适用于低延时实时数据传输的地震数据压缩方法

地
震
地
磁
观
测
与
研
究
３ ２卷
与满 量程 ３ ２位数 字值 相 比一 般很 小 ， 常有效 的 ２ 制位都 在 ８位 以内 。如 果用数 据样 本之 通 进
间的差值 来表示 数据 值 ， 可 以极 大程 度 的减 小 ３ 就 ２位数 据 序列 中的冗 余 信 息 ， 到 数据 压 缩 达
的 目的（ 赵仲 和等 ，０ ３ 。 ２ ０ ） 目前 ， 在地 震数据 压缩 中应用 最 为 广泛 的 Ｓ Ｉ ＴＥ Ｍ２压 缩 算 法 就是 基 于 上述 原 理 设计 ， 每 个 Ｓ Ｉ 压 缩 帧由 １ ＴＥ Ｍ２ ６个 ４字节 的数 据段组 成 ， 法规定 ８种编 码方式 ， 据差 值数 据 的有 算 根
输 出方式 必 然带来 更 大传输 数据 量 。 因此 ， 缩算 法 的选 择 和 压缩 数 据 帧 的构 建对 低 时延 的 压
数 据传输 显 得十分 重要 。
１ 方 法 原 理
目前 国内广泛 使用 的 ２ ４位数 据 采集器 为包 括 符 号位 在 内的 ２ ４位有 效 位 ， 在计 算 机 中 以 ３ ２位存 储 ， 至少 有 ８ 字 节 的符 号扩 展 。在 正 常地 震 背 景下 ， 震 仪 输 出 的时 间序列 数 据 通 个 地
基 金 项 目 ：０ ８年 国家 “＿一 五 ” 技 支 撑 项 目 ２０ Ｂ Ｃ３ Ｂ １４专 题 ，０ ９年 国 家 发 改 委 Ｃ Ｉ 用 示 范 项 目“ ２０ 卜 科 ０８ Ａ ８０— ２０ ＮＧ 应 基
于 Ｉｖ 术 的 地震 观 测试 验 系统 ” 课 题 “ 于 Ｉ ｖ Ｐ ６技 子 基 Ｐ ６的地 震 测 震 数 据 采 集 系 统研 发 ” 本 文 收到 日期 ：０ １０— ２ １ —４１ ９
常具 有很 强 的关 联 性 ， 果 给定前 面几 个数 据样 本 ， 后续 数据 样本都 有很 强 的可预测 性 。而 如 则 且， 正常 地震背 景 的频率 与数 据采 集器 的采样 率 相 比都 相 当低 ， 以连 续数 据样本 之 间的差 值 所
作 者 简介 ： 阳 （９ ２ ）女 ， 京 市 人 ， 士 ， 研 究 员 ， 陈 １７ ， 北 硕 副 现从 事数 字 地 震 台 网 和 台 站 数 据 处 理 方 法 研 究 和 相 应 软 件 研发 亡 作
数据 经常 出现压缩 后长度 超过 实际 长度 的情 况 。其 原 因 主要 在 于 ， ＴＥ Ｍ２编 码方 式 相 对简 Ｓ Ｉ 单、 固定 ， 编码 描述数据 段在 数据 帧 中占用 的比例偏 大 ， 其数据 差值 编码长 度偏 大时 ， 其 尤 编码
ｄ ｉ１ ． ９ ９ Ｊ ｉｓ ． ０ ３３ ４ ． ０ １ ０ ． ２ ｏ ： ０ ３ ６ ｌ ．ｓｎ １ ０ — ２ ６ ２ １ ． ６ ０ ２ ／
适 用 于低 延 时 实 时数 据 传 输 的 地 震 数 据 压 缩 方 法
陈 阳 薛 兵 朱 小毅 李 江 林 湛 张志 强
效 位长 度将差值 数据 组合 ４字节 的数据 存储 。其 中第 ２至 第 １ ６个 ４字节 的数据 段 存储 压 缩
数据 ， １ ４字节 数据段 用 于描 述 后续 １ 第 个 ５个 数 据 段 的编 码 方 式 （ 洪 体 ， ０ ４ 。Ｓ Ｉ 王 ２ ０ ） ＴＥ Ｍ２ 算 法 曾在 Ｅ ＡＳ２ Ｉ Ｄ －４Ｐ的实 时数据 传输 中得 到应 用 ， 是 ， 实 际应用 ， 幅度 变化 较大 的 高频 但 在 对
（ 国北京 １０３ 中 ０ ０ ６中 国地 震 局 地 震 预 测 研 究 所 ）
摘 要 随 着 数 字 地 震 台 站 数 量 的增 加 、 据 传 输 手 段 的 多 样 化 以 及 地 震 预 警 系 统 的 发 展 ， 地 震 数 对 数 据 实现 有效 的 实 时 压 缩 对 数 据 传 输 显 得 十 分 重 要 。本 文 提 出一 种 支 持 低 时 间 延 迟 （ 据 传 输 间 数 隔小 于 ｌｓ数 据 传 输 要 求 的 实 时 数 据 压 缩 算 法 。通 过 理 论 估 算 和 实 际 地 震 数 据 检 验 ， 方 法 高 ） 该 效 、 实 现 ， 用 于地 震 预警 等 领 域 。 易 适
地 震 地 磁 观 测 与 研 究 第 ３ 卷 第 ６ ２ 期 ２１ ０ １年 １ ２月
Ｓ ＳＭ ０ ＬＯＧ Ｉ Ｉ ＥＩ ＣＡ Ａ ＮＤ ＧＥＯＭ Ａ Ｇ ＮＥＴＩ Ｃ ０ＢＳＥＲＶ ＡＴ Ｉ ＯＮ ＮＤ Ａ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ６ １３ ．
Ｄｅ ． ｃ ２０１ １
关 键 词 数 据 压 缩 ； 时 数 据 传 输 ； 震 预警 实 地

０ 背 景
在“ 十五 ” 间 ， 国建成 由 １０ ０多个 数 字地震 台站组成 的数 字地 震 观测 网络 ， 区域 数 期 我 ０ 各 字地震 台网 中心均 需要 汇集 下属数 十个 数字 地震 台站 的实 时波形 数据 流进 行分析 处理 ， 同时 ， 在数 据传 输方 式上 更加 多样 化 ， 用无 线传 输 、 Ｄ 使 Ｃ ＭＡ、 ＡＤＳ 光缆 传输 等 多种 传 输方 式 。因 Ｌ、 此， 在数 据 传输 中使 用无损 压缩 技术 ， 波形 数据 进行有 效压 缩 、 对 在一 定带 宽 内实现 数据 高效 、 及时、 无失 真传输 十 分必要 。 在 地震 预警 系统 中 ， 常 利用地 震 波 传播 延 时或 Ｐ波 与 Ｓ波 之 间 的走 时差 实 现 预警 ， 通 系 统 需要尽 快 地接 收波形 数据 ， 对数 据进 行处 理 。因此 ， 并 要求 数据 采集设 备 能够实 现波形 数 据 流低 时问延 迟输 出 （ 据传 输 间隔小 于 １ｓ 。与传 统 的以秒 为单 位输 出波形 数据 流相 比 ， 数 ） 此种