基于Qt和動態鏈接庫的SEG-Y格式地震數據讀寫軟件開發

2017-04-14 01:53:27張成云石深涵熊杰夏成靜張伊

長江大學學報(自科版) 2017年1期

張成云，石深涵，熊杰，夏成靜，張伊

(長江大學電子信息學院,湖北荊州 434023)

張成云，石深涵，熊杰，夏成靜，張伊

(長江大學電子信息學院,湖北荊州 434023)

SEG-Y格式是國際通用的地震數據文件格式。針對該格式文件結構復雜、讀取困難的問題，在Qt框架下采用動態鏈接庫技術開發了可重用的SEG-Y格式地震數據讀寫軟件。該軟件首先讀取文件頭和道頭信息，然后以人機交互方式設置相應參數，最后讀取實際地震數據。測試結果表明，該軟件能正確讀寫SEG-Y格式地震數據文件，并以動態鏈接庫的形式供第三方使用，為地震數據處理解釋軟件的國產化提供支持。

SEG-Y格式；地震數據；讀寫軟件；Qt；動態鏈接庫

地震勘探是石油勘探中一種最常見和最重要的方法[1]，地震數據一般采用SEG-Y格式存儲，該格式是由SEG(Society of Exploration Geophysicists)提出的國際標準，是石油勘探行業通用的地震數據格式。目前，國外商業軟件對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，有必要開發可重用的SEG-Y格式[1]地震數據讀寫軟件，為地震數據處理解釋軟件國產化提供支持。下面，筆者將先對SEG-Y文件格式進行分析，再在Qt框架[2]下開發SEG-Y格式地震數據讀寫軟件，最后分析在Qt中利用DLL對讀寫代碼封裝的方法及軟件調試結果。

1 SEG-Y格式文件格式

標準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部分是二進制文件頭，第3部分是地震道數據集。SEG-Y文件格式如圖1所示，其中，文本文件頭長度為3200字節，采用EBCDIC字符編碼，需轉換成ASCII碼后才能在PC上顯示；二進制文件頭長度為400字節，其數據類型是16位或32位整型，記錄SEG-Y文件的格式信息；地震道數據集由各道地震數據組成，每一道地震數據由240字節的二進制道頭和采樣點數據集組成。其中，二進制道頭包含該道的CDP號、XLine號、Line號、采樣點數、采樣間隔、采樣點數據格式等信息。

圖1 SEG-Y文件格式示意圖

2 SEG-Y格式讀寫軟件設計

圖2 SEG-Y格式讀寫軟件結構框圖

SEG-Y格式讀寫軟件采用人機交互方式設置參數，實現地震數據讀取和導出功能。根據SEG-Y格式文件的特點，設計軟件功能模塊框圖如圖2所示。

該軟件模塊由5個模塊組成：工作區管理模塊為新建文件和打開工作區提供支持；地震數據文件信息處理模塊負責讀取文本文件頭、二進制文件頭和各道頭參數，如CDP號、XLine號、Line號、采樣點數、采樣間隔、采樣點數據格式等；地震數據讀取模塊實現SEG-Y文件數據讀取功能；地震數據格式轉換模塊負責IEEE、IBM、PC 3種格式的相互轉換；文件管理模塊實現文件輸入和輸出功能。

3 SEG-Y格式文件讀寫軟件開發

3.1 SEG-Y格式文件讀寫流程

SEG-Y格式文件的讀取過程復雜，包括文本文件頭、二進制文件頭的解析與顯示，人機交互進行參數設置，地震數據的讀取、導出等步驟。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 數據格式轉換

SEG-Y格式文件支持IEEE、IBM、PC這3種數據格式，軟件可以實現3種格式之間相互轉換的功能。以IBM格式轉換為IEEE格式為例，其轉化代碼如下：

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

DLL可以創建可重用代碼模塊[5,6]，通過DLL對代碼進行共享，從而實現SEG-Y格式文件讀寫軟件模塊代碼重用。在Qt中創建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。創建完畢之后會生成2個頭文件，一個資源文件，除工程名對應的頭文件跟資源文件之外，還有一個“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的成員變量和函數，同時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環境下進行編譯后，在工程的debug文件夾下可以找到“SEGy.dll、SEGy.o、SEGy.a”3個文件。其中，“SEGy.dll”是在Windows下面可調用的動態鏈接庫，“SEGy.o”是在Linux下可調用的動態鏈接庫。如果是在MSVC環境下編譯可以生成“SEGy.lib”和“SEGy.dll”文件，結果如圖4所示。

圖4 DLL編譯結果

4 軟件測試及結果

圖5 測試程序流程圖

在Qt中建立地震數據可視化的測試

程序，進行SEG-Y格式文件可重用模塊的功能檢測。測試程序調用的流程圖如圖5所示。

為在測試程序中實現DLL調用，首先將SEGy.h和SEGy_global.h頭文件放在當前的工程文件夾下，添加到當前工程中；然后設置鏈接庫的路徑；最后在主程序中包含頭文件和宏定義，并導入動態鏈接庫文件。執行結果圖如圖6所示。

庫調用過程中，設置DLL的路徑需要以下代碼：

LIBS +=segy.DLLDESTDIR #很重要！路徑設置問題。

LIBS += 〗 …/…/segy.DLLDESTDIR

通過上述代碼指出庫所在的文件夾位置，路徑設置正確后進行庫調用的下一步操作，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據的平面或立體呈現的選擇，為文件的讀取做準備；圖6(b)是對一個IBM格式文件的識別，讀取結果正確，說明讀寫軟件能正確讀寫SEG-Y格式地震數據；圖6(c)是格式轉換界面，該文件是由IBM格式轉換為IEEE格式，轉換后的SEG-Y格式文件各項參數的變化依次呈現，提供詳細的數據變換結果。