如何發(fā)掘深藏地下的石油礦藏，又如何調度需求萬變的電力能源?這些讓石油勘探行業(yè)和電力行業(yè)的專業(yè)人員都頗感困擾的問題，在華北電力大學翟明岳多年的研究下取得了重大突破。

近日，翟岳明教授向記者展示了由他研發(fā)的一套智能信號處理系統(tǒng)(SmartSignal Processing，下文簡稱SSP)。SSP軟件可以快速完成對石油勘探信號和電力線通信信號的處理，同時還能實現對電力系統(tǒng)負荷情況的短期預測。

化解信號處理的行業(yè)難題

冬季或夏季的用電高峰期經常會給一個城市的電力系統(tǒng)帶來很大的挑戰(zhàn)。如果能夠提前一段時間，哪怕只提前一天預測出電力系統(tǒng)負荷情況，都能將給這個城市電力公司部門減輕很多壓力。

翟明岳表示，SSP軟件可以幫助電力公司實現電力系統(tǒng)短期負荷預測，最長預測為7天時間，而且誤差率只有2%~3%。SSP軟件的這一功能既滿足電力公司運行和經濟調度的實際需求，又降低了電網成本，同時還提高了電力公司的經濟效益和電網調度技術人員的工作效率，保障了電網的安全運行。不過，電力負荷短期預測只是SSP軟件眾多功能的一部分，SSP軟件還可以對地震勘探信號和電力線通信信號進行有效的處理，實現信號的監(jiān)測、去噪和恢復等功能。

地震勘探是鉆探前勘測石油、天然氣資源、固體資源地質找礦的重要手段。地震勘探是利用人工方法在地表激發(fā)地震波，并且在地表或井中用檢波器接收向從地下返回的地震波信號。地震波在地下傳播的過程中，會遇到介質性質不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射和折射?？碧饺藛T可以通過對地震波進行記錄、處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質和形態(tài)。

但是，地震波信號也存在各種缺陷。首先，地震波信號的強度會隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。其次，地震勘探檢波器的靈敏度非常高，野外采集的地震波中摻雜著各種噪聲，例如機器的振動、自然界的風吹草動等。再次，原始地震記錄中除了反射波之外，還有經過了多次折射、透射和反射之后形成的多次波。

因此，對原始的石油地震勘探信號進行處理，是進一步進行地震勘探解釋的前提，而削弱干擾、提高信噪比和分辨率是地震數據處理的重要目的。SSP軟件可以實現地震數據處理的消弱干擾、提高信噪比和分辨率這一重要目的。

除了應用于石油地震勘探信號處理，SSP軟件還可以用于智能電網中寬帶電力線通信信號的處理和分析。寬帶電力線通信信號在傳輸過程中，電網里的各種用電設備都會產生嚴重的脈沖噪聲，并且隨著傳輸距離的增大電力信號會逐漸衰減。

這些情況導致的結果就是遠端收集到的寬帶電力線通信信號不完整或出現干擾。針對這些特點，SSP軟件中有專門的模塊分析與處理寬帶電力線通信系統(tǒng)中的脈沖噪聲、多徑干擾、信道估計和信號重建等問題。

除此之外，翟明岳所帶領的研究小組深入細致地研究了我國低壓輸電網高頻信號傳輸特性，并利用多導體傳輸線理論建立了一整套寬帶電力線通信信號傳輸模型，徹底解決了寬帶電力線通信信號的功率計算問題，為寬帶電力線通信系統(tǒng)物理層技術的開發(fā)與網絡規(guī)劃提供了重要的參考依據，而這一研究成果也成為SSP軟件中的一個功能模塊。

SSP背后的技術突破

為什么SSP軟件能夠在眾多商業(yè)軟件中獨辟蹊徑呢?翟明岳道出了深藏在信號處理背后的玄機。

經過前期對信號處理領域多年的持續(xù)研究，翟明岳發(fā)現，無論是石油勘探行業(yè)的地震勘探信號，還是智能電網中的寬帶電力線通信信號都具有一個共同特點——自相似性。何謂自相似性?翟明岳指出，一個物體的局部和整體完全或幾乎相似，就認為它有自相似性。最簡單的例子，一條直線狀的信號就具有自相似性。不管是5厘米長的直線，還是1000米長的直線信號，它們的形狀都是一樣的，這就是自相似性的最好體現。

