地震信号处理软件系统
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关键词 :地震 ;信号处理 ;面向对象 ;VC + + ;数据库 Key words :seismic ; signal processing ; OOP ; VC + + ; database 中图分类号 :TP311 文献标识码 :A
1 引言[1]
利用信号处理技术和计算机技术来研究地震 图是现在地震学发展的重要推动力 。在地震图的 研究中 ,有很多基础的信号处理工作要做 ,这就需 要有一个软件平台来综合实现这些功能 。为此 , 我们开发了地震信号处理软件系统 。
过程 VerifyComplex 如下 :
Procedure
Verif yComplex
(
in
T
,
in
O1
,
in
I
1
w)
I1-
1
=
I
1
w
I2 =
For each i ∈I1- w Do
If O1 Α T ( I1- w - { i} ) and O1 ∩T ( I2 ∪{ i} ) =
程 VerifySingle 如下 :
Procedure VerifySingle ( in T , in O1 , in I1- w)
I1- 1 : =
For each i ∈I1- w Do If T ({ i} ) ∩ O1 ≠ Then
I
1
1:
=
I1-
1
∪{
i}
Return
I
1
1
End Procedure
(2) 对复杂转换的验证 。过程 VerifyComplex
可以对满转换 、普通转换和聚合转换 T 作用下输
出子集 O1 Α O 的弱起源集 I1- w 进行验证 , 得到精
准的起源集 I1- 1 。过程 VerifyComplex 调用 T 共 |
I1- w| 次 , 每次在一个数据集上作用转换 T 。验证
现在国际上常用的地震信号处理软件都没有 实现数据库功能 ,但这个功能在实际使用时会大 大提高效率 。这在我们使用该软件系统进行研究 工作时有很深的体会 。 3. 3 绘图模块
绘图模块可以显示波形数据和其它数据 ,可 以用来帮助研究者察看 、操作 、分析波形数据和计 算结果 。在软件系统中 ,主要实现了 GraphObject 、 GraphWave 、 Graph2Dim、 Graph2DimDot 、 Graph2 WorldMap 和 Canvas 六个类 。GraphObject 类 是 所 有图形类的基类 ,描述图形类的共有特性 ; Graph2 Wave 类用来实现波形数据的显示 ; Graph2Dim 和 Graph2DimDot 类分别用来显示二维连续图形和二 维离散图形以及人机交互接口 ; GraphWorldMap 类 用来实现世界地图的显示 ;Canvas 是一个容器类 , 用 来 设 置 GraphWave 、Graph2Dim、GraphWorldMap 和 Graph2DimDot 在屏幕上的位置 、显示方式以及 用来处理人机交互的接口 。 3. 4 算法模块
图பைடு நூலகம்2 时频分析对话框
3. 5 内存数据管理模块 内存数据管理模块是系统的一个枢纽模块 ,
它负责与系统其它模块的数据交换 ,其好坏与软 件系统的易维护性 、易扩展性直接相关 。系统中 使用 了 一 组 类 来 实 现 内 存 数 据 管 理 , 主 要 有 RecordInfo 、DataForm、OriginData 、OneDimWave 、 TwoDimResult 、TwoDimDotResult 等 类 。RecordInfo 用来保存一条地震波形记录的除波形数据外的其 他所有相关信息 ;DataForm 用来保存地震波形记 录的所有信息 ;OriginData 用来组织内存中的所有 地震波形记录 。这三个类用来管理原始的地震波 形 数 据 。 OneDimWave 、TwoDimResult 、TwoDim2 DotResult 类分别用来保存计算结果中的一维连 续 、二维连续 、二维离散结果 。 3. 6 控制模块
I
1
1
:
=
I1- 1 - { i}
I2 : = I2 ∪{ i}
Return I1- 1
End Procedure
Then
5 结束语
基于 Wivern 方法跟踪转换图的起源集具有 以下特点和优点 : (1) 根据属性映射的可逆性来构 造和验证起源集 ,克服了 Cui 博士需要永久存储 所有中间转换结果的问题 ; (2) 虽然跟踪转换图的 起源集的过程比较复杂 ,但由于起源集的规模相 对于整个源表而言非常小 ,从而克服了 Cui 博士 需要逐行扫描和验证大数据表的问题 ,节省了大 量操作数据库的时间 。
A Seismic Signal Processing Software System
宋江杰 ,曾新吾 SONG Jiang2jie , ZENG Xin2wu ( 国防科技大学理学院 ,湖南 长沙 410073) ( School of Science , National University of Defense Technology , Changsha 410073 , China)
[ 2 ] Y Cui ,J Widom. Lineage Tracing for General Data Warehouse Transformations[ A] . Proc of the 27th Int’l Conf on Very Large Data Bases (VLDB’01) [ C] . 2001.
