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基于g i $ 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 基于g is 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 摘要 “数字海洋”是一项庞大、复杂的系统工程，是由海量、多分辨率、多时 相、多类型空间对海观测数据和海洋检测数据及其分析算法和模型构建而成的虚 拟海洋世界。 地震数据是海底地质构造研究和海洋油气能源勘探的重要基础数据之一， 也是“数字海洋中的一个基本数据类型，构建地震数据库以实现地震数据的高 效管理和利用是“数字海洋 的基本任务之一。 本文在系统分析当前地震数据组织访问方式和地震数据结构的基础上，以 关系数据库理论、对象关系映射理论和面向对象程序设计思想为指导，结合地理 信息系统，初步完成了基于g i s 和关系数据库的地震数据库系统的设计。 主要内容有： ( 1 ) s e g y 文件解编：地震数据库的数据源是以国际通用数据存储格式 s e g - y 文件为存储介质的地震数据。通过解编将s e g - y 文件“打散 ，提取有效 字段存储在地震数据库中。通过对地震数据组成结构、地震数据在s e g - y 文件 中的组织方式的深入分析发现，利用关系数据库实现地震数据的科学和高效管 理是可行的。 ( 2 ) 数据存储模型( 地震数据库) 设计。在关系数据库理论指导下，遵循 对象方案驱动数据方案的原则和数据规范化的要求，在分析实际需求形成地震数 据对象方案的基础上，完成了数据方案( 即地震数据库) 的设计。在保证数据完 整性的前提下，利用技术手段( 如：建立索引、冗余设计等) 和物理手段( 如数 据分区存储) 对地震数据库进行优化，提高了地震数据库的性能。 ( 3 ) 数据库访问模型( 数据访问层) 设计。在对象关系映射理论和面向对 象程序设计思想的指导下，利用a d o n e t 数据访问技术，实现了数据访问层的设 计。数据访问层利用其内部数据访问对象封装了数据访问逻辑，将数据源与业务 逻辑层分离，极大提高了后续程序开发的效率。 ( 4 ) 工区导航设计。基于a r c e n g i n e 开发环境，利用m a p c o n t r o l 控件和 鹰眼程序，在矢量数据的缓冲区分析理论和包含分析理论的指导下，实现了工区 导航的设计，为用户提供了友好的交互界面。 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 上述系统有两个突出特点： ( 1 ) 利用关系数据库管理地震数据。实现了地震数据管理的高效性、可扩 展性和易维护性。其一，提高了任意测线数据和水平切片数据的查询速度；其二 不仅实现了本地地震数据的快速访问，而且通过关系数据库技术与网络技术的结 合实现了地震数据的网络共享；其三，作为成熟的且已商品化的数据持久化技术， 关系数据库技术为数据库的维护提供了保障。 ( 2 ) 地震数据库与成熟的地理信息系统的有机结合。有利于整合地学及其 相关专业的调查资料：增强了地震数据库的可用性；另外，也为其他专业数据库 的设计提供了参考。 关键字：地震数据；数据库设计；数据访问技术：g i s 导航 v 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 i n v e s t i g a t i o na n dd e s i g no ft h es t r u c t u r ea n dt h ed a t a a c c e s so fs e i s m i cd a t a b a s eb a s e do ng i s a b s t r a c t t h ed i g i t a lm a r i n e ，ac o m p l i c a t e da n ds y s t e m i cp r o j e c t ，i sa d u m m yo c e a nw o r l d ， w h i c hi sc o m p o s e do ft h el a r g e ，m u l t i r e s o l u t i o n , m u l t i - t e m p o r a la n dm u l t i - t y p e s p a c ed a t ao fm a r i n eo b s e r v a t i o na n dt h e m a r i n es u r v e i l l a n c ed a t aa n dw h i c hi sa l s o m a d eo f t h e i ra n a l y s i sa r i t h m e t i ca n dm o d e l t h es e i s m i cd a t ai so n eo ft h ei m p o r t a n tb a s i cd a t ar e s o u r c e sb o t hi nt h e r e s e a r c ho fb e n t h a la r c h i t e c t o n i cg e o l o g ya n di