礦山激電測深數(shù)據(jù)格式解析及數(shù)據(jù)處理

王 煜，黃先輝，張 軍

（贛西土木工程勘測設計院，江西 宜春 336000）

近年來,各種新的找礦技術(shù)不斷出現(xiàn)，激電測深作為一種高精度、高效率的探測技術(shù)在礦山勘查和研究中大顯身手,廣泛應用于礦產(chǎn)資源調(diào)查、水文地質(zhì)勘測及工程施工中，特別是與GPS 以及各種傳感器的組合使其在測量質(zhì)量和效率等方面顯示出極大的優(yōu)越性。這就使得各種各樣的激電測深數(shù)據(jù)量急劇增長，數(shù)據(jù)種類趨于復雜[1，2]。這時，我們就遇到了一個問題：如此多樣的海量的探測數(shù)據(jù)，該怎樣去解讀它，處理它？現(xiàn)在分幾個方面來說明激電測深技術(shù)的特點。

1 數(shù)據(jù)格式基礎知識

數(shù)據(jù)是自然或社會現(xiàn)象的一種抽象反映形式，為了使數(shù)據(jù)能夠正確反映自然或社會現(xiàn)象，必須按照一定的方式將數(shù)據(jù)組織起來。某一特定的數(shù)據(jù)組織方式能夠反映某一特定的自然或社會現(xiàn)象，這種數(shù)據(jù)組織方式就稱為反映該種自然或社會現(xiàn)象的數(shù)據(jù)格式。這種數(shù)據(jù)格式在計算機中體現(xiàn)為某種特定文件的數(shù)據(jù)格式。各種繁繁復復的現(xiàn)象都可以通過設計合適的數(shù)據(jù)格式的文件在計算機中呈現(xiàn)出來。要想通過各種已知的數(shù)據(jù)來了解自然和社會現(xiàn)象，就必須首先弄清楚這些現(xiàn)象對應在計算機中文件的數(shù)據(jù)格式。

眾所周知，計算機中每一種文件都有特定的后綴名，以區(qū)別于其他文件。其實，每種文件的后綴名就對應著該文件的專有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機利用這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將抽象的二進制碼解譯成程序或人能夠識別的東西。許多數(shù)據(jù)文件，其存取是按照一定的形式進行的，一個完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個數(shù)據(jù)單元，整個文件是由若干類結(jié)構(gòu)重復的數(shù)據(jù)單元構(gòu)成的。因此，文件的數(shù)據(jù)格式，是掌握該文件讀寫機制的關(guān)鍵。

掌握了文件的讀寫機制，即可據(jù)此編寫該文件的解譯代碼和有利于自己數(shù)據(jù)處理的代碼，這樣，數(shù)據(jù)編輯和處理都可以用自己熟悉的方式進行下去。而掌握了數(shù)據(jù)格式的關(guān)鍵，也為自己將處理好的數(shù)據(jù)以一定的格式輸出指明了方向。根據(jù)處理后數(shù)據(jù)的用途和存儲設備的容量，設計出合適的數(shù)據(jù)格式來進行數(shù)據(jù)輸出，可以緩解數(shù)據(jù)量龐大與存儲設備容量小的沖突。從事激電測深數(shù)據(jù)處理的專業(yè)技術(shù)人員掌握一些數(shù)據(jù)格式的基本知識對今后的工作很有意義。

2 激電測深數(shù)據(jù)格式的特點

激電測深數(shù)據(jù)文件是從一個頭結(jié)構(gòu)開始的，頭結(jié)構(gòu)主要包含測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)基本信息、船參數(shù)信息和坐標系統(tǒng)信息等。接下來是船姿數(shù)據(jù)、聲納數(shù)據(jù)、測深數(shù)據(jù)、導航定位數(shù)據(jù)、波束旅行時數(shù)據(jù)及聲速剖面數(shù)據(jù)等。其數(shù)據(jù)存儲的格式均為二進制格式，雖然節(jié)約了存儲空間，卻為后繼的數(shù)據(jù)處理工作增加了難度。須將該種數(shù)據(jù)解析成ASCII碼數(shù)據(jù)才易為人們所用。下面討論激電測深數(shù)據(jù)格式的解析（以V8數(shù)據(jù)格式為例）。

2.1 激電測深V8文件格式

該文件以一個長度為1024字節(jié)的頭結(jié)構(gòu)作為文件的開始，其部分的二進制數(shù)據(jù)如下圖。為了節(jié)省空間，二進制文件均以十六進制形式顯示。這里我們能夠看到開始的第一個字節(jié)為0x7B，這是XTF文件的獨有標識，稱為V8文件的標識碼。頭結(jié)構(gòu)里面還包含激電測深系統(tǒng)信息、設備安裝誤差信息和結(jié)構(gòu)長度信息等等。圖1是V8頭結(jié)構(gòu)部分原始二進制數(shù)據(jù)。

圖1 V8頭結(jié)構(gòu)原始二進制數(shù)據(jù)

