基于Qt和動態(tài)鏈接庫的SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)讀寫軟件開發(fā)

張成云，石深涵，熊杰，夏成靜，張伊

(長江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北 荊州 434023)

基于Qt和動態(tài)鏈接庫的SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)讀寫軟件開發(fā)

張成云，石深涵，熊杰，夏成靜，張伊

(長江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北 荊州 434023)

SEG-Y格式是國際通用的地震數(shù)據(jù)文件格式。針對該格式文件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、讀取困難的問題，在Qt框架下采用動態(tài)鏈接庫技術(shù)開發(fā)了可重用的SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)讀寫軟件。該軟件首先讀取文件頭和道頭信息，然后以人機(jī)交互方式設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，最后讀取實(shí)際地震數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，該軟件能正確讀寫SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)文件，并以動態(tài)鏈接庫的形式供第三方使用，為地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件的國產(chǎn)化提供支持。

SEG-Y格式；地震數(shù)據(jù)；讀寫軟件；Qt；動態(tài)鏈接庫

地震勘探是石油勘探中一種最常見和最重要的方法[1]，地震數(shù)據(jù)一般采用SEG-Y格式存儲，該格式是由SEG(Society of Exploration Geophysicists)提出的國際標(biāo)準(zhǔn)，是石油勘探行業(yè)通用的地震數(shù)據(jù)格式。目前，國外商業(yè)軟件對SEG-Y格式文件讀寫支持較好，但其SEG-Y格式讀寫模塊不對外開放，無法重用。因此，有必要開發(fā)可重用的SEG-Y格式[1]地震數(shù)據(jù)讀寫軟件，為地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件國產(chǎn)化提供支持。下面，筆者將先對SEG-Y文件格式進(jìn)行分析，再在Qt框架[2]下開發(fā)SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)讀寫軟件，最后分析在Qt中利用DLL對讀寫代碼封裝的方法及軟件調(diào)試結(jié)果。

1 SEG-Y格式文件格式

標(biāo)準(zhǔn)SEG-Y格式文件[3]一般包括3部分，第1部分是EBCDIC文本文件頭，第2部分是二進(jìn)制文件頭，第3部分是地震道數(shù)據(jù)集。SEG-Y文件格式如圖1所示，其中，文本文件頭長度為3200字節(jié)，采用EBCDIC字符編碼，需轉(zhuǎn)換成ASCII碼后才能在PC上顯示；二進(jìn)制文件頭長度為400字節(jié)，其數(shù)據(jù)類型是16位或32位整型，記錄SEG-Y文件的格式信息；地震道數(shù)據(jù)集由各道地震數(shù)據(jù)組成，每一道地震數(shù)據(jù)由240字節(jié)的二進(jìn)制道頭和采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)集組成。其中，二進(jìn)制道頭包含該道的CDP號、XLine號、Line號、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣間隔、采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)格式等信息。

圖1 SEG-Y文件格式示意圖

2 SEG-Y格式讀寫軟件設(shè)計(jì)

圖2 SEG-Y格式讀寫軟件結(jié)構(gòu)框圖

SEG-Y格式讀寫軟件采用人機(jī)交互方式設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)讀取和導(dǎo)出功能。根據(jù)SEG-Y格式文件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)軟件功能模塊框圖如圖2所示。

該軟件模塊由5個(gè)模塊組成：工作區(qū)管理模塊為新建文件和打開工作區(qū)提供支持；地震數(shù)據(jù)文件信息處理模塊負(fù)責(zé)讀取文本文件頭、二進(jìn)制文件頭和各道頭參數(shù)，如CDP號、XLine號、Line號、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣間隔、采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)格式等；地震數(shù)據(jù)讀取模塊實(shí)現(xiàn)SEG-Y文件數(shù)據(jù)讀取功能；地震數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)IEEE、IBM、PC 3種格式的相互轉(zhuǎn)換；文件管理模塊實(shí)現(xiàn)文件輸入和輸出功能。

3 SEG-Y格式文件讀寫軟件開發(fā)

3.1 SEG-Y格式文件讀寫流程

SEG-Y格式文件的讀取過程復(fù)雜，包括文本文件頭、二進(jìn)制文件頭的解析與顯示，人機(jī)交互進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，地震數(shù)據(jù)的讀取、導(dǎo)出等步驟。SEG-Y格式文件讀寫的流程圖如圖3所示。

圖3 SEG-Y格式文件讀寫流程圖

3.2 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

SEG-Y格式文件支持IEEE、IBM、PC這3種數(shù)據(jù)格式，軟件可以實(shí)現(xiàn)3種格式之間相互轉(zhuǎn)換的功能。以IBM格式轉(zhuǎn)換為IEEE格式為例，其轉(zhuǎn)化代碼如下：

void SEGy::IBM2IEEE(float* data, bool swap)

{

…

if(swap)

{

tem = cbuf[0]; cbuf[0] = cbuf[3]; cbuf[3] = tem;

tem = cbuf[2]; cbuf[2] = cbuf[1]; cbuf[1] = tem;

}

expp = (unsigned char)(*mantis?24);

*mantis = (*mantis)?8;

shift = 1;

while(*mantis > 0 && shift < 23) {

*mantis = *mantis?1;

shift++;

}

*mantis = *mantis?1;

sign = expp & 0x80;

expp = expp & 0x7F;

if(expp != 0)

{

expp = expp-64;

*umantis = *umantis?9;

expll = 0x7F + (expp*4 - shift);

expll = expll?23;

if(sign) *umantis = expll | *mantis | 0x80000000;

else *umantis = expll | *mantis;

