SIR_10H型地质雷达仪数据格式

SIR —10H 型地质雷达仪数据格式冯德山,　戴前伟,　何继善(中南大学地球物理勘察新技术研究所,长沙410083)摘　要　SIR —10H 型地质雷达勘探系统具有专用格式(即以dzt 为扩展名文件).本文对dzt 文件的数据格式作了详细的解释,尤其是对数据的文件头部分用表格的形式进行了剖析和说明.同时本文还提供了读取SIR —10H 型地质雷达数据的主程序C 语言代码.最后作者以实例的形式读取了某一SIR —10H 型雷达实测剖面,并给出了详细的文件头和各雷达扫描的数据.关键词　SIR —10H 型地质雷达,文件头,数据格式中图分类号　P631 文献标识码　A 文章编号　100422903(2004)0320690205SIR —10H type geology radar data form atFE NG De 2shan ,DAI Qian 2wei ,HE Ji 2shan(Institute o f G eophysical Technique Exploration ,Central South Univer sity ,Changsha 410083,China )Abstract SIR —10H type geology radar exploration system has the special data format (that ’s the dzt format ).This text explained the detailed illuminate about the dzt format ,Particularly explained about the file head with the form.At the same time this text still provided the code of main procedure with C language to read the SIR —10H type geology radar data.Finally the author read SIR —10H type Radar of exam pled form with a survey section ,and gived out the detailed file headed and the data of each radar scan.K eyw ords SIR —10H type G eology radar ,file headed ,data format收稿日期　2004204210;　修回日期　2004205220.作者简介　冯德山,男,汉族,1978年生,湖南祁阳人,2003年获中南大学地球探测与信息技术专业硕士学位,现为中南大学在读博士研究生,主要从事地质雷达与地震勘探方面的研究.(Email :fengdeshan @ )0　引　言目前,我国雷达仪器主要是应用国外进口的探地雷达系统,SIR —10H 型地质雷达仪器由美国G SSI 公司生产的[1].据笔者所知,到目前为止我国从美国引进的(GIIS 生产的)SIR 系列雷达仪器就近二十台,该系统在我国的应用也有近十年的历史.为充分利用文件头信息,进一步做好从引进到二次开发工作,不可避免地要对该雷达的数据格式进行一番考究,同时在对该类型的地质雷达模型进行正演模拟并把正演模拟得出的数据导入到雷达系统过程中,同样需要了解雷达系统的数据格式,为了使广大科研人员免去从头摸索SIR -10H 型地质雷达数据记录格式的辛苦,而重复不必要的工作,作者详细地介绍了SIR -10H 型地质雷达的文件格式,并用C 语言编制了地质雷达的数据读取程序,文中提供数据读取程序的主要代码及结果.1　数据格式概要SIR —10H 型地质雷达数据存储是以dzt 为扩展名的数据文件[2,3].3.dzt 文件的主要格式如下:File Header　......Data Record Ⅰfrom Channel 1　......Data Record Ⅰfrom Channel 2(if recorded )　......Data Record Ⅰfrom Channel 3(if recorded )　......Data Record Ⅰfrom Channel 4(if recorded )　......Data Record Ⅰ+1from Channel 1　......Data Record Ⅰ+1from Channel 2(if recorded )　......etc.第19卷　第3期地　球　物　理　学　进　展V ol.19　N o.32004年9月(690～694)PROG RESS I N GE OPHY SICSSep.　2004每一个3.dzt文件都有一个文件头,在文件头之后,紧跟着是通道I的数据1(data record I from channel1),然后是通道I的数据2(data record I from channel2(if recorded))…等;在通道Ⅰ的数据以后,便是通道II的数据1(data recordⅡfrom channel1),接着又是通道I的数据2(data record I from channel2(if recorded))…等;各通道的扫描数据依次类推.一个数据记录可以有四个通道数据,也可以只有一个通道,这取决于用户在数据采集时的系统设置.2　数据格式细则SIR—10H地质雷达文件中文件头的结构struct DztHdrStruct如表1所示.