nt h ef i e l do fo i l g a se x p l o r a t i o na n d p r o d u c t i o n ，a n di ti sa l s oab a s i cd a t at y p ei nt h ed i g i t a lm a r i n e s o ，o n eo ft h eb a s i c a s s i g n m e n t so ft h ed i g i t a lm a r i n ei st od e s i g nas e i s m i cd a t a b a s et om a n a g ea n d u t i l i z es e i s m i cd a t ae f f e c t i v e l y b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h eo r g a n i z a t i o na n dt h ea c c e s s i n gm o d ea n dt h e s t r u c t u r eo fs e i s m i cd a t as y s t e m a t i c a l l y , t h ep r i m a r yd e s i g no ft h es e i s m i cd a t a b a s e b a s e do ng i sa n dt h er e l a t i o n s h i pd a t a b a s ei sa c c o m p l i s h e da c c o r d i n gt ot h et h e o r y o ft h er e l a t i o n s h i pd a t a b a s e ，t h eo b j e c t - r e l a t i o n s h i pm a p p i n g ( o r m ) a n dt h eo r i e n t o b j e c td e s i g n ( o o d ) ，c o m b i n i n gw i t ht h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) f i r s t ，i ti sa b o u tt oc o m p i l et h es e g - yf i l e s t h es o u r c eo ft h es e i s m i cd a t a b a s e i st h es e i s m i cd a t as t o r e di nt h es e g - yf i l e st l l a ti st h ec u r r e n ti n t e r n a t i o n a ld a t a f o r m a to ft h es e i s m i cd a t as t o r a g e t h ee f f e c t u a ls e i s m i cd a t af i e l d sa r eg o to u tf r o m s e g - yf i l e sb yc o m p i l i n ga n db r e a k i n gu pt h ef i l e s i ti sf o u n dt h a ti ti sf e a s i b l et o m a n a g es e i s m i cd a t as c i e n t i f i c a l l ya n de f f e c t i v e l yb yu s i n gt h er e l a t i o n s h i pd a t a b a s e t h r o u g ha n a l y z i n gt h es t r u c t u r eo ft h es e i s m i cd a t aa n dt h eo r g a n i z a t i o nm o d eo f s e i s m i cd a t ai ns e g yf i l e s s e c o n d ，i td e a l sw i t ht h ed e s i g no ft h ed a t as t o r a g em o d e l a c c o r d i n gt ot h e r e l a t i o n s h i pd a t a b a s et h e o r y , t h ep r i n c i p l et h a tt h eo b j e c ts c h e m a sd r i v ed a t as c h e m a s a n dt h ed e m a n do fd a t an o r m a l i z a t i o n ，t h ed e s i g no ft h ed a t as c h e m a s ( s e i s m i c d a t a b a s e ) i sa c h i e v e db a s e do nt h eo b j e c ts c h e m a sf o r m e db ya n a l y z i n