(下转第 78 页) 75
© 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
以对单转换 、一一转换或拆分转换 T 作用下输出
子集 O1 Α O 的弱起源集 I1- w 进行验证 , 得到精准
的起源集 I1- 1 。过程 VerifySingle 调用 T 共| I1- w| 次 ,每次在单一的数据项上作用转换 T 。验证过
2 软件系统的设计[2～4]
图 1 软件系统功能模块之间的逻辑关系
3 软件系统的实现[5～9]
按照功能软件系统可以分为下面六个功能模 块 :地震图文件输入输出模块 、数据库模块 、绘图 模块 、内存数据管理模块 、算法模块和控制模块 。 这六个功能模块的逻辑关系可以由图 1 表示 ,图 1 中的双线箭头表示模块之间的接口 ,单线箭头 表示控制命令的流动 。
CN4321258/ TP ISSN 10072130X
计算机工程与科学
COMPUTER ENGINEERING & SCIENCE
2004 年第 26 卷第 3 期 Vol126 ,No13 ,2004
文章编号 :10072130X(2004) 0320074202
地震信号处理软件系统 Ξ
在使用这个软件系统时 ,研究人员的各种操 作以消息的形式被 Windows 系统接受并传送到系 统的控制模块 。控制模块接受了消息之后 ,就启 动软件的各个接口来完成任务 。控制模块由三个 类组 成 : CMainFram 类 、CSFCDoc 类 和 CSFCView 类 。CMainFram 类提供了一组菜单来实现主要的 人机交互功能 ,这些菜单包括文件 、编辑 、系统设 置 、震相 、算法 、时间窗口 、记录 、数据库等 。CS2 FCView 类提供了绘图区域响应与绘图相关的消
进行地震研究时经常要保存 、处理大量的数 据 ,这是相当繁琐的工作 ,应用关系数据库帮助完 成这些工作可使研究者从这些费时费力的工作中 解脱出来 。在该软件系统中 ,我们利用 Microsoft SQL Server 实现了地震图数据的存储 、查询功能 。 整个数据库包括台阵 、台站 、地震记录仪 、台网 、地 震事件 、波形数据 、震相七个表 ,完整地实现了地 震图数据的表示 。利用与地震图文件输入输出模 块的接口可以实现原始波形数据的输入输出 ,利 用与内存数据管理模块的接口可以实现地震事件 信息在两者之间的双向传输 。另外 ,软件系统提 供了一系列对话框用于数据库的管理 。
参考文献 :
[ 1 ] Hao Fan , Alexandra Poulovassilis. Tracing Data Lineage Using Au2 tomed Schema Transformation Pathways [ EB/ OL ] . http :/ / www. dcs. bbk. ac. uk/ ～hao/ Publications/ bbkcs0207. pdf ,2002 - 04.
