地震仪数据存储格式

nonagontech

2227人浏览 · 2024-10-14 18:52:29

nonagontech · 2024-10-14 18:52:29 发布

每个日常MiniSEED文件的大小通常约为15Mb，但文件大小可以更大或更小，具体取决于影响压缩的实际记录幅度。
官方测试 miniSeed 文件链接 https://github.com/EarthScope/libmseed/tree/main/test/data
地震信号存储还会使用.stx文件，.stx文件通常是与SEG-Y文件配合使用的地震数据格式

1. SAC

SAC波形数据是以数据处理为目的的格式，这种格式一般只包含单个台站单个分量或多分量的数据。

在SAC用户指南中描述了SAC波形数据输入格式，利用读入的数据，可以进一步做其他处理，如绘制波形图。

2. SEED

SEED波形数据是以归档和交换为目的的格式，这种格式要求一个文件中包含足够多的数据信息。

SEED格式的地震波形数据文件包括两个部分：第一部分是文件的头段，以ASCII码写成，其中包含了生成该段波形数据的台网信息、地震信息和波形数据本身的信息，为波形数据的元数据；第二部分是波形数据本身，以二进制编码写成，通常是按一定算法生成的压缩数据。

掌握至少一种SEED格式数据的读出工具软件，从而能用它读出关于该段波形数据的元数据信息和把SEED格式波形数据转换成可由自己的程序读入的格式，例如SAC二进制或ASCII格式。

SEED 手册参考链接：https://www.fdsn.org/pdf/SEEDManual_V2.4.pdf

3. miniSEED

miniSEED 格式是 SEED 格式的一个子集，其只包含时间序列和极少量的其他信息。

国际数字地震仪网络联合会(FDSN)将miniSEED定义为数字数据和相关信息的格式。主要用途是数据收集、存档和交换地震数据。

该格式也适用于时间序列数据从其他地球物理测量，如压力，温度，倾斜等。除时间序列外，存储的相关状态为健康状态支持记录系统状态的参数。

与miniSEED对应的FDSN元数据是StationXML用于描述解释数据所需的特征，如位置、仪器响应等。

参考链接

名称	链接
miniSEED3 格式记录定义	Record definition — FDSN miniSEED 3
miniSEED3 的重大改动	Background — FDSN miniSEED 3
开源SEED-StationXML数据转换工具（python,Java）	4. StationXML Tools — FDSN StationXML
ObsPy是一个开源项目，致力于提供处理地震数据的Python框架。	https://github.com/obspy?language=javascript
libmseed是一个比较友好的c函数库，可以用于读写 miniSEED 文件。	https://github.com/EarthScope/libmseed

miniSEED3数据格式

Field	Description	描述	Type	Length	Offset	Content	备注
1	Record header indicator	记录头指示器	CHAR	2	0	ASCII ‘MS’	ASC11"77"和"83"
2	Format version	版本格式	UINT8	1	2	Value of 3	当前使用的miniSEED版本：3
3	Flags	标志	UINT8	1	3		位字段标志：0-7；0效正信号存在，1时间标签有问题，2时钟锁定，3-7备用
4	Record start time	记录开始时间					以下4a-4f的开始时间使用UTC时间；如果记录中不包含时间序列数据，则时间改成其他任何标志头
4a	Nanosecond (0 - 999999999)	纳秒	UINT32	4	4		无符号 32 位整数（小端字节顺序）
4b	Year (0-65535)	年	UINT16	2	8		无符号 16 位整数（小端字节顺序）
4c	Day-of-year (1 - 366)	天	UINT16	2	10		无符号 16 位整数（小端字节顺序）
4d	Hour (0 - 23)	小时	UINT8	1	12		无符号 8 位整数
4e	Minute (0 - 59)	分钟	UINT8	1	13		无符号 8 位整数
4f	Second (0 - 60)	秒	UINT8	1	14		60秒值用于表示正闰秒期间的时间值
5	Data payload encoding	数据有效载荷编码	UINT8	1	15	Data Encodings	编码格式的代码，如果不包含数据负载，则将此值设置为0；详见下表：数据有效载荷编码
6	Sample rate/period	采样率	FLOAT64	8	16		64-bit IEEE-754 浮点格式编码的采样率（小端字节顺序）。如果不包含时间序列数据，则设置为0.0
7	Number of samples	样本数量	UINT32	4	24		无符号 32 位整数（小端字节顺序）;没有样本数量或者数量未知，则设置为0
8	CRC of the record	CRC效验	UINT32	4	28		无符号 32 位整数（小端字节顺序）
9	Data publication version	数据发布版本	UINT8	1	32		0表示未知版本；1表示原始数据；2表示修订版本，2+n 表示后续修订（n大于等于1）
10	Length of identifier	标识符长度	UINT8	1	33		字段 13 中源标识符的长度（以字节为单位）
11	Length of extra headers	额外标头的长度	UINT16	2	34		字段 14 中额外标头的长度（以字节为单位）。如果没有额外标头，请将此值设置为 0。
12	Length of data payload	数据有效载荷长度	UINT32	4	36		无符号 32 位整数（小端字节顺序），从字段 15 开始的数据有效负载的长度（以字节为单位）。如果不存在数据有效负载，则将此值设置为 0。
13	Source identifier	源标识符	CHAR	V	40	URI identifier	ASCII 编码的字符数据
14	Extra header fields	额外的报头字段	JSON	V	40 + field 10
15	Data payload	数据负载	encoded	V	40 + field 10 + field 11

