矿山激电测深数据格式解析及数据处理

2018-05-09黄先辉

世界有色金属 2018年4期

王煜，黄先辉，张军

（赣西土木工程勘测设计院，江西宜春 336000）

近年来,各种新的找矿技术不断出现，激电测深作为一种高精度、高效率的探测技术在矿山勘查和研究中大显身手,广泛应用于矿产资源调查、水文地质勘测及工程施工中，特别是与GPS 以及各种传感器的组合使其在测量质量和效率等方面显示出极大的优越性。这就使得各种各样的激电测深数据量急剧增长，数据种类趋于复杂[1，2]。这时，我们就遇到了一个问题：如此多样的海量的探测数据，该怎样去解读它，处理它？现在分几个方面来说明激电测深技术的特点。

1 数据格式基础知识

数据是自然或社会现象的一种抽象反映形式，为了使数据能够正确反映自然或社会现象，必须按照一定的方式将数据组织起来。某一特定的数据组织方式能够反映某一特定的自然或社会现象，这种数据组织方式就称为反映该种自然或社会现象的数据格式。这种数据格式在计算机中体现为某种特定文件的数据格式。各种繁繁复复的现象都可以通过设计合适的数据格式的文件在计算机中呈现出来。要想通过各种已知的数据来了解自然和社会现象，就必须首先弄清楚这些现象对应在计算机中文件的数据格式。

众所周知，计算机中每一种文件都有特定的后缀名，以区别于其他文件。其实，每种文件的后缀名就对应着该文件的专有数据结构，计算机利用这种数据结构将抽象的二进制码解译成程序或人能够识别的东西。许多数据文件，其存取是按照一定的形式进行的，一个完整的数据结构是一个数据单元，整个文件是由若干类结构重复的数据单元构成的。因此，文件的数据格式，是掌握该文件读写机制的关键。

掌握了文件的读写机制，即可据此编写该文件的解译代码和有利于自己数据处理的代码，这样，数据编辑和处理都可以用自己熟悉的方式进行下去。而掌握了数据格式的关键，也为自己将处理好的数据以一定的格式输出指明了方向。根据处理后数据的用途和存储设备的容量，设计出合适的数据格式来进行数据输出，可以缓解数据量庞大与存储设备容量小的冲突。从事激电测深数据处理的专业技术人员掌握一些数据格式的基本知识对今后的工作很有意义。

2 激电测深数据格式的特点

激电测深数据文件是从一个头结构开始的，头结构主要包含测量系统数据基本信息、船参数信息和坐标系统信息等。接下来是船姿数据、声纳数据、测深数据、导航定位数据、波束旅行时数据及声速剖面数据等。其数据存储的格式均为二进制格式，虽然节约了存储空间，却为后继的数据处理工作增加了难度。须将该种数据解析成ASCII码数据才易为人们所用。下面讨论激电测深数据格式的解析（以V8数据格式为例）。

2.1 激电测深V8文件格式

该文件以一个长度为1024字节的头结构作为文件的开始，其部分的二进制数据如下图。为了节省空间，二进制文件均以十六进制形式显示。这里我们能够看到开始的第一个字节为0x7B，这是XTF文件的独有标识，称为V8文件的标识码。头结构里面还包含激电测深系统信息、设备安装误差信息和结构长度信息等等。图1是V8头结构部分原始二进制数据。

图1 V8头结构原始二进制数据

图2是矿山激电测深的原始二进制数据，其标识码为0xFACE03，结构长度为64字节。图中第一行第11到第14字节所表示的数字0x00000040即是该结构的长度（64字节）。

图2 姿态结构原始二进制数据

图3 测深ping结构原始二进制数据

图3为V8文件测深ping部分原始进制数据。0xFACE02是测深ping的标识码。测深ping的结构比较特殊，它包含两个下属结构，一个是测深ping头，长度256字节；另一个结构是原始测深数据结构，本例中其长度为384字节；其总长度已经给出，是0x00000280,化成十进制为640字节，正是上述两结构长度之和。测深数据结构以0xFFFF为开始标志，包含了测深数据包的识别码、单ping波束数、数据质量信息等等。

2.2 激电测深文件格式

图4 _raw.all格式开始结构原始二进制数据

_raw.all文件测深结构的标识码是0x0244,包含测深ping的相关信息和一个深度结构数组，是数据处理的目标数据，相关部分二进制数据信息如图5：

图5 _raw.all格式测深结构原始二进制数据

图6 激电测深V8测深数据部分处理结果

3 激电测深数据格式解析的程序实现

3.1 数据格式的说明

激电测深数据文件种类繁多，格式多样，要对某种测深数据文件进行解析，必须获得该文件正确的数据格式。这类文件数据格式往往是不公开的，需要通过各种途径，利用各种手段去查找。一般而言，对应这种测深数据的处理软件里面会有它的完整的数据格式，通过破译该软件代码就能找到相关的文件格式信息。

3.2 原始勘测数据的读取和解析

根据已知的格式设计结构，通过对数据文件的打开操作和读操作将数据读进结构，然后利用数据类型转换关系使读出的数据转换成可以为人所利用的数据[3]。

3.3 字节序问题

激电测深工作站存储数据有时是按由高到低的方式进行的，而一般个人电脑存储数据的顺序遵循由低到高的低字节序规则；这有可能造成非字符型数据颠倒读取问题，从而使0xFACE变成0xCEFA。需要在程序中对已经读取的非字符型数据进行移位操作，以解决非字符型数据字节颠倒读取的问题。相关部分代码如下：

3.4 数据的初步处理与输出

通过已掌握的数据结构读取的数据是原始的测深数据，其中还含有测量粗差和一些无效数据，须通过程序筛选和过滤，利用统计学知识和相关的误差理论进行处理。再根据数据间的几何关系将初步编辑过的数据加工成容易利用的数据。如波束点的平面坐标要通过坐标平移、导航数据的内插和相应的坐标旋转等公式推算出来；波束点的水深通过波束旅行时、波束角及声速来算出。数据加工后，根据自己对数据后处理的需要，设计出合适的数据结构，进行文件的读写操作,从而获得需要进行后处理的数据。图6是对激电测深数据处理的部分结果。