74
© 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
多种地震图文件格式 ,常用的有 GSE1. 0 、GSE2. 0 、 SAC2binary、SAC2ascii 、SEED 、MiniSEED 、CSS (2. 8/ 3. 0) 等 。在软件系统中实现越多的文件系统的输 入输出功能虽然用起来就越方便 ,但这样会造成 软件编码工作大量增加 。事实上 ,现在已经有了 数据格式相互转换的程序 ,所以只要实现其中的 一种软件系统就可以运行起来 。在该软件系统 中 ,我们实现了常用的且相对简单的 SAC2binary、 SAC2ascii 、CSS (2. 8/ 3. 0) 三种文件格式的输入输 出功能 。 3. 2 数据库模块
摘 要 :本文介绍了地震信号处理软件系统的设计和实现 。该系统实现了地震数据的读入写出 、地 震数据的数据库管理 ,有功能丰富的地震信号处理算法和操作和方便的人机交互界面 。
Abstract :This paper presents the design and realization of a seismic signal processing software system. The system realizes the following functions :convenient man2machine interaction interfaces , reading and writing of seismic data with files and databases , seismic data databasemanagement ,powerful seismic signal progressing and operations.
软件系统在 Windows 操作系统下利用 Visual C + + MFC 实现 ,整个软件系统采用了面向对象 的开发模式 ,具体来说就是大多数模块都是由一 组类组成的 。 3. 1 地震图文件输入输出模块
在地震图资料长期的利用和发展中 ,产生了
Ξ 收稿日期 :2002212211 ;修订日期 :2003202219 作者简介 :宋江杰 (1976 - ) ,男 ,山东诸城人 ,博士生 ,研究方向为弹性波理论与应用 、地震信号处理等 。 通讯地址 :410073 湖南省长沙市国防科技大学理学院应用物理系 205 教研室 ;Tel : (0731) 4573275 ; E2mail :songjiangjie @hotmail . com Address :Department of Applied Physics ,School of Science ,National University of Defense Technology ,Changsha ,Hunan 410073 ,P. R. China
算法模块分为两部分 :一部分是普通的信号 处理算法 ;另一部分是与地震学紧密相关的算法 。
普通的信号处理算法包括傅利叶变换的 DFT、FFT 算法 ,FIR 滤波器的任意低通 、高通 、带通 、带阻滤 波器 ,序列相关算法 ,序列积分 、微分算法 ,序列的 去直流分量 、去线性趋势算法 ,时频变换的短时傅 利叶变换 、各种魏格纳分布等算法 。与地震学相 关的算法包括地震波形记录的地震仪器响应的去 除 、添加 ,理论震相算法 。图 2 显示了软件系统在 进行时频分析时的一个例子 。
1 引言[1]
利用信号处理技术和计算机技术来研究地震 图是现在地震学发展的重要推动力 。在地震图的 研究中 ,有很多基础的信号处理工作要做 ,这就需 要有一个软件平台来综合实现这些功能 。为此 , 我们开发了地震信号处理软件系统 。
过程 VerifyComplex 如下 :
Procedure
Verif yComplex
(
in
T
,
in
O1
,
in
I
1
w)
I1-
1
=
I
1
w
I2 =
For each i ∈I1- w Do
If O1 Α T ( I1- w - { i} ) and O1 ∩T ( I2 ∪{ i} ) =
程 VerifySingle 如下 :
Procedure VerifySingle ( in T , in O1 , in I1- w)
I1- 1 : =
For each i ∈I1- w Do If T ({ i} ) ∩ O1 ≠ Then
I
1
1:
=
I1-
1
∪{
i}
Return
I
1
1
End Procedure
(2) 对复杂转换的验证 。过程 VerifyComplex
可以对满转换 、普通转换和聚合转换 T 作用下输
出子集 O1 Α O 的弱起源集 I1- w 进行验证 , 得到精
准的起源集 I1- 1 。过程 VerifyComplex 调用 T 共 |
I1- w| 次 , 每次在一个数据集上作用转换 T 。验证