圖2是礦山激電測深的原始二進制數(shù)據(jù)，其標識碼為0xFACE03，結(jié)構(gòu)長度為64字節(jié)。圖中第一行第11到第14字節(jié)所表示的數(shù)字0x00000040即是該結(jié)構(gòu)的長度（64字節(jié)）。

圖2 姿態(tài)結(jié)構(gòu)原始二進制數(shù)據(jù)

圖3 測深ping結(jié)構(gòu)原始二進制數(shù)據(jù)

圖3為V8文件測深ping部分原始進制數(shù)據(jù)。0xFACE02是測深ping的標識碼。測深ping的結(jié)構(gòu)比較特殊，它包含兩個下屬結(jié)構(gòu)，一個是測深ping頭，長度256字節(jié)；另一個結(jié)構(gòu)是原始測深數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本例中其長度為384字節(jié)；其總長度已經(jīng)給出，是0x00000280,化成十進制為640字節(jié)，正是上述兩結(jié)構(gòu)長度之和。測深數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以0xFFFF為開始標志，包含了測深數(shù)據(jù)包的識別碼、單ping波束數(shù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息等等。

2.2 激電測深文件格式

圖4 _raw.all格式開始結(jié)構(gòu)原始二進制數(shù)據(jù)

_raw.all文件測深結(jié)構(gòu)的標識碼是0x0244,包含測深ping的相關(guān)信息和一個深度結(jié)構(gòu)數(shù)組，是數(shù)據(jù)處理的目標數(shù)據(jù)，相關(guān)部分二進制數(shù)據(jù)信息如圖5：

圖5 _raw.all格式測深結(jié)構(gòu)原始二進制數(shù)據(jù)

圖6 激電測深V8測深數(shù)據(jù)部分處理結(jié)果

3 激電測深數(shù)據(jù)格式解析的程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)格式的說明

激電測深數(shù)據(jù)文件種類繁多，格式多樣，要對某種測深數(shù)據(jù)文件進行解析，必須獲得該文件正確的數(shù)據(jù)格式。這類文件數(shù)據(jù)格式往往是不公開的，需要通過各種途徑，利用各種手段去查找。一般而言，對應這種測深數(shù)據(jù)的處理軟件里面會有它的完整的數(shù)據(jù)格式，通過破譯該軟件代碼就能找到相關(guān)的文件格式信息。

3.2 原始勘測數(shù)據(jù)的讀取和解析

根據(jù)已知的格式設計結(jié)構(gòu)，通過對數(shù)據(jù)文件的打開操作和讀操作將數(shù)據(jù)讀進結(jié)構(gòu)，然后利用數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換關(guān)系使讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以為人所利用的數(shù)據(jù)[3]。

3.3 字節(jié)序問題

激電測深工作站存儲數(shù)據(jù)有時是按由高到低的方式進行的，而一般個人電腦存儲數(shù)據(jù)的順序遵循由低到高的低字節(jié)序規(guī)則；這有可能造成非字符型數(shù)據(jù)顛倒讀取問題，從而使0xFACE變成0xCEFA。需要在程序中對已經(jīng)讀取的非字符型數(shù)據(jù)進行移位操作，以解決非字符型數(shù)據(jù)字節(jié)顛倒讀取的問題。相關(guān)部分代碼如下：

3.4 數(shù)據(jù)的初步處理與輸出

通過已掌握的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀取的數(shù)據(jù)是原始的測深數(shù)據(jù)，其中還含有測量粗差和一些無效數(shù)據(jù)，須通過程序篩選和過濾，利用統(tǒng)計學知識和相關(guān)的誤差理論進行處理。再根據(jù)數(shù)據(jù)間的幾何關(guān)系將初步編輯過的數(shù)據(jù)加工成容易利用的數(shù)據(jù)。如波束點的平面坐標要通過坐標平移、導航數(shù)據(jù)的內(nèi)插和相應的坐標旋轉(zhuǎn)等公式推算出來；波束點的水深通過波束旅行時、波束角及聲速來算出。數(shù)據(jù)加工后，根據(jù)自己對數(shù)據(jù)后處理的需要，設計出合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進行文件的讀寫操作,從而獲得需要進行后處理的數(shù)據(jù)。圖6是對激電測深數(shù)據(jù)處理的部分結(jié)果。

4 結(jié)語

本文通過對激電測深V8數(shù)據(jù)和_raw.all聲納數(shù)據(jù)的格式解析，探討了激電測深數(shù)據(jù)格式的一般特點和數(shù)據(jù)格式解析的大致流程，為礦山激電測深數(shù)據(jù)處理的后繼工作奠定了基礎。

[1]張黎．礦山電力保護裝置的數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)分析與實現(xiàn)[J]．冶金叢刊,2017(7)．

[2]梅金華,蘭建梅．錫礦山銻礦區(qū)地面變形監(jiān)測點布置與數(shù)據(jù)分析[J]．國土資源導刊,2016,13(2)：36-39．

[3]梅金華,蘭建梅．錫礦山銻礦區(qū)地面變形監(jiān)測點布置與數(shù)據(jù)分析[J]．國土資源導刊,2016,13(2)：36-39．