表1　Dzt H drStruct结构及说明T able1　Dzt H drStruct struct and explain变量类型雷达参数变量说明unsigned short rh-tag0x0N ff,where N=rh-nchan-1(0-15)00 unsigned short rh-data offset to data(10243rh-nchan)02 unsigned short rh-nsam p sam ples per scan(2-65535)04 unsigned short rh-bits bits per data w ord(8,16,32,64)06 short rh-zero binary offset(-128,-32768,etc)08 float rh-sps scans per second10 float rh-spm;scans per meter14 float rh-m pm meter per mark18 float rh-position position(ns)22 float rh-range range(ns)26 Unsigned short rh-npass scans per pass for2D files30 struct DztDateS truct rh-create date create32 struct DztDateS truct rh-m odif date m odified36 unsigned short rh-rgain offset to range gain function40 unsigned short rh-nrgain size of range gain function42 unsigned short rh-text offset to text44 unsigned short Rh-ntext size of text46 unsigned short rh-proc offset to processing history48 unsigned short rh-nproc offset to processing history50 unsigned short rh-nchan number of channels52 Float rh-epsr average dielectric constant54 Float rh-top top position in meters58 Float rh-depth range in meters62 Char reserved[18]reserved66 unsigned short rh-spp scans per pass84 unsigned short rh-linenum line number86 Short rh-start-x start of the x position88 Short rh-start-y start of the y position90 Short rh-end-x end of the x position92 Short rh-end-y end of the y position94 char rh-lineorder the order of the line96 char rh-dtype bits97 char rh-antname[14]antenna name(eg:3105(300MHZ))98 unsigned short rh-chanmask active channels mask112 char rh-name[12]the name of the dzt file114 short rh-chksum checksum for header126 char variable[896]range gain,comments,and processing history128total equal to1024bytes 1963期冯德山,等:SIR—10H型地质雷达仪数据格式 其中在struct DztHdrStruct结构中又包含两个DztDataStruct的时间日期的结构,其构成如下表2所示.表2　DztDataStruct结构及说明T able2　DztDataStruct struct and explain 变量类型所占的位段变量名变量取值范围unsigned sec25second/20-29unsigned m in6m inute0-59unsigned hour5hour0-23unsigned day5day0-31unsigned m onth4Second/20-29unsigned year7year-19800-127 (1980-2107)我们知道在标准C语言系统[4]中每个char字符型变量占1个字节,每个usigned short、short型变量占2个字节,每个float、int、long型变量以及每个由6个位段组成的DztDataStruct结构占4个字节,其中的各参数的物理意义如表1注释中所示.从两个表中可以了解到SIR—10H型地质雷达文件头总共占1024个字节.3　标准C语言部分程序原代码为方便各研究人员开展这方面的工作,作者在此给出了读SIR—10H型地质雷达数据的主程序,其中主程序中需要调用函数int ReadOneDztHeader(char 3filename,int3num-hdrs,long3num-traces,int channel,int3header-bytes,struct DztHdrStruct3hdrP2 tr)[5\〗,与函数int G etDztChSubG rid16(char3file2 nam e,int channel,long first-scan,long num-cols,long num-rows,unsigned short33grid),这里由于篇幅关系不再赘述.其主程序代码如下[6]:　#include<stdio.h>　#include<math.h>　#include<string.h>　v oid main()　{char filename[256];　long first-scan,num-cols,num-rows,num-traces;　int channel,num-hdrs,header-bytes,size,rg-break-delta;　struct DztHdrS truct hdrPtr;　unsigned short33grid;　unsigned short usetem p,checksum,rg-breaks=0;　FI LE3outfile;　channel=1;　printf(”请选择要打开的雷达文件:”);　scan f(”%s”,filename);　size=sizeof(struct DztHdrS truct);　printf(”size=%d\n”,size);　ReadOneDztHeader(filename,&num-hdrs,&num-traces,channel, &header-bytes,&hdrPtr);　num-cols=num-traces;num-rows=hdrPtr.rh-nsam