gt h er e a l d e m a n d o nt h ec o n d i t i o nt h a tt h ei n t e g r i t yo ft h ed a t ai sg u a r a n t e e d ，t h et e c h n i c a l v i 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 m e a n $ ( s u c h 嬲i n d e xf o u n d a t i o na n dr e d u n d a n c yd e s i g n ) a n dt h ep h y s i c a lm e a n s ( s u c h 觞s t o r i n gd a t ai nd i f f e r e n th a r dd i s 崎a r eu s e dt oo p t i m i z et h es e i s m i cd a t a b a s e t oi m p r o v ei t sc a p a b i l i t y t h i r d ，t h ed e s i g no ft h ed a t aa c c e s s i n gm o d e li sa n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h e o b j e c t - r e l a t i o n s h i pm a p p i n g ( o 砌v ot h e o r ya n dt h eo r i e n to b j e c td e s i g n ( o o d ) p r i n c i p l e ，t h ed e s i g no fd a t aa c c e s s i n gl a y e r ( d a l ) i sr e a l i z e db ym a k i n gu s eo ft h e a d o n e td a t aa c c e s s i n gt e c h n o l o g y ，n l ed a t aa c c e s sl o g i ci se n c a p s u l a t e db yd a t a a c c e s so b j e c ti nd a t aa c c e s s i n gl a y e rt h a t s e p a r a t e st h eb u s i n e s sl o g i cl a y e r ( b l l ) f r o mt h ed a t as o u r c e t h ed a t aa c c e s s i n gl a y e re n h a n c e st h ee f f i c i e n c yo ft h ef u t u r e p r o g r a md e v e l o p m e n tg r e a t l y f o u r t h , t h ed e s i g no ft h ew o r k s p a c en a v i g a t i o ni sd i s c u s s e d b a s e do nt h e a r c e n g i n ed e v e l o p m e n tc i r c u m s t a n c e ，t h eb u f f e ra n a l y s i s a n dt h e c o n t a i n i n g a n a l y s i so fv e c t o rd a t a , t h ed e s i g no ft h ew o r k s p a c en a v i g a t i o nc o m e st r u eb yu s i n g m a p c o n t r o la n dt h ee a g l ep r o g r a m ，w h i c hs u p p o r t saf r i e n d l yi n t e r a c t i v ei n t e r f a c e t oc o n s u m e r s t h i ss y s t e mc o n t a i n st w o p r o m i n e n tf e a t u r e s ： f i r s t ，i tc a nm a n a g et h es e i s m i cd a t a t h r o u g ht h er e l a t i o n s h i pd a t a b a s e t h u si t r e a l i z e st h eh i g he f f i c i e n c y , t h es c a l a b i l i t ya n dt h ee a s i n e s so ft h em a i n t e n a n c eo ft h e s e i s m i cd a t am a n a g e m e n t i nt h ef i r s tp l a c e ，i te n h a n c e st h es p e e do ft h er