现在国际上常用的地震信号处理软件都没有 实现数据库功能 ,但这个功能在实际使用时会大 大提高效率 。这在我们使用该软件系统进行研究 工作时有很深的体会 。 3. 3 绘图模块
绘图模块可以显示波形数据和其它数据 ,可 以用来帮助研究者察看 、操作 、分析波形数据和计 算结果 。在软件系统中 ,主要实现了 GraphObject 、 GraphWave 、 Graph2Dim、 Graph2DimDot 、 Graph2 WorldMap 和 Canvas 六个类 。GraphObject 类 是 所 有图形类的基类 ,描述图形类的共有特性 ; Graph2 Wave 类用来实现波形数据的显示 ; Graph2Dim 和 Graph2DimDot 类分别用来显示二维连续图形和二 维离散图形以及人机交互接口 ; GraphWorldMap 类 用来实现世界地图的显示 ;Canvas 是一个容器类 , 用 来 设 置 GraphWave 、Graph2Dim、GraphWorldMap 和 Graph2DimDot 在屏幕上的位置 、显示方式以及 用来处理人机交互的接口 。 3. 4 算法模块
图பைடு நூலகம்2 时频分析对话框
3. 5 内存数据管理模块 内存数据管理模块是系统的一个枢纽模块 ,
它负责与系统其它模块的数据交换 ,其好坏与软 件系统的易维护性 、易扩展性直接相关 。系统中 使用 了 一 组 类 来 实 现 内 存 数 据 管 理 , 主 要 有 RecordInfo 、DataForm、OriginData 、OneDimWave 、 TwoDimResult 、TwoDimDotResult 等 类 。RecordInfo 用来保存一条地震波形记录的除波形数据外的其 他所有相关信息 ;DataForm 用来保存地震波形记 录的所有信息 ;OriginData 用来组织内存中的所有 地震波形记录 。这三个类用来管理原始的地震波 形 数 据 。 OneDimWave 、TwoDimResult 、TwoDim2 DotResult 类分别用来保存计算结果中的一维连 续 、二维连续 、二维离散结果 。 3. 6 控制模块
I
1
1
:
=
I1- 1 - { i}
I2 : = I2 ∪{ i}
Return I1- 1
End Procedure
Then
5 结束语
基于 Wivern 方法跟踪转换图的起源集具有 以下特点和优点 : (1) 根据属性映射的可逆性来构 造和验证起源集 ,克服了 Cui 博士需要永久存储 所有中间转换结果的问题 ; (2) 虽然跟踪转换图的 起源集的过程比较复杂 ,但由于起源集的规模相 对于整个源表而言非常小 ,从而克服了 Cui 博士 需要逐行扫描和验证大数据表的问题 ,节省了大 量操作数据库的时间 。
A Seismic Signal Processing Software System
宋江杰 ,曾新吾 SONG Jiang2jie , ZENG Xin2wu ( 国防科技大学理学院 ,湖南 长沙 410073) ( School of Science , National University of Defense Technology , Changsha 410073 , China)
[ 2 ] Y Cui ,J Widom. Lineage Tracing for General Data Warehouse Transformations[ A] . Proc of the 27th Int’l Conf on Very Large Data Bases (VLDB’01) [ C] . 2001.
(下转第 78 页) 75
© 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
以对单转换 、一一转换或拆分转换 T 作用下输出
子集 O1 Α O 的弱起源集 I1- w 进行验证 , 得到精准
的起源集 I1- 1 。过程 VerifySingle 调用 T 共| I1- w| 次 ,每次在单一的数据项上作用转换 T 。验证过
2 软件系统的设计[2～4]
图 1 软件系统功能模块之间的逻辑关系
3 软件系统的实现[5～9]
按照功能软件系统可以分为下面六个功能模 块 :地震图文件输入输出模块 、数据库模块 、绘图 模块 、内存数据管理模块 、算法模块和控制模块 。 这六个功能模块的逻辑关系可以由图 1 表示 ,图 1 中的双线箭头表示模块之间的接口 ,单线箭头 表示控制命令的流动 。
CN4321258/ TP ISSN 10072130X
计算机工程与科学
COMPUTER ENGINEERING & SCIENCE
2004 年第 26 卷第 3 期 Vol126 ,No13 ,2004
文章编号 :10072130X(2004) 0320074202
地震信号处理软件系统 Ξ