p;　grid=newunsigned short3[num-cols];　for(int i=0;i<num-cols;i++)　grid[i]=new unsigned short[num-rows];　first-scan=0;　G etDztChSubG rid16(filename,channel,first-scan,num-traces, num-rows,grid);　outfile=fopen(”test.txt”,”w”);　fprintf(outfile,”%x\n%d\n%d\n%d\n”,hdrPtr.rh-tag,hdrPtr.rh-data,hdrPtr.rh-nsam p,hdrPtr.rh-bits);　fprintf(outfile,”%hu0X%hX\n”,hdrPtr.rh-zero,hdrPtr.rh-zero);　fprintf(outfile,”%7.7f\n%7.7f\n%7.7f\n%7.7f\n ”,hdrPtr.rh-sps hdrPtr.rh-spm,hdrPtr.rh-m pm,hdrPtr.rh-posi2 tion);　fprintf(outfile,”%7.7f\n%hu\n”,hdrPtr.rh-range,hdrPtr. rh-npass);　fprintf(outfile,”year=%d m onth=%d day=%d hour=%d min=%d sec=%d\n”,hdrPtr.rh-create.year+1980,　hdrPtr.rh-create.m onth,hdrPtr.rh-create.day,hdrPtr.rh-create. hour,hdrPtr.rh-create.min,hdrPtr.rh-create.sec232);　fprintf(outfile,”year=%d m onth=%d day=%d hour=%d min=%d sec=%d\n”,hdrPtr.rh-m odif.year+1980,　hdrPtr.rh-m odif.m onth,hdrPtr.rh-m odif.day,hdrPtr.rh-m odif. hour,hdrPtr.rh-m odif.min,hdrPtr.rh-m odif.sec232);　if(hdrPtr.rh-rgain!=0&&hdrPtr.rh-nrgain!=0)　{rg-breaks=3(unsigned short3)((char3)&hdrPtr+hdrPtr. rh-rgain);　fprintf(outfile,”number of rg-breaks=%hd\n”,rg-breaks);　fprintf(outfile,”range gain:scan sam ple db\n”);　rg-break-delta=(hdrPtr.rh-nsam p-1)/(rg-breaks-1);　for(i=0;i<rg-breaks;i++)　{fprintf(outfile,”%3d%7.3f\n”,rg-break-delta3i,3(float 3)((char3)&hdrPtr+hdrPtr.rh-rgain+2+43i));}}　fprintf(outfile,”%d\n%d\n%d\n%d\n”,hdrPtr.rh-rgain,hdrPtr.rh-nrgain,hdrPtr.rh-text,hdrPtr.rh-ntex);　fprintf(outfile,”%d\n%d\n%d\n%7.7f\n”,hdrPtr. rh-proc,hdrPtr.rh-nproc,hdrPtr.rh-nchan,hdrPtr.rh-epsr);　fprintf(outfile,”%7.7f\n%7.7f\n%s\n%d\n”,hdrP2 tr.rh-top,hdrPtr.rh-depth,hdrPtr.reserved,hdrPtr.rh-spp);296地　球　物　理　学　进　展19卷图1　读写地质雷达文件头对话框Fig.1　Read and write SIR —10H type G eology radar file header dialog　fprintf (outfile ,”%d \n %d \n %d \n %d \n ”,hdrPtr.rh-linenum ,hdrPtr.rh-start-x ,hdrPtr.rh-start-y ,hdrPtr.rh-end-x );　fprintf (outfile ,”%d \n %c \n %c \n %s \n ”,hdrPtr.rh-end-y ,hdrPtr.rh-lineorder ,hdrPtr.rh-dtype ,hdrPtr.rh-antname );　fprintf (outfile ,”0X %04x \n %s \n ”,hdrPtr.rh-chanmask ,hdrPtr.rh-name );　if (hdrPtr.rh-chksum !=0)　{fprintf (outfile ,”checksum for header =%hu (0x %04x )\n ”,hdrPtr.rh-chksum ,hdrPtr.rh-chksum );　usetem p =hdrPtr.rh-chksum ;hdrPtr.rh-chksum =0;checksum=0;　for (i =0;i <512;i ++)　checksum +=3((unsigned short 3)(&hdrPtr )+i );　fprintf (outfile ,”calculated checksum =%hu (0x %04x )[header%s corrupted]\n ”,checksum ,checksum ,　(checksum ==usetem p )?”is not ”:”is ”);hdrPtr.rh-chksum =usetem p ;};　fprintf (outfile ,”%s \n ”,hdrPtr.variable );　static char big -bu ff[1024];　if (hdrPtr.rh-nproc )　{C onvertProcHist2((int )sizeof (big -bu ff ),big -bu ff ,(int )hdrPtr.rh-nproc ,((char 3)&hdrPtr +hdrPtr.rh-proc ));　fprintf (outfile ,”Processing History :\n ”);　if (strlen (big -bu ff ))fprintf (outfile ,”%s \n ”,big -bu ff );　else fprintf (outfile ,”\tnone \n \n ”);}　else fprintf (outfile ,”no processing history \n ”);　for (int j =0;j <num -rows ;j ++)　{for (i =0;i <num -cols ;i ++)fprintf (outfile ,”%d ”,grid[i ][j ]);fprintf (outfile ,”\n ”);}　fclose (outfile );　delete grid ;}4　读取SIR —10H 型雷达数据实例运行上述自行编制的读探地雷达3.dzt 文件的程序并结合Visual C ++的可视化语言进行编程,对湖南省长沙市黄兴南路步行街某地段用SIR -10H 型探地雷达系统采集的雷达剖面进行数据读取,其中的读出的头文件数据如下图1中所示.而对于实际的雷达各道扫描数据,由于数据量太大,不能全部列出,不过可以总结出如下规律:4.1　所有SIR —10H 雷达数据在读取时如unsigned short 型,则读出的数据在0～65535每个记录的第一个数据都为65535;4.2　如果雷达数据用short int 型表示的话,则数据在-32767～32767之间.同时第一个点的数值也会出现为32767或-32767.5　结　语通过对SIR —10H 型地质雷达存储格式的细统分析,我们可以更充分地了解雷达数据的内部机制,从而可以更从容地利用这些信息进行二次开发及其把地质雷达的正演数据写地质雷达数据文件,然后可以利用雷达自带软件进行数据处理的变换及分析.3963期冯德山,等:SIR —10H 型地质雷达仪数据格式参　考　文　献(References):[1]　黄士恩,柯宇荣,黄浩泉.SIR—10H型探地雷达探测方法技术及其初步应用[J].广东水利水电,1999,(2):26～30.[2]　美国劳雷工业公司.SIR SY STE M—10H型地质雷达用户使用手册[M].1994.[3]　杨建广,杨天春,吕绍林.获取探地雷达原始信息的两种方法及技术[J].物探化探计算技术,2001,23(3):232～235,243. [4]　谭浩强.C程序设计(第二版)[M].北京:清华大学出版社,1999,41～48.[5]　Lucius J E,P owers M H.G PR data processing com puter s oftware forthe PC[R].USG S,2002.[6]　冯德山.地质雷达二维时域有限差分正演[D].长沙:中南大学,2003.(上接第725页:刘少华,第二届中韩黄海及邻域地质与地球物理场特征研讨会简述)球物理调查工作,初步认识了基本地质结构.2.2　大多数代表认为南黄海盆地有可能是油气资源有利远景区.选择南黄海盆地北部凹陷作为突破口的建议应很正确.冯志强教授建议的两条地震剖面穿过了中部隆起,证明中部隆起和两边都是新生代地层.中部隆起上部是新生代地层,下面为古生代地层(产状较平),因此中部隆起很有希望成为南黄海地区前新生代地层中实现油气突破的有利地区.同时最新的层析成像研究结果表明该区岩石圈厚度大(100km左右),温度低,受热破坏作用小,有利于油气的保存.总之,研讨会对南黄海地区油气勘探有利部位取得了较一致的认识:南黄海盆地北部凹陷和南部凹陷是新生代找油的有利地区,中部隆起则是古生代地层找油的有利靶区.2.3　研讨会上,韩国学者对中国油气勘探的经验和地质研究表现了浓厚的兴趣,认为这些经验对韩国地质学研究和油气勘探具有重要的借鉴意义.关于断层油气藏、构造油气藏等找油经验对韩国油气勘探有很大启发,韩国方面在底辟(D ome)构造找油方面的经验也值得中方借鉴.3　会议提出了新的研究建议3.1　加强海区地震勘探投入.韩国方面表示将加强韩方一侧地震勘探工作,这对进一步证明南黄海东缘断裂的存在有重要意义.3.2　我国应尽快启动和加强对南黄海地区的研究.南黄海地区是黄海地区寻找油气的有利区域,南凹、北凹是新生代油气的有利勘探地区,中部隆起则有希望在前新生代油气资源勘探上取得突破.应加强对该区的综合地质地球物理研究,积极开展油气资源调查研究.由于国土资源部广州海洋调查局、中国海洋石油总公司等掌握该区的第一手资料,应联合相关科研单位,加强对南黄海地区的研究,早日实现南黄海地区油气资源的突破.中科院地质地球物理所所在综合地球物理研究(重、磁、电)和地震资料处理方面具有很强的科研实力,应早做准备,积极争取与广州海洋调查局、中海油、地质大学等科研单位联合开展南黄海地区的进一步研究工作.同时,与韩方的合作也应扩大范围,比如K ORDI(韩国海洋研究与发展研究所),NORI(韩国国家海洋研究所)等,他们在布设测线、海上调查等方面会给予我们更多的帮助.本次会议期间,韩国代表召开了内部的讨论会,回应中方提出的下一步合作计划,对下一步韩方的研究工作做了分工与安排,确实动作很快,也表明了合作方愿意在此领域扩大合作的决心.3.3　韩方代表建议将黄海学术研讨会坚持下去.他们建议:以后每两年在双方国家轮流举行一次,以便及时地交流研究成果并形成可能的研究计划.他们还提议成立“黄海地质地球物理研究学会”,吸引更多的同行和政府的支持,使黄海研究的合作更为广泛和深入.同时建议双方积极参与双方有关黄海研究的项目申请,以便进一步推动黄海地质、地球物理研究的深入进行.第二届中韩黄海及邻域地质与地球物理场特征研讨会议在亲切友好的气氛中结束.会议将推荐优秀论文在《地球物理学报》、《地球物理学进展》上刊载.与会代表认为:以郝天珧研究员为首的中国科学院地质与地球物理研究所综合地球物理研究组和以徐万哲教授为首的韩方公州大学科研群体进行了卓有成效的合作科学研究,双方合作产生了一系列科研成果,中韩双方的这种长期科研合作是成功的国际合作.本次研讨会,部分展示了双方合作的研究成果,深化了对黄海地区地质地球物理场特征的认识,通过本次研讨会,也进一步加强了中韩双方的合作和友谊.本次研讨会的成功举办也与国家基金委员会和中国科学院的大力支持是分不开的.会议组委会和与会代表对中国科学院、国家基金委员会表示了深深的谢意.496地　球　物　理　学　进　展19卷。