a n d o m s u r v e yl i n ed a t aa n dt h ep a n e ls l i c ed a t a ；i nt h en e x tp l a c e ，i tn o to n l ym a k e st h e a c c e s so ft h el o c a ls e i s m i cd a t af a s t ，b u ta l s or e a l i z e st h en e t w o r ks h a r i n go fd a t ab y c o m b i n i n gr e l a t i o n s h i pd a t a b a s et e c h n o l o g yw i t hn e t w o r kt e c h n o l o g y ；f i n a l l y , a sa m a t u r ea n dc o m m e r c i a ld a t ap e r s i s t e n c et e c h n o l o g y , t h er e l a t i o n s h i pd a t a b a s e t e c h n o l o g yo f f e r st h eg u a r a n t e ef o rt h em a i n t e n a n c eo ft h ed a t a b a s e s e c o n d ，i tr e a l i z e st h eo r g a n i ci n t e g r a t i o nb e t w e e nt h em a t u r eg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e ma n dt h es e i s m i cd a t a b a s e i ti sb e n e f i c i a lf o ri n t e g r a t i n gt h e i n v e s t i g a t i o nd a t ao fg e o s c i e n c e sa n dt h a to fi t sc o r r e l a t i v es p e c i a l t y i na d d i t i o n ，i t a l s op r o v i d e sr e f e r e n c e sf o r t h ed e s i g no fo t h e rs p e c i a ld a t a b a s e s k e yw o r d s ：s e i s m i cd a t ad e s i g no fd a t a b a s e d a t aa c c e s st e c h n o l o g y g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mn a v i g a t i o n v i i 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 洼；垫遗查墓他置垂缱别直明数：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：鳓印 签字日期：2 叨缉9 钥f 1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：玉渺绅 导师签字：兰岁了每 签字日期：2 o o g 年0 6 月f 1 日签字日期：j 们牌彳月日 1 n 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 引言 海洋，占全球面积的7 1 ，蕴含着丰富的海洋生物源、海洋矿产、海洋 油气等资源。随着世界经济的高速发展和各国综合国力的增强，世界各国对本 国海洋权益关注程度越来越高，不断加强对海洋的研究和开发。多年来，世界 许多国家相关研究机构和大专院校开展了与海洋数据管理和海洋信息处理相 关的理论和技术研究，取得了一定的理论成果，并形成了一些成熟的海洋数据 管理系统，如c o s t b a s e 和c s i r o 等。但是由于不同海区、不同地域有其各自 的特点，同时由于政治、经济以及技术保密等原因，国外先进的海洋数据管理 方法、技术，特别是软件工具不能直接为我所用。因此，针对我国国情，提出 了“海洋数据体系规划和海洋数据仓库构建技术”项目。通过此项目的实施， 将建立与我国国情相适应的、适合我国海洋科学研究和应用的海洋数据仓库， 实现对海洋数据高效、灵活的管理，此项目的成功完成将为我国“数字海洋 信息平台建设提供有力的技术支持。 海洋数据可以划分为海洋基础资料数据( 图1 1 ) 和海洋应用服务数据两 个体系1 。海洋应用服务数据包括政务数据和基础信息产品两类。 海洋基础资料数据 空间数据il 非空间数 比例尺数据 坐标数据 数字栅格数据 数字高程数据 数字线化图 专题应用图 海底地形地貌数据 海洋声学数据 遥感数据 海洋资源数据 图1 1海洋基础资料数据分类图 1 参考“海洋数据体系规划和海洋数据仓库构建技术投标书一技术篇” 一一一一 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 海洋基础数据主要是指通过专业技术手段所获取的各类基础性数据，主要 包括海洋水文、海洋气象、卫星遥感、海洋化学、海洋生物、海洋地质、海洋 地球物理、海底地形、海洋声学、人文地理、海洋经济、海洋资源、海洋管理 等各类海洋基础资料信息。