2008年，翟明岳在著名的加州大學伯克利分校訪學期間，決定針對石油勘探行業(yè)和電力行業(yè)的需求研發(fā)一套信號處理系統(tǒng)。根據信號的自相似性，翟明岳提出用“分形(Fractal)”來描述和研究地震勘探信號和寬帶電力線通信信號。分形理論最早是由美籍數學家芒德勃羅(B.B.Mandelbrot)首先提出的。分形理論指出，一個粗糙或零碎的幾何形狀，可以分成多個部分，且每一部分都(至少近似地)是整體縮小后的形狀，即具有自相似的性質。

有了分形理論的支撐還不夠，因為它只是表示信號具有分形的特征，但是如何利用信號的自相似性來處理和分析信號呢?翟明岳表示，最難的是把信號規(guī)律抽象為一套數學模型即建模。而在此之前，還沒有人成功地把分形理論直接應用在信號處理中。

最終，翟明岳研究出一套基于迭代函數系統(tǒng)的信號處理新方法。翟明岳發(fā)現，具有自相似性的信號會表現出一些特征參數，這些參數有助于構建信號的數學模型。而這套數學模型可以快速地將目標信號從噪聲中分離出來。有了這套信號處理的數學模型之后，翟明岳就像獲得了一個信號的“標準控件庫”，可以輕松地完成對信號的監(jiān)測、去噪、恢復和預測。

當翟明岳將研發(fā)出來的這套信號處理系統(tǒng)推向市場時，他在信號處理系統(tǒng)前面加上了“智能”一詞。翟明岳當然不是為了趕時髦，而是因為當遇到大數據量的信號處理任務時，SSP軟件能夠分清主次數據、真假數據，快速幫助用戶實現信號處理。

SSP可代替國外商業(yè)軟件

事實上，石油勘探行業(yè)和電力行業(yè)的公司在整個生產過程中會涉及到很多細分領域，信號的監(jiān)測、去噪、修復等只是一小部分需求，還需要很多來自不同廠商的系統(tǒng)相互配合才能實現最佳的效果。目前，很多國外的商業(yè)軟件已經成為這些行業(yè)的主要軟件供應商。但是，這些商業(yè)軟件的價格較為昂貴。相比之下，盡管翟明岳的這套信號處理系統(tǒng)價格在10萬元左右，約合1.5萬美元，而且還可以根據不同行業(yè)客戶的特色需求按照功能模塊來收費，目前沒有針對后期維護和服務費收購。

正是這樣的細分市場和這么懸殊的性價比，讓翟明岳在信號處理領域找到了突圍的機會。而且，從系統(tǒng)架構上來說，SSP采用Java語言開發(fā)的系統(tǒng)架構，能夠跨Windows和Linux兩大平臺運行，并且軟件的體量也非常小，可以嵌套到其他系統(tǒng)里面使用，受到很多行業(yè)用戶的歡迎。

從2013年10月份到現在，僅僅憑借一些口碑傳播，翟明岳就已經銷售出了30多套SSP軟件。其中。僅國內一家大型的石油勘探開發(fā)公司一家就采購了10多套。另外，多家省網公司和電力科學研究院(研究中心)也購買了多套SSP軟件，分別用于電力負荷預測和寬帶電力線通信信號處理。SSP軟件能夠在不到兩年的時間內被這么多企業(yè)客戶選中，充分說明了在信號處理領域，SSP軟件確實具有過人之處。

為了持續(xù)研發(fā)和推廣SSP軟件，翟明岳表示，他已經為SSP申請了十幾個專利保護，目前正在評審之中，同時，也已經在規(guī)劃下一個版本的SSP軟件。現在的石油勘探和電力企業(yè)都在大規(guī)模使用GPU(Graphic Processing Unit，簡稱圖形處理器)而非CPU，因此，翟明岳正在考慮將SSP改為基于GPU的并行處理系統(tǒng)。