}

}

3.3 Qt框架下DLL開發(fā)

DLL可以創(chuàng)建可重用代碼模塊[5,6]，通過DLL對代碼進(jìn)行共享，從而實(shí)現(xiàn)SEG-Y格式文件讀寫軟件模塊代碼重用。在Qt中創(chuàng)建DLL工程[4]步驟如下：在Library中選擇C++library，在Type中選擇Shared Library，在Name中命名DLL的工程名。創(chuàng)建完畢之后會生成2個(gè)頭文件，一個(gè)資源文件，除工程名對應(yīng)的頭文件跟資源文件之外，還有一個(gè)“SEGy_global.h”。DLL的工程編譯，在工程名頭文件中加入需要封裝函數(shù)的成員變量和函數(shù)，同時(shí)還需要獲取封裝類中的對象，代碼如下：

extern “C”{

SEGYSHARED_EXPORT SEGy* getSEGyObject(); //獲取類SEGy的對象

SEGYSHARED_EXPORT void releseSEGyObject(SEGy*); //獲取類SEGy的對象

}

編寫的SEG-Y格式讀寫文件在minGW環(huán)境下進(jìn)行編譯后，在工程的debug文件夾下可以找到“SEGy.dll、SEGy.o、SEGy.a”3個(gè)文件。其中，“SEGy.dll”是在Windows下面可調(diào)用的動態(tài)鏈接庫，“SEGy.o”是在Linux下可調(diào)用的動態(tài)鏈接庫。如果是在MSVC環(huán)境下編譯可以生成“SEGy.lib”和“SEGy.dll”文件，結(jié)果如圖4所示。

圖4 DLL編譯結(jié)果

4 軟件測試及結(jié)果

圖5 測試程序流程圖

在Qt中建立地震數(shù)據(jù)可視化的測試

程序，進(jìn)行SEG-Y格式文件可重用模塊的功能檢測。測試程序調(diào)用的流程圖如圖5所示。

為在測試程序中實(shí)現(xiàn)DLL調(diào)用，首先將SEGy.h和SEGy_global.h頭文件放在當(dāng)前的工程文件夾下，添加到當(dāng)前工程中；然后設(shè)置鏈接庫的路徑；最后在主程序中包含頭文件和宏定義，并導(dǎo)入動態(tài)鏈接庫文件。執(zhí)行結(jié)果圖如圖6所示。

庫調(diào)用過程中，設(shè)置DLL的路徑需要以下代碼：

LIBS +=segy.DLLDESTDIR #很重要！路徑設(shè)置問題。

LIBS += 〗 …/…/segy.DLLDESTDIR

通過上述代碼指出庫所在的文件夾位置，路徑設(shè)置正確后進(jìn)行庫調(diào)用的下一步操作，代碼如下：

#include

#include “SEGy.h”

typedef SEGy* (*CreatSEGy)();

typedef bool (*ReleSEGyDll)(SEGy*);

圖6(a)是SEG-Y格式文件信息的處理：文件篩選獲取，SEG-Y格式文件道頭的讀取操作及地震數(shù)據(jù)的平面或立體呈現(xiàn)的選擇，為文件的讀取做準(zhǔn)備；圖6(b)是對一個(gè)IBM格式文件的識別，讀取結(jié)果正確，說明讀寫軟件能正確讀寫SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)；圖6(c)是格式轉(zhuǎn)換界面，該文件是由IBM格式轉(zhuǎn)換為IEEE格式，轉(zhuǎn)換后的SEG-Y格式文件各項(xiàng)參數(shù)的變化依次呈現(xiàn)，提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)變換結(jié)果。

5 結(jié)語

利用Qt框架良好的跨平臺特性，編寫了SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)文件讀寫代碼，并通過DLL技術(shù)進(jìn)行封裝實(shí)現(xiàn)了軟件模塊的可重用性。軟件測試結(jié)果表明，該軟件能正確讀取SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)，且具有跨平臺和可重用特性，能為地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件的國產(chǎn)化提供支持。

圖6 SEG-Y格式文件讀取軟件模塊執(zhí)行結(jié)果圖

[1]劉旭躍,周巍,孔祥寧,等.SEG-Y格式自動轉(zhuǎn)化軟件的研究與實(shí)現(xiàn)[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2016，38(1)：126～127.

[2]王文芳，許文峰，許冰清,等.基于Qt的人機(jī)交互2.5維地質(zhì)建模軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，32(12)：371～374.

[3]劉明忱,孫建國.基于C語言的SEG-Y數(shù)據(jù)格式分析與轉(zhuǎn)化[J] .地球物理學(xué)進(jìn)展，2016,31(1):0260～0267.

[4]Jasmin Blanchette, Mark Summerfield.C++ GUI Programming with Qt4.Second Edition[M].閆鋒欣，曾泉人，張志強(qiáng),等譯.北京： 電子工業(yè)出版社，2007:174～321.

[5]王保華，陸建林，左宗鑫.地質(zhì)地層數(shù)據(jù)處理的GRID類設(shè)計(jì)及DLL實(shí)現(xiàn)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(7):63～66.

[6] 宋偉聰，李德春，邱開林，等.VB與Fortran混合編程的重磁數(shù)據(jù)處理可視化系統(tǒng)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(17):28～31.

[編輯] 洪云飛

2016-11-12

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(D20131206, B2016034)；長江大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(20160042)。

熊杰(1975-)，男，博士，副教授，現(xiàn)主要從事科學(xué)可視化、云計(jì)算、地球物理反演方面的教學(xué)與研究工作，xiongjie@yangtzeu.edu.cn。

TP391.9;P631.4

A

1673-1409(2017)01-0012-05

[引著格式]張成云，石深涵，熊杰,等.基于Qt和動態(tài)鏈接庫的SEG-Y格式地震數(shù)據(jù)讀寫軟件開發(fā)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(1)：12～16,74.