地震数据是海洋数据的重要组成部分，是实际生产 中必不可少一类的海洋地球物理数据，主要通过海洋地震勘探技术获得的。 通过分析海洋数据，形成了一系列的海洋基础资料数据库，主要包括12 类数据库群，即海底地形地貌数据库群、海洋动力环境数据库群、海洋环境质 量数据库群、海洋生物和生态数据库群、海洋地质和地球物理数据库群、遥感 数据库群、海洋物理数据库群、海洋化学数据库群、海洋灾害数据库群、海洋 资源数据库群、海洋人文地理数据库群、技术信息库群。 海洋数据仓库是在海洋基础资料数据库的基础上建立的面向分析应用的 多级海洋数据库实体，是我国“数字海洋”信息平台框架的核心数据源。地震 数据库作为海洋基本资料数据库( 地球物理数据库群) 的一个重要组成部分， 本论文对其结构和访问技术进行了研究和设计。 地学数据一般都具有空间特性，空间数据( 如：坐标数据等) 是地学软件 中极具价值的一类数据，它是各类地学专业数据相互沟通的一条纽带。因此， 如何有效的利用空间数据就成为地学软件设计的重要内容之一，关系数据库技 术和地理信息系统技术相结合是解决此问题的有效途径之一。 2 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 第一章概述 l 选题背景 地震数据2 是地球物理数据的重要组成部分，同时也是油气勘探与开发、地 质构造解释工作中不可或缺的一类基础数据。对于海洋来说，海洋地震探测技 术更是研究海底地质构造、勘探开发海洋资源和能源的最重要手段之一，也是 获得地震数据的主要手段。 1 1 海洋地震探测技术的发展及其影响 海洋地震勘探是研究海底地质构造与海洋岩石圈深部结构、获取海洋基础 数据的重要手段之一；同时，地震勘探技术也是海洋油气资源和矿产资源的主 力技术。海洋地震勘探主要是利用地震波在海底地层岩石中的传播规律，来研 究海底地质构造，推断岩体物性，勘查海底资源，是目前海底探查应用最广、 成效最高的地球物理技术【1 】。 自19 3 6 年美国尤因首次将地震探测应用到海洋中以来，经过7 0 多年的不 断发展和进步，海洋地震探测技术呈现多方面的特点，具体表现在【1 l = ( 1 ) 采集系统的高集约化：采集系统从五十年代的光点系统、模拟磁带系 统发展到数字地震系统，动态范围扩大了十多倍，采集总道数多达几千道，可 以记录下地震探测的全部信息； ( 2 ) 采集技术的多样化：随着卫星定位在地震勘探中的应用，海洋地震探 测由过去的三船法、双船法发展为单船法；同时，地震勘探的维数也由最初的 二维发展到三维、四维地震探测( 时移探测) ；水下定位技术和海底电缆地震 采集技术的应用，促使海洋地震探测由海面转入海底； ( 3 ) 探测技术的多元化：海洋地震探测技术从反射探测技术、折射探测技 术发展到了多波多分量地震探测技术；多波多分量地震探测技术比单一纵波探 测技术提供的地震属性信息成倍的增加。 随着地震勘探技术的提高，多分量、高分辨率和大面积地震数据的采集， 必然引起地震数据量的不断膨胀，从而给地震数据的存储、管理和访问带来了 新的挑战。新一代地震数据组织方式和访问技术必须面对这些挑战。 2 本论文中提到的地震数据是指经过处理之后保存在s e g y 文件中的成果地震数据，而不是野外采集 的原始地震数据； 3 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 1 。2 地震数据与地理信息相结合的必要性 地震数据本身不能直接表达其所蕴含的信息，需要对其进行解释，才能获 得其所蕴含的信息。一般情况下，地震解释人员在对某地震勘探工区的地震数 据进行解释时，首先要熟悉此工区周围的地理环境，然后再结合地震数据进行 解释，才能获得准确的解释结果。但是，由于地震数据和地理信息是独立存储 的，时间一长，地震解释人员容易对地震数据特征产生遗忘，不利于科学研究 和地震数据的重复利用圆。 解决此问题的有效途径是将地震数据与地理信息系统相结合。基于以下两 点因素，此途径具有可行性：一方面，由于工区面积较小，所包含的地理信息 特别少，只需要诸如地形、地貌等简单的地理属性信息，不需要地理信息系统 开发中难度较大的空间属性分析等功能，大大降低了开发难度；另一方面，地 理信息系统已经形成了比较成熟的技术体系，相关的技术文献和算法资料也很 丰富，技术思想很容易掌握。 1 3 高效利用地震数据的需求 ( 1 ) 地震勘探技术和地震数据处理技术的快速发展，带来了地震数据量急 剧增加，需要更为高效的方式来管理地震数据； ( 2 ) 日常的地震解释工作中三维可视化的频繁应用，对数据访问速度提出 了更高要求； ( 3 ) 网络技术的快速发展，无纸化办公的普及，迫切需要实现地震数据的 网络共享； 基于上述因素，传统的以s e g - y 文件为基础的地震数据组织和管理方式已 不能完全满足当前实际应用的需求，必须实现一种更为有效的方式来管理和访 问地震数据以满足当前需求。 2 国内外研究现状 地震数据是进行构造解释、储存描述等工作的基本资料，是各种地震解释 软件不可缺少的一类数据，各种地震解释软件一般都提供专门的地震数据加载 模块。