图的中心径向延伸。所述玫瑰图和变差图优选为同心。所述玫瑰图可以是具有相等长度的轴的圆。可选择地，所述玫瑰图可以是包括长轴，短轴和中间轴的椭圆。所述变差图方差值可以在特定距离(滞后区间，加和减距离公差)计算。所述玫瑰图表征以沿不同方位角计算的半变差函数建模的距离。所述玫瑰图的每条线具有以各个向量(方向的数目)中每个半变差函数建模的空间尺度的长度。所述变差图和玫瑰图可以用作储层性质或任一区域化属性的连续空间的图形表示。
在步骤306中，变差图上的连续空间的最大(主要)方向通过使用变差图方差值来确定。连续空间的最大方向通常确定为这样一个方向，沿着该方向颜色编码或灰度方差值随着距离(滞后区间)改变最小。连续空间的最小(次要)方向通常确定为这样一个方向，沿着该方向颜色编码或灰度方差值随着距离改变最迅速，该方向通常垂直于连续空间的最大方向。
在步骤308中，使用现有技术中公知的图形用户界面和技术只通过旋转所述玫瑰图的边缘以使连续空间的最大方向和所述玫瑰图的轴对齐。如果所述玫瑰图是椭圆，那么连续空间的最大方向优选地与所述玫瑰图的长轴对齐。如果最长和最短玫瑰图向量分别表征连续空间的最大和最小方向，那么所述玫瑰图(椭圆)长轴和短轴可以与最长和最短玫瑰图向量对齐。
在步骤310中，使用现有技术中公知的图形用户界面和技术只通过调整(改变尺寸)所述玫瑰图的边缘直到所述玫瑰图的边缘与每个最长和最短玫瑰图向量的每一端相接触。因此，调整所述玫瑰图的边缘，可以改变所述玫瑰图的形状和尺寸。在这一步骤中，所述变差函数模型可以完成或者通过接下来的步骤中的一个或更多个进行改进和分析。
在步骤311中，可以调整(改变尺寸)所述玫瑰图向量中的一个或者更多个，直到所述玫瑰图向量的每一端与所述玫瑰图的边缘相接触。在这一步骤中，一个或更多个玫瑰图向量中的每一个使用各自的半变差函数进行显示，半变差函数表征用于向量的属性的空间尺度和连续性，并且可以用于调整向量的长度。该步骤优选地在不进行进一步调整所述玫瑰图边缘的情况下完成。
在步骤312中，方法300确定是否还需要一个精确的变差函数模型。如果变差函数模型不需要进一步的改进，那么用于变差函数模型的参数可以传送至在步骤316中所示出的变差函数模型属性分析仪。但是，如果需要更高的精确度，那么在步骤314的第一玫瑰图内部可能显示另一玫瑰图，并且在步骤308重复方法300以开始另一个玫瑰图。换言之，所述变差函数模型是“嵌套的”。该步骤允许所述变差函数模型的接近起点部分的更精确的建模。
方法300也可以是自动化的，但是比其中的方法能够拟合嵌套模型的其他任何一种解决方法都相当不同。所述解决方法可以使用线性或非线性授权的数学函数实现自动化。授权的意思是它局限于现有技术中公知的一小组函数并保障协方差矩阵的正定性。
因此，方法300直观地提高为数据中连续空间的尺度和定向进行建模的能力。方法300对用户不是盲点，因为它利用变差图，相关联的玫瑰图和几个诸如，例如球形，立方和指数的授权的模型类型，以便变差函数建模。如同现有技术中具有普通技能的技术人员所能理解到的，方法300可以用于一，二或三维数据集。
现在参考图4A，传统的图形用户界面400A例示了根据图3中方法300使用变差图和椭圆玫瑰图直观地计算变差函数模型。
用户首先选择输入参数402，其控制变差图404，玫瑰图406以及从玫瑰图和变差图的中心、径向延伸的每个玫瑰图向量的显示。输入参数402也控制半变差函数显示屏408中的10个半变差函数中的每一个的显示，其表征用于向量的属性的空间尺度或连续性，并且可以用于调整向量的长度。输入参数402可以预先设定作为默认设置，其可以依赖于数据集而改变。可替换地，用户可以选择将决定玫瑰图向量和空间的数目的方向的数目。所述“方向公差”是沿着搜索向量以度(degree)衡量的角度公差。所述角度公差通过将方向的数目分成180度来确定。“迟滞量的数目”详细说明了包含在每个半变差函数中的点的数目。所述“滞后区间”决定了用于计算方差的每个数据对之间的空间或距离的数量，其包含在试验性半变差函数的每个点中。用户可以选择默认的滞后区间(越过该距离来进行计算)或基于经验定制的滞后区间。“滞后公差”是用在每个相应的半变差函数的计算中的滞后区间的比例。
