基于Qt和动态链接库的SEG-Y格式地震数据读写软件开发

2017-04-14张成云石深涵熊杰夏成静张伊

长江大学学报(自科版) 2017年1期

关键词：格式文件数据格式二进制

张成云，石深涵，熊杰，夏成静，张伊

(长江大学电子信息学院,湖北荆州 434023)

基于Qt和动态链接库的SEG-Y格式地震数据读写软件开发

张成云，石深涵，熊杰，夏成静，张伊

(长江大学电子信息学院,湖北荆州 434023)

SEG-Y格式是国际通用的地震数据文件格式。针对该格式文件结构复杂、读取困难的问题，在Qt框架下采用动态链接库技术开发了可重用的SEG-Y格式地震数据读写软件。该软件首先读取文件头和道头信息，然后以人机交互方式设置相应参数，最后读取实际地震数据。测试结果表明，该软件能正确读写SEG-Y格式地震数据文件，并以动态链接库的形式供第三方使用，为地震数据处理解释软件的国产化提供支持。

SEG-Y格式；地震数据；读写软件；Qt；动态链接库

地震勘探是石油勘探中一种最常见和最重要的方法[1]，地震数据一般采用SEG-Y格式存储，该格式是由SEG(Society of Exploration Geophysicists)提出的国际标准，是石油勘探行业通用的地震数据格式。目前，国外商业软件对SEG-Y格式文件读写支持较好，但其SEG-Y格式读写模块不对外开放，无法重用。因此，有必要开发可重用的SEG-Y格式[1]地震数据读写软件，为地震数据处理解释软件国产化提供支持。下面，笔者将先对SEG-Y文件格式进行分析，再在Qt框架[2]下开发SEG-Y格式地震数据读写软件，最后分析在Qt中利用DLL对读写代码封装的方法及软件调试结果。

1 SEG-Y格式文件格式

标准SEG-Y格式文件[3]一般包括3部分，第1部分是EBCDIC文本文件头，第2部分是二进制文件头，第3部分是地震道数据集。SEG-Y文件格式如图1所示，其中，文本文件头长度为3200字节，采用EBCDIC字符编码，需转换成ASCII码后才能在PC上显示；二进制文件头长度为400字节，其数据类型是16位或32位整型，记录SEG-Y文件的格式信息；地震道数据集由各道地震数据组成，每一道地震数据由240字节的二进制道头和采样点数据集组成。其中，二进制道头包含该道的CDP号、XLine号、Line号、采样点数、采样间隔、采样点数据格式等信息。

图1 SEG-Y文件格式示意图

2 SEG-Y格式读写软件设计

图2 SEG-Y格式读写软件结构框图

SEG-Y格式读写软件采用人机交互方式设置参数，实现地震数据读取和导出功能。根据SEG-Y格式文件的特点，设计软件功能模块框图如图2所示。

该软件模块由5个模块组成：工作区管理模块为新建文件和打开工作区提供支持；地震数据文件信息处理模块负责读取文本文件头、二进制文件头和各道头参数，如CDP号、XLine号、Line号、采样点数、采样间隔、采样点数据格式等；地震数据读取模块实现SEG-Y文件数据读取功能；地震数据格式转换模块负责IEEE、IBM、PC 3种格式的相互转换；文件管理模块实现文件输入和输出功能。

3 SEG-Y格式文件读写软件开发

3.1 SEG-Y格式文件读写流程

SEG-Y格式文件的读取过程复杂，包括文本文件头、二进制文件头的解析与显示，人机交互进行参数设置，地震数据的读取、导出等步骤。SEG-Y格式文件读写的流程图如图3所示。

图3 SEG-Y格式文件读写流程图

3.2 数据格式转换

SEG-Y格式文件支持IEEE、IBM、PC这3种数据格式，软件可以实现3种格式之间相互转换的功能。以IBM格式转换为IEEE格式为例，其转化代码如下：

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开发

DLL可以创建可重用代码模块[5,6]，通过DLL对代码进行共享，从而实现SEG-Y格式文件读写软件模块代码重用。在Qt中创建DLL工程[4]步骤如下：在Library中选择C++library，在Type中选择Shared Library，在Name中命名DLL的工程名。创建完毕之后会生成2个头文件，一个资源文件，除工程名对应的头文件跟资源文件之外，还有一个“SEGy_global.h”。DLL的工程编译，在工程名头文件中加入需要封装函数的成员变量和函数，同时还需要获取封装类中的对象，代码如下：

extern “C”{

SEGYSHARED_EXPORT SEGy* getSEGyObject(); //获取类SEGy的对象

SEGYSHARED_EXPORT void releseSEGyObject(SEGy*); //获取类SEGy的对象

}

编写的SEG-Y格式读写文件在minGW环境下进行编译后，在工程的debug文件夹下可以找到“SEGy.dll、SEGy.o、SEGy.a”3个文件。其中，“SEGy.dll”是在Windows下面可调用的动态链接库，“SEGy.o”是在Linux下可调用的动态链接库。如果是在MSVC环境下编译可以生成“SEGy.lib”和“SEGy.dll”文件，结果如图4所示。

图4 DLL编译结果

4 软件测试及结果

图5 测试程序流程图

在Qt中建立地震数据可视化的测试

程序，进行SEG-Y格式文件可重用模块的功能检测。测试程序调用的流程图如图5所示。

为在测试程序中实现DLL调用，首先将SEGy.h和SEGy_global.h头文件放在当前的工程文件夹下，添加到当前工程中；然后设置链接库的路径；最后在主程序中包含头文件和宏定义，并导入动态链接库文件。执行结果图如图6所示。

库调用过程中，设置DLL的路径需要以下代码：

LIBS +=segy.DLLDESTDIR #很重要！路径设置问题。

LIBS += 〗 …/…/segy.DLLDESTDIR

通过上述代码指出库所在的文件夹位置，路径设置正确后进行库调用的下一步操作，代码如下：

#include

#include “SEGy.h”

typedef SEGy* (*CreatSEGy)();

typedef bool (*ReleSEGyDll)(SEGy*);

图6(a)是SEG-Y格式文件信息的处理：文件筛选获取，SEG-Y格式文件道头的读取操作及地震数据的平面或立体呈现的选择，为文件的读取做准备；图6(b)是对一个IBM格式文件的识别，读取结果正确，说明读写软件能正确读写SEG-Y格式地震数据；图6(c)是格式转换界面，该文件是由IBM格式转换为IEEE格式，转换后的SEG-Y格式文件各项参数的变化依次呈现，提供详细的数据变换结果。