下面简要介绍一下当前主流的地震解释软件，并对它们所采用的地震数 4 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 据的组织和访问方式进行简要分析。 2 1 主流的地震解释软件 2 1 1 国外概况j l a n d m a r k 地震综合解释软件包( r 2 0 0 3 ，r 2 0 0 3 4 和r 2 0 0 3 12 ) ，主要包 括以下功能：地震资料解释，三维自动层位追踪，合成地震记录制作，三维可 视化解释、地质解释与地层对比、迭后处理，数据体相干分析，地震属性提取 属性分析、地址建模、断层封堵分析做图等；l a n d m a r kr 2 0 0 3 是完全基于工 作站平台的，l a n d m a r kr 2 0 0 3 4 和l a n d m a r kr 2 0 0 3 1 2 不仅可以基于工作站 平台，而且还可以基于微机平台( l i n u x ) 。 d is c o v e r y ，是l a n d m a r k 公司基于w i n d o w s 环境下开发的、方便研究人员 桌面使用的一体化解释软件，它可以解决地震构造解释、岩性油藏圈闭解释、 测井分析解释、地质分析解释的问题，同时也可解决综合油藏描述、圈闭研究、 储量计算及综合评价等问题； s t r a t i m a g i c ，是c g g 公司推出的专为用于油藏开发描述，地层现象解释， 岩性解释等而开发的地震解释软件包，它运用人工神经网络分析，层位尖灭识 别等先进方法对地震属性及其所反映的地质特征进行分析解释，并提供了专门 的解释手段，突破了只能进行构造解释的常规地震解释模式；s t r a t i m a g i c 不 但可以与c g g 现有i n t e g r a l p l u s 集成在一起，也可以与现有的 l a n d m a r k g e o q u e s t 相连接。其连接方式除专门的数据交换接口外，还可以直 接读取o p e n w o r k s 等的数据库。 c o h t e e c 相干处理软件，是德国t e e c 公司研制的以一种特殊的相干技术和 工作流程为核心的软件包，它以独特的技术及工作方式用地震资料进行岩性、 油气界面和裂缝的研究。 其他的地震解释软件还有：p e t r e l 、g e o p r o b e 、s m t 、r e c o n 、g e o m o d e l i n g v i s u a l v o x a t 、s e i s l o g p l u s 以及i s i s 反演软件等。 2 1 2国内概况 我国在引进国外先进的地震解释系统的同时，也针对我国独特的地质构造 特征、油气储藏特点，开发了一些具有自主知识产权的地震解释系统。 3 本部分内容参考了相关的产品的说明书和产品网站 5 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 双狐微机解释系统：不仅包括了工作站解释软件的所有常规解释功能，而 且还包括了一些属性提取的方法，突破了逆断层解释这一难题，结合逆断层等 值线勾绘模块，对逆断层一次解释成图，同时实现了时间域与深度域的实时转 换。 国内其他的地震解释系统还有南京石油物探研究所开发的“n e w s 油藏综合 解释系统 、中油油气勘探软件国家工程研究中心有限公司的g r i s t a t i o n 地震 地质综合解释系统、由中科院地质与地球物理研究所、胜利油田和同济大学联 合研制开发的c g o d 复杂地质体深度成像软件以及中石油集团东方地球物理公 司的g e o e a s t 等口 5 州。 2 2 地震数据的组织和访问方式概况 数据的组织和访问方式是软件系统的重要组成部分，通过调研和分析相关 资料，当前主流的地震解释系统对地震数据的组织和访问方式大体可以归纳为 以下几种： 2 2 1数据文件与数据库相结合的方式口1 此方式中，地震数据是以s e g - - y 文件形式进行组织。这些地震文件存储在 光盘或计算机的硬盘上，在关系数据库中建立它们的索引表。在访问地震数据 时，先找到地震数据文件的物理位置，然后对文件进行操作，实现对地震数据 的访问。 此方式的特点是将关系数据库严谨高效的特点与文件结构灵活的特点相 结合，如：双狐微机解释系统。 2 2 2 将地震数据转换为软件内部数据格式的方式阳3 此方式中，软件根据s e g - y 文件信息的顺序读取所有地震道数据，将地震 数据转换为软件内部的数据格式，并通过建立索引文件的方式，实现软件对地 震数据的随机访问。 通过将地震数据转换为软件内部数据格式节省了存储空间。这是因为：一 方面软件内部数据格式通常为单字节整型，如此一来，原来s e g - y 文件中每个 采样点占4 个字节( 因为一般s e g - y 文件为浮点型数据) 通过转换仅占用1 字 节，从而会节省大量的存储空间；另一方面s e g - y 文件中的道头信息是为了标 识地震道数据而存储的，而转换为软件内部格式的地震数据不包含道头信息， 6 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 因此也节省了存储空间。 