一旦选择输入参数402，用户选择“计算”然后程序计算和显示变差图404，玫瑰图406，每个玫瑰图向量以及在半变差函数显示屏408中的每个相应的半变差函数。玫瑰图406和变差图404优选为同心。如玫瑰图406所例示的，有10个不同的向量从玫瑰图400和变差图404的中心径向延伸。因为变差图404表征可能的试验性半变差函数中的四个象限，NE象限是SW象限的翻转镜像以及对变差图404中的NW和SE象限也是如此。因此，10个方向似乎是从玫瑰图406的中心发射的20个向量。每个向量的长度与从y轴到关于半变差函数显示屏408中的每个相应的半变差函数的最佳拟合的位置的“尺度”或距离相关。换言之，每个向量在它相应的半变差函数上抵达水平线(距离y轴最远的点)所在的点与玫瑰图406的边缘相对应。在半变差函数显示屏408中的每个半变差函数表征不同的方向以及用于玫瑰图406的相关向量的不同的方位。
在变差图404上，连续空间的最大(主要)方向410被确定为这样一个方向，沿着该方向颜色编码或灰度方差值改变最小。连续空间的最小(次要)方向412被确定为这样一个方向，沿着该方向颜色编码或灰度方差值距离改变最迅速，该方向通常垂直于连续空间的最大方向410。
用户使用定点设备通过点击手柄414或416仅旋转玫瑰图406的边缘来将连续空间的最大方向410和玫瑰图406的长轴对齐。
一旦对齐，那么用户通过使用手柄414或416仅调整(改变尺寸)玫瑰图406的边缘直到玫瑰图406的边缘与每个最长418和最短420玫瑰图向量的每一端相接触。以这种方式调整玫瑰图406的边缘也可以找到用于半变差函数显示屏408中的半变差函数的最佳拟合曲线。一旦找到最佳拟合，变差函数模型可能即完成。可选择地，可以调整(改变尺寸)玫瑰图向量中的一个或更多个，直到玫瑰图向量的每一端与玫瑰图406的边缘相接触。以这种方式，每个玫瑰图向量的长度可以在不调整玫瑰图406的边缘的情况下，使用半变差函数显示屏408中的相应半变差函数进行调整。
一旦变差函数模型完成，用于模型的参数可以传递到图4B中所例示的变差函数模型属性分析仪上。在图4B中，传统的图形用户界面400B例示使用半变差函数来分析用于每个连续空间的主要和次要方向的变差函数模型。用户界面400B例示仅为了通过使用变差图和玫瑰图所确定的连续性的主要和次要方向而计算的半变差函数。用户可选择接受最终拟合的变差函数模型或者如果需要的话使用嵌套模型做出手动调整直到达到满意的拟合。一旦最终确定，存储变差函数模型且然后可用于通过现有技术中公知的克里格法(kriging)或者条件模拟来执行插值。
系统描述
本发明通过诸如程序模块的计算机可执行指令程序来实现，通常涉及到软件应用程序或者计算机执行的应用程序。所述软件可以包括，例如，例程，程序，对象，组件，数据结构等，其执行特定的任务或者执行特定的抽象的数据类型。DicisionSpace(决策空间)，是由里程碑图形公司(Landmark Graphics Corporation)上市的一种商业性软件应用程序，它可以用作一种界面应用程序来实现本发明。所述软件也可以与其它代码段合作以初始化多种任务，以响应与所接收到的数据源协同接收到的数据。所述软件可以在诸如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器以及半导体存储器(例如，各种类型的RAM或ROM)的各种存储器上存储和传送。此外，所述软件及其结果可以通过诸如光纤、金属导线、自由空间的多种媒介载体和/或通过诸如因特网的多种网络中的任一个进行传送。