在使用这个软件系统时 ,研究人员的各种操 作以消息的形式被 Windows 系统接受并传送到系 统的控制模块 。控制模块接受了消息之后 ,就启 动软件的各个接口来完成任务 。控制模块由三个 类组 成 : CMainFram 类 、CSFCDoc 类 和 CSFCView 类 。CMainFram 类提供了一组菜单来实现主要的 人机交互功能 ,这些菜单包括文件 、编辑 、系统设 置 、震相 、算法 、时间窗口 、记录 、数据库等 。CS2 FCView 类提供了绘图区域响应与绘图相关的消
进行地震研究时经常要保存 、处理大量的数 据 ,这是相当繁琐的工作 ,应用关系数据库帮助完 成这些工作可使研究者从这些费时费力的工作中 解脱出来 。在该软件系统中 ,我们利用 Microsoft SQL Server 实现了地震图数据的存储 、查询功能 。 整个数据库包括台阵 、台站 、地震记录仪 、台网 、地 震事件 、波形数据 、震相七个表 ,完整地实现了地 震图数据的表示 。利用与地震图文件输入输出模 块的接口可以实现原始波形数据的输入输出 ,利 用与内存数据管理模块的接口可以实现地震事件 信息在两者之间的双向传输 。另外 ,软件系统提 供了一系列对话框用于数据库的管理 。
参考文献 :
[ 1 ] Hao Fan , Alexandra Poulovassilis. Tracing Data Lineage Using Au2 tomed Schema Transformation Pathways [ EB/ OL ] . http :/ / www. dcs. bbk. ac. uk/ ～hao/ Publications/ bbkcs0207. pdf ,2002 - 04.
74
© 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
多种地震图文件格式 ,常用的有 GSE1. 0 、GSE2. 0 、 SAC2binary、SAC2ascii 、SEED 、MiniSEED 、CSS (2. 8/ 3. 0) 等 。在软件系统中实现越多的文件系统的输 入输出功能虽然用起来就越方便 ,但这样会造成 软件编码工作大量增加 。事实上 ,现在已经有了 数据格式相互转换的程序 ,所以只要实现其中的 一种软件系统就可以运行起来 。在该软件系统 中 ,我们实现了常用的且相对简单的 SAC2binary、 SAC2ascii 、CSS (2. 8/ 3. 0) 三种文件格式的输入输 出功能 。 3. 2 数据库模块
摘 要 :本文介绍了地震信号处理软件系统的设计和实现 。该系统实现了地震数据的读入写出 、地 震数据的数据库管理 ,有功能丰富的地震信号处理算法和操作和方便的人机交互界面 。
Abstract :This paper presents the design and realization of a seismic signal processing software system. The system realizes the following functions :convenient man2machine interaction interfaces , reading and writing of seismic data with files and databases , seismic data databasemanagement ,powerful seismic signal progressing and operations.
软件系统在 Windows 操作系统下利用 Visual C + + MFC 实现 ,整个软件系统采用了面向对象 的开发模式 ,具体来说就是大多数模块都是由一 组类组成的 。 3. 1 地震图文件输入输出模块
在地震图资料长期的利用和发展中 ,产生了
Ξ 收稿日期 :2002212211 ;修订日期 :2003202219 作者简介 :宋江杰 (1976 - ) ,男 ,山东诸城人 ,博士生 ,研究方向为弹性波理论与应用 、地震信号处理等 。 通讯地址 :410073 湖南省长沙市国防科技大学理学院应用物理系 205 教研室 ;Tel : (0731) 4573275 ; E2mail :songjiangjie @hotmail . com Address :Department of Applied Physics ,School of Science ,National University of Defense Technology ,Changsha ,Hunan 410073 ,P. R. China
算法模块分为两部分 :一部分是普通的信号 处理算法 ;另一部分是与地震学紧密相关的算法 。
普通的信号处理算法包括傅利叶变换的 DFT、FFT 算法 ,FIR 滤波器的任意低通 、高通 、带通 、带阻滤 波器 ,序列相关算法 ,序列积分 、微分算法 ,序列的 去直流分量 、去线性趋势算法 ,时频变换的短时傅 利叶变换 、各种魏格纳分布等算法 。与地震学相 关的算法包括地震波形记录的地震仪器响应的去 除 、添加 ,理论震相算法 。图 2 显示了软件系统在 进行时频分析时的一个例子 。