采用此方式访问地震数据的主要优点是数据的访问速度快，可以满足地震 剖面的访问要求，但由于其需要数据格式的转换，数据的共享性较差。多数地 震解释软件都采用此种方式组织和访问地震数据，如l a n d m a r k 的g e o g r a p h i x d i s c o v e r y 。 2 2 3 直接读取地震数据文件( s e g - y 文件) 方式 直接读取s e g - y 文件，也不失是一种好的数据访问方式。根据是否对s e g - y 文件进行重构，此方式又分为两种情况： ( 1 ) 对s e g - y 文件进行重构，通过补零的方式将交道长的地震数据转换 为固定道长的地震数据，然后实现对地震数据的随机访问嗍。 使用这种方式对地震数据要求苛刻( 地震数据必须存储在一个s e g y 文 件中) ，而且由于软件需要花费一定时间对变道长的s e g - y 文件进行重构，然 后才通过换算实现任意道地震数据的随机访问，所以访问效率很低；还有就是 重构带来了原始地震数据的变化，不利于地震数据的重用。因此，只有少数软 件采用这种方式实现对地震数据的访问，如相干处理软件c o h t e e c 。 ( 2 ) 不重构s e g - y 文件，通过建立索引文件的方式，实现对地震数据的 随机访问 这种方式是在进行地震数据访问之前，先对s e g - y 文件进行一次顺序扫描， 根据扫描到的地震道序号和测线号，将该地震道在s e g - y 文件中的偏移量写入 到随机索引文件中的对应位置。在读取指定地震道的数据值时，首先读取索引 文件，然后根据偏移量的正负值判断该道对应的数据是否存在，如果存在就可 以根据偏移量找到该地震道在s e g - y 文件中的相应位置去读取地震数据。 通过这种方式可以在不改变地震数据格式的情况下，实现对任意道数据的 随机访问，但是这种方式对于水平切片和任意测线剖面的显示效率仍是不高； 并且索引文件是随机产生的，每一次使用地震数据都要重新生成索引文件，不 利于地震数据的重复使用。 2 3 当前地震数据的组织和访问方式存在的不足 通过对上述各种地震数据组织和访问方式的描述，可以看出当前国内地震 数据的组织和访问方式存在着以下不足： 7 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 ( 1 ) 将地震数据转换为软件内部的数据格式后，地震数据的访问效率有 了极大的提高，任意测线剖面和水平切片的生成速度明显提高，但是转换后的 地震数据格式只能被特定的软件访问，不能在不同软件之间实现数据共享，降 低了地震数据的通用性； ( 2 ) 直接以s e g - y 文件为数据源的访问方式，虽然地震数据的通用性很 强，沿主测线生成地震剖面的速度快；但是由于s e g - y 文件是沿主测线方向、 依次存储地震道数据，在生成任意测线剖面和水平切片时需要抽取地震道数 据，以致降低了任意测线和水平切片数据的提取速度。 因此，如何存储和管理地震数据成为能否提高任意测线剖面和水平切片生 成速度的关键。 ( 3 ) 国内地震数据组织和访问方式有待进一步完善。国外，已经出现了 以关系数据库作为地震数据存储介质的地震解释系统( 斯伦贝谢的g e o f r a m e 以o r a c l e 来作为地震数据的存储介质1 ) ，而国内在此方面和国外还有很大的 差距。由于经济、技术保密等原因，这些地震解释系统的底层数据模型是不可 能公开的，相关技术还需要我们自己去探讨。 另外，这些地震解释系统还存在一个共同的特点，就是都没有采用当前主 流的、成熟的地理信息系统技术( 如a r c g i s ) 相结合。虽然某些地震解释系统 包含地理信息( 如：斯伦贝谢的g e o f r a m e ) ，但是都是使用独立开发程序模块 来管理地理信息。这样做虽然节省了开发成本，但不利于后期相关地理信息( 如 地质底图) 的添加和管理。特别是当对海洋地震数据进行地震解释时，直接到 海底去了解相应工区的地质构造及其周围的地理环境是不现实的，所以有必要 将当前成熟地理信息系统技术融入到地震解释系统中去，以方便地震数据的使 用。 3 技术思路 根据国内外地震数据的组织和访问方式现状，并结合我们所具备的物质和 技术条件( s q ls e r v e r2 0 0 5 数据库管理系统、微软的n e t 开发平台和a r c g i s 的a r c e n g i n e 开发平台，以及c # 编程技术等) ，提出了以下技术思路： 应用成熟的关系数据库技术，并结合关系数据库设计理论，形成具有良好 存储结构的地震数据库，采用三种方式来组织地震数据：第一种是按地震道来 8 基于g s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 组织地震数据，第二种是根据采样时间来组织地震数据，第三种是根据工区导 航需要建立的地理信息；在面向对象的程序设计思想指导下，借助于n e t 和 a r c e n g i n e 开发平台，利用c # 语言实现地震数据的录入、查询以及工区导航、 剖面数据提取等模块的设计。 在此技术思路的指导下，形成了基于g i s 和关系数据库的地震数据库系统。 