另外，本领域的技术人员将会了解到本发明可以使用多种计算机系统配置来实践，其包括手持设备，多处理器系统，基于微处理器或可编程用户的电子设备，小型机，主机计算机，诸如此类。任意数目的计算机系统和计算机网络适用于本发明的使用。本发明可以在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络连接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以定位在包括存储器储存设备的局域和远程计算机存储媒介中。可使用的计算机指令形成一个接口以允许计算机根据输入源作出反应。所述指令和其它代码段合作以初始化多种任务，以响应与接收到的数据源协同接收到的数据。因此，本发明可以结合各种硬件，软件或者其组合在计算机系统或者其它处理系统中实现。
现在参考图5，例示了在计算机上执行本发明的系统的框图。所述系统包括计算单元，有时称作计算系统，其包括存储器，应用程序，客户端界面，以及处理单元。所述计算单元只是一个合适的计算环境的例子，并不是为了表明对于本发明的使用或功能性的范围的任何限制。
所述存储器主要存储应用程序，应用程序也可以被描述为包括由计算单元执行的、用于执行这里和图3以及图4A-4B中所例示的本发明的计算机可执行指令的程序模块。
尽管所述计算单元显示为具有一个广义的内存，但是所述计算单元通常包括多种计算机可读媒体。举例来说，而不是限制，计算机可读媒体可以包括计算机存储媒体和通信媒体。所述计算机系统存储器可以包括诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的易失和/或非易失的存储器形式的计算机存储媒体。基本输入/输出系统(BIOS)通常存储在ROM中，其包括诸如在启动过程中有助于在计算单元内部元件之间传输信息的基本例程。RAM通常包括数据和/或通过处理单元立即可进入和/或当前可被操作的程序模块。举例来说，而不是限制，所述计算单元包括操作系统，应用程序，其它程序模块，以及程序数据。
存储器中所示的组件也可以包括在其它可移动/不可移动，易失/非易失的计算机存储媒体中。仅举例，硬盘驱动器可从不可移动，非易失磁性媒体中读出或写入，磁盘驱动器可从可移动，非易失磁盘中读出或写入，以及光盘驱动器可从诸如CD ROM或其它光学媒体的可移动，非易失光盘中读出或写入。其它可以用在典范性的操作环境中的可移动/不可移动，易失/非易失的计算机存储媒体可以包括，但不限于，磁带盒，闪存卡，数字多功能光盘，数字视频磁带，固态RAM，固态ROM，诸如此类。因此，上面讨论的驱动器及其相关的计算机存储媒体提供存储和/或传送用于所述计算单元的计算机可读指令，数据结构，程序模块以及其它数据。
客户端可以通过客户端界面向计算单元输入命令和信息，客户端界面可以是诸如键盘和定点设备的输入设备，通常指鼠标，轨迹球或触摸板。输入设备可以包括麦克风，控制杆，卫星天线，扫描仪，诸如此类。
这些以及其它输入设备通常通过与系统总线耦合的客户端界面连接到处理单元，但也可以通过诸如并行端口或通用串行总线(USB)的其它界面和总线结构来连接。监视器和其它类型的显示设备可以通过诸如视频接口的接口连接到系统总线。除了监视器，计算机也可以包括诸如通过输出外围接口连接的扬声器和打印机的其它外围输出设备。
尽管计算单元的许多其它内部组件没有示出，但是本领域的普通技术人员可以理解到这些组件及它们的相互连接关系是公知的。
因此，本发明的系统和方法改进了用于地质统计学/属性建模的变差函数模型。在不脱离发明的精神和范围的情况下，可以对公开的实施例做出各种改变和/或变型。
本发明已经结合当前的优选实施例得到了描述，本领域技术人员可以理解到并不是将本发明局限于那些实施例。因此，可以想到，在不脱离由附加权利要求及其等效物所确定发明的精神和范围的情况下，可对所公开的实施例作出各种可供替代的实施例以及变型。