数据总长度可变，报头固定长度40+额外报头长度10+有效载荷长度（可变），建议原始数据长度在256到4096字节之间。

数据有效载荷编码

Code	Description	描述
0	Text, UTF-8 allowed, use ASCII for maximum portability, no structure defined	文本，允许UTF-8，使用ASCII以获得最大的可移植性，没有结构定义
1	16-bit integer (two’s complement), little endian byte order	16位整数(二进制补码)，小字节序
3	32-bit integer (two’s complement), little endian byte order	32位整数(二进制补码)，小字节序
4	32-bit floats (IEEE float), little endian byte order	32位浮点数(IEEE浮点数)，小端字节顺序
5	64-bit floats (IEEE double), little endian byte order	64位浮点数(IEEE double)，小端字节顺序
10	Steim-1 integer compression, big endian byte order	Steim-1整数压缩，大端字节顺序；详见：SEED 2.4 manual , Appendix B.
11	Steim-2 integer compression, big endian byte order	Steim-2整数压缩，大端字节顺序；详见：SEED 2.4 manual , Appendix B.
19	Steim-3 integer compression, big endian (not in common use in archives)	Steim-3整数压缩，大端(在存档中不常用)
100	Opaque data - only for use in special scenarios, not intended for archiving	不透明数据——仅用于特殊场景，不打算归档

miniSEED2数据格式

[1000] Data Only SEED Blockette(8字节)

Field	Field name	描述	Length	Offset	备注
1	Blockette type - 1000	块类型	2	0	固定值，为1000
2	Next blockette’s byte number	下一个块的字节数	2	2	如果没有更多的块将跟随，则使用0
3	Encoding Format	编码格式	1	4	0 字符串（ASCII text） 1 2字节整数 2 3字节整数 3 4字节整数 4 浮点数 5 双精度浮点数
4	Word order	单词顺序	1	5	0 表示小端序，1表示大端序
5	Data Record Length	数据记录长度的指数，值为2的幂	1	6	数据记录可以小到256字节，可以大到2的256次方。
6	Reserved	保留字段	1	7

miniSEED2示例

假设文件里的字节数据为[3, -24, 0, 0, 5, 1, 0, 0, 64, -20, 19, 64, 0, 0, 0, 0]

参照下表可以获取到地震波形数据，数据为[57498.0]

字节数据说明

前面8字节为固定信息。详细请参考文档：https://www.fdsn.org/pdf/SEEDManual_V2.4.pdf 第200页。

Offset	Length	Byte	Description	备注
0	2	[3, -24]	UWORD : Blockette type (1000): Data Only SEED	数据块类型，固定值，该值为1000
2	2	[0, 0]	UWORD : Byte number of next blockette. (Calculate this as the byte offset from the beginning of the logical record - including the fixed section of the data header; use 0 if no more blockettes will follow.)	下一个块的字节数，如果没有更多的块则设置0
4	1	5	BYTE : A code indicating the encoding format. This number is assigned by the FDSN Data Exchange Working Group. To request that a new format be included contact the FDSN through the FDSN Archive at the IRIS Data Management Center. To be supported in Data Only SEED, the data format must be expressible in SEED DDL. A list of valid codes at the time of publication follows. 0 ASCII text, byte order as specified in field 4 1 16 bit integers 2 24 bit integers 3 32 bit integers 4 IEEE floating point 5 IEEE Double precision floating point	编码格式 0 字符串（ASCII text） 1 2字节整数 2 3字节整数 3 4字节整数 4 浮点数 5 双精度浮点数
5	1	1	The byte swapping order for 16 bit and 32 bit words. A 0 indicates little endian order and a 1 indicates big endian word order. See fields 11 and 12 of blockette 50.	单词顺序 0 表示小端序，1表示大端序
6	1	0	The exponent (as a power of two) of the record length for these data. The data record can be as small as 256 bytes and, in Data Only SEED format as large as 2 raised to the 256 power	数据记录长度，值为2的指数，例如数据长度为1，则该项值为0
7	1	0	Reserved	保留字段，暂设置为0
8	V	64, -20, 19, 64, 0, 0, 0, 0	Data load	数据负载，解析为 [ 57498.0 ]