4 主要研究内容及拟解决的关键技术 ( 1 ) 研究s e g - y 文件格式，解编s e g - y 文件提取提取地震数据，为地震 数据库提供数据源； ( 2 ) 深入学习关系数据库理论、关系数据设计理论，并利用当今主流的 关系数据库管理系统，解决地震数据的存储模型设计问题； ( 3 ) 深入学习对象关系映射理论，运用微软的a d o n e t 数据访问技术， 解决地震数据的访问模型设计问题； ( 4 ) 深入学习空间分析原理，运用基于a r c e n g i n e 的a r c g i s 二次开发技 术，解决由地震数据库提取坐标数据以实现工区导航的问题。 5 研究意义 5 1 理论意义 将地理信息系统与关系数据数据库相结合的地震数据库设计方法，丰富了 关系数据库的设计方法与理论，同时也为海洋数据仓库中其他专业数据库的设 计提供了技术指导；利用关系数据库管理地震数据，丰富了国内关于地震数据 存储管理的方法。 5 2 实践生产意义 首先，基于g i s 的地震数据库为我们管理海洋地震数据，利用海洋地震数 据掌握海底地质构造情况、勘探开发海洋油气资源提供了强大的技术支持； 其次，通过关系数据库对地震数据实现高效管理，不仅能够提高各类地震 剖面尤其是水平切片的生成速度，而且可以增强地震数据的共享性并提高其利 用效率，为通过地震资料解释获得准确的地质构造信息和油气储藏信息提供有 力的技术支持； 再次，关系数据库超强的通用性为我们在地震数据库基础上进行地震资料 9 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 解释程序的开发提供了有利保障； 最后，通过关系数据库技术与网络技术的有机结合，可以高效的实现地震 数据的网络共享。 6 小结 地震勘探技术的发展，带来了地震数据的海量增长，为地震数据的管理与 访问提出了新的挑战。对当前主流地震解释系统的地震数据组织和访问方式的 研究，得出了以关系数据库管理地震数据的方式是必然的选择。结合各种成熟 的技术理论和技术思想，形成了一套地震数据库模型的设计思路。此模型的实 现必将产生一定理论意义，带来一定经济效益。 1 0 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 第二章开发工具与开发环境的选择 近年来，随着计算机软硬件技术迅速发展，微机的性能有了很大的提高。 目前，配备3 2 位操作系统( 已发展到6 4 位) 的高档微机在运算速度、内存、 存储容量等方面已经超过了早期工作站的水平，可以满足地震数据管理和应用 的需求。因此，将地震解释系统部署到微机系统上已成为地震解释系统发展的 必然趋势。 本文所探讨的地震数据库模型主要是面向微机( w i n d o w s 系统) 而设计的。 在地震数据库模型的研究和设计过程中，采用了微软的n e t 开发框架，以c # 作 为主要的开发语言，在v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 环境中进行开发；而导航部分采 用的是a r c g i s 的a r c g i se n g i n e 开发环境。 1v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 与c # 1 0 , 1 1 , 1 2 】 1 1v i s u a ls t u d i 0 2 0 0 5 开发环境 v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 ( v s ) 是微软提供的一套完整的开发工具集，它主 要用于生成桌面应用程序、a s p n e tw e b 应用程序、和移动应用程序。在 v i s u a l s t u d i o2 0 0 5 中应用的开发语言都使用相同的集成开发环境( i d e ) ， 利用i d e 可以共享工具并且有利于创建混合语言的解决方案，使程序可以使用 不同的语言共同开发。 v i s u a ls t u d i 0 2 0 0 5 并不是进行n e t 开发的唯一工具，最常见的如 w i n d o w s 自带的记事本应用程序也能实现n e t 程序的开发，其他工具还有s h a r p d e v e l o p 、b o r l a n dc # b u i l d e r 等。我们之所以将v s 作为首选的开发工具是因 为： v s 可以自动执行编译源代码的步骤，同时可以完全控制重写它们时应 使用的任何选项； v s 文本编辑器可以配合v s 支持的语言( 包括c # ) ，智能检测错误， 在输入代码时给出合适的推荐代码； v s 包括w i n d o w sf o r m s 和w e bf o r m s 设计器，允许u i 元素的简单拖 放设计； 基于g i s 的地震数据库结构设计及其访问技术研究 v s 包括几个可自动执行常用任务的向导，它们可以在已有的文件中添 加合适的代码，而在某些情况下不需要考虑语法的正确性； v s 包含许多强大的工具，可以显示和导航项目中的元素，这些元素可 以是c # 源文件代码，也可以是其他资源，例如位图图像或声音文件； 除了在v s 中编写应用程序比较简单外，还可以创建部署项目代码， 以方便该项目安装； 在开发项目时，v s 可以使用高级调试技巧。 1 2 面向对象的编程语言c # n e t 在v is u a ls t u d i