数字波形数据

2.1.2　数字波形数据

全球范围内存储和交换的最大的地震数据是数字波形数据，目前地震学中采用了许多种不同的数据格式，这些格式大多可以被归并为以下五种类型:

(1)单台、台网或某些特殊的地震记录器所采用的局部格式(例如，ESSTF、PDR-2、BDSN、GDSN)。

(2)在标准分析软件中使用的格式(例如，SEISAN、SAC、AH、BDSN)。

(3)为数据交换和存档而设计的格式(SEED，GSE)。

(4)为数据库系统而设计的格式(CSS，SUDS)。

(5)实时数据传输格式。

前四种类型显示了分级结构。第4类是形成了其他类的母集，也就是说前三种类型可以由它导出。同样，第3类是前两类的母集。为了与其他数据中心进行数据交换和数据存档，几乎所有地震数据中心都需要在这些层级之间进行数据格式转换。有很多软件工具可实现从一种格式到另一种格式的转换，特别是向上层级别的格式转换。

1.数据存档

数据存档需要对台站、信道和数据结构的全部信息进行存储，但大多现有的格式只提供部分信息。大部分存档格式都包括台站和信道的信息，但并不一定有全部的数据信息。我们需要考虑的是全面展示标准地震数据格式(SEED)交换标准的几个特征:

·数据描述语言(DDL);

·字符顺序参考;

·响应信息。

DDL被定义为能够使它本身被任何一种数据格式(整数、二进制、压缩数据)存储。这种语言包括几个定义要点，比如，应用压缩配制、每个采样的字节数、尾数和以比特为单位的增益长度、符号规约的应用。DDL的优点是原始的数据结构能够被保存并被了解。它的缺点是读者要对DDL进行解译，而且在读数据时没有可视性。解码信息必须能够直接由数据得到，这一点非常重要，因为数据可能是在具有不同字节次序的平台上收集到的。在SEED格式里其原始数据的字节顺序在头段中定义。

在多数存档格式中，根据零点和极点提供了响应信息。在头段中给出FIR滤波器系数，在SEED和GSE2.X的定义中对它们作了说明。人们认为只有在计算振幅和相位作为频率函数时，才要仪器响应，这就出现了一个问题，就像GSE1.0格式中的例子。同样，GSE2.X也不指定一个最低需求。响应信息的主要目的是改正仪器响应，这样用户将不得不找出最适合的极点和零点来给出响应。虽然我们可以根据频率、振幅、震相数据(例如在Preproc程序中)来计算极点和零点，但是，根据离散频率、振幅、震相数据多次反演的结果，将与原始数据不同。

2.数据交换格式

数据交换格式与数据交换方式紧密相联。本质上说，任何格式都可以用来交换，但一个交换格式，要使它易于电子传送，应该有一个最低的内容标准，并且在所有计算机平台上都可读。在数据用户之间及数据中心之间的数据交换有许多不同的技术，如表2-5所示。

表2-5　　　　　　数据交换技术

间接在线数据交换是通过需要请求，建立在邮件传输基础上的。AutoDRM技术(http:∥www.selsmo.eth.ch/autodrm)使用户无需学习各种数据请求格式，只需要向就近的数据中心发送一个请求，他的请求会自动发送到能够提供数据的数据中心。

直接在线数据访问，主要通过网站直接下载。数据可分为ODC准实时数据集(Spyder)和完整的数据卷(ODC卷，FARM)。它们的区别是，Spyder数据在重要事件发生几小时之后就可以获得，而ODC卷要比实时滞后，甚至滞后约3～4年。

因特网的速度现在仍然限制着这种直接在线数据交换的有效性，尤其是因为要传送的数据量可能很大。直接在线数据可用性的一个主要的优势，是人们可以在大量的数字数据中进行选择。

脱线数据访问可提供完整的有质量控制的数据，它们可以在每个研究单位以CDROMs或DVD形式得到。

3.数据库系统格式

人们设计了特别的数据库系统格式，这种格式的例子如CSS导出的“IDC database schema”和SUDS。

4.连续数据协议和格式

多达100个信道的台站或台阵台站，可以用单一的连接，准实时地传输。提供的数据可以是压缩的也可以不是压缩的格式，带有或不带有鉴定签名。协议利用叫做帧的信息单位来建立或改变一个连接，并在寄件人与收件人之间交换。在任一时刻只有一帧可以发送或接收。在连接断掉时将启动暂停。

建立连接。寄件人首先通过一个预先的IP地址和发送连接请求帧端口，与收件人建立连接。收件人验证了寄件人的身份，并提供一个新的端口和由端口分配帧的因特网协议(IP)地址。寄件人停止最初的连接，并连接到分配好的IP地址和端口以便随后进行数据传送。

传送数据。当建立了连接之后，寄件人发出一个数据格式帧，它描述了随后数据的格式。然后寄件人可以发送数据帧数据。数据格式帧，提供了它本身的信息和随后而来的数据帧的信息。数据帧包含原始时间系列数据。每个数据帧，都有一个数据帧头段和多道子帧。

改变连接。寄件人和收件人都可以通过交换警惕帧，而改变连接。收件人发出警惕帧通报，寄件人用另一个不同的端口。寄件人用警惕帧通报收件人，通信将中断或一个新的数据格式将被应用。

中断连接。一般来说，一个建立起来的连接保持活动和应用状态，直到知道寄件人或收件人为了维修或重新配置而终止它。连接可以由发送警惕帧而故意中断。非有意中断是在超时之后，检测到的速度慢或通信系统失败引起。

为了传送IMS数据，CD-1.0协议被CD-1.1代替，在http:∥www2.ctbto.org和http:∥www.cmr.gov/pidc/libray box/idc docs/idc docs.html，可以找到其说明。

另一个实时数据协议是Earthworm，它正在北美使用。此协议的文件可在网页http:∥www.gld brick.cr.usgs.gov中找到。