專利名稱：基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種淺層地震勘探儀器所需要的嵌入式軟件系統(tǒng)體系結構，更具體地說，本發(fā)明涉及基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的淺層地震勘探儀器軟件系統(tǒng)體系結構的裝置及其實現(xiàn)方法。按本發(fā)明體系結構所構建的軟件系統(tǒng)可以直接嵌入式到基于32位處理器的各類淺層地震勘探儀器中。
背景技術：
淺層地震勘探是一門年輕的正在蓬勃發(fā)展的勘探地球物理學科。其是根據(jù)人工激發(fā)的地震波在被測地質體中傳播的物理特性來研究地層的地震參數(shù)與巖土物理參數(shù)及其結構參數(shù)之間的關系，確定各種地質界面的空間位置和形態(tài)，解決非均勻復雜小構造地質形態(tài)、性質和結構，并且對地下地質體進行綜合評價。因此，淺層地震勘探廣泛應用于工程地質和環(huán)境地質勘探中。淺層地震勘探儀器作為淺層地震勘探中最為精密和關鍵的設備，其每一項技術突破都極大推動了淺層地震勘探理論、技術與方法的發(fā)展。
淺層地震勘探儀器是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的。硬件系統(tǒng)已經(jīng)由20世紀80年代初基于8位處理器和微控制器發(fā)展到今天基于32位處理器和嵌入式處理，這就為淺層地震勘探儀器的軟件系統(tǒng)架構提供堅實的基礎。目前，絕大多數(shù)淺層地震勘探儀器都采樣Windows操作系統(tǒng)作為儀器的主機系統(tǒng)軟件平臺，其優(yōu)點在于可以充分利用Windows操作系統(tǒng)所提供的集成開發(fā)環(huán)境和應用軟件資源來加快開發(fā)進度和提高開發(fā)效率。由于Windows操作系統(tǒng)是一種非開放源碼并且需要支付一定版稅的產(chǎn)品，用戶無法對其進行自由裁減，這必然導致儀器的存儲容量增加和成本增大。對于存儲媒介采用通用硬盤的淺層地震勘探儀器來講，存儲容量增加可能不是問題。但是，對于采樣固態(tài)盤的便攜式淺層地震勘探儀器來講，存儲容量增加將導致存儲芯片增加，從而導致硬件系統(tǒng)的功耗增加和成本增大。
淺層地震勘探儀器的應用軟件通常是由數(shù)據(jù)采集軟件和處理解釋軟件組成的，數(shù)據(jù)采集軟件主要功能是完成現(xiàn)場地震數(shù)據(jù)采集、存儲和顯示，而處理解釋軟件主要功能是完成地震記錄數(shù)據(jù)顯示、管理、編輯、分析、處理與解釋。由于數(shù)據(jù)采集軟件是淺層地震勘探儀器必備的組件，因此任何一種儀器都嵌入有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件。但是，地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件通常以兩種形式提供給用戶一種形式是直接內嵌到儀器主機系統(tǒng)中，并與地震數(shù)據(jù)采集軟件集成為一體；另一種是以后臺獨立的處理與解釋軟件形式提供給用戶，而儀器本身只提供完成現(xiàn)場地震數(shù)據(jù)采集與顯示的基本軟件。后一種形式是目前絕大多數(shù)淺層地震勘探儀器所采用的，其延續(xù)了傳統(tǒng)淺層地震勘探儀器設計思路，將儀器當作地震記錄數(shù)據(jù)采集器，這就極大降低了目前淺層地震勘探儀器的現(xiàn)場數(shù)據(jù)與解釋能力，并且限制了儀器主機硬件系統(tǒng)平臺所擁有的處理能力發(fā)揮。此外，由于在現(xiàn)場探測時不能及時地對所采集地震記錄數(shù)據(jù)進行處理與解釋，不僅給淺層地震勘探人員造成極大的不便并降低了勘探效率，而且不能對現(xiàn)場所采集的地震記錄數(shù)據(jù)質量進行及時判斷，有可能導致地震記錄無效的后果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服目前淺層地震勘探儀器采用Windows操作系統(tǒng)和非一體化集成儀器應用軟件系統(tǒng)架構所造成的不足。
本發(fā)明提供一種基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，該裝置的軟件體系結構不僅可以解決操作系統(tǒng)占用儀器的存儲空間大的問題，而且能夠較理想地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理與解釋軟件一體化集成問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，其特征在于該裝置的軟件體系結構包括引導加載程序模塊層、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核模塊層、應用組件模塊層、應用程序模塊層及應用數(shù)據(jù)庫層五個不同層次、相互關聯(lián)的模塊第一層為引導加載程序模塊層，其由板級驅動程序、引導加載程序和監(jiān)控程序組成，采用遵循GPL條款的開放源碼項目的通用引導加載程序U-Boot，通過配置和移植構成適合于淺層地震勘探儀器主機硬件系統(tǒng)平臺的引導加載程序，編譯后燒寫到硬件系統(tǒng)平臺上Flash存儲器的引導區(qū)中；第二層為嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核模塊層，由板級支持包、進程調度系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、設備系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)組成，采用開放源碼的嵌入式Linux操作系統(tǒng)MontaVistaLinux、BlueCat Linux、EDLK或RTLinux，根據(jù)淺層地震勘探儀器主機硬件系統(tǒng)平臺修改其板級支持包中的相關驅動程序，配置和編譯成小型嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核，通過以太網(wǎng)和儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上的引導加程序寫到儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上Flash存儲器的Linux內核存儲區(qū)中；第三層為應用組件模塊層，其是由系統(tǒng)應用程序、C鏈接庫、圖形用戶界面平臺、地震數(shù)據(jù)處理算法庫組成，其中，SA存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；CLib存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；GUI和SLIB存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；第四層為應用程序模塊層，其是由現(xiàn)場探測軟件、文件管理軟件、波形顯示軟件、編輯處理軟件、分析處理軟件、濾波處理軟件、解釋處理軟件、向導解釋軟件、常用工具軟件和使用幫助軟件模塊組成的淺層地震勘探儀器專用的應用軟件系統(tǒng)，存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；第五層為應用數(shù)據(jù)庫層，其是由圖形界面圖像庫、系統(tǒng)參數(shù)庫、地震記錄波形數(shù)據(jù)庫、默認參數(shù)庫和說明書文本庫組成，作為應用程序定制的專用數(shù)據(jù)庫，在儀器主機硬件系統(tǒng)平臺Flash存儲器中專門開辟一個大容量數(shù)據(jù)存儲區(qū)作為其存儲空間。
本發(fā)明的特點在于在儀器主機軟件系統(tǒng)平臺方面，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為核心；在儀器主機的圖形用戶界面平臺方面，采用具有可裁剪組件的層次化體系結構的淺層地震勘探儀器專用的小型GUI平臺；在儀器地震記錄波形數(shù)據(jù)處理算法方面，采用具有可裁剪處理算法模塊組件的層次化體系結構而構建成的地震數(shù)據(jù)處理算法庫；在儀器的地震勘探應用軟件系統(tǒng)方面，采用具有可裁剪工具模塊組件的層次化體系結構而設計成的、集成有探測與處理功能的一體化集成應用軟件系統(tǒng)。在儀器的整套軟件系統(tǒng)設計方面，仍然采用模塊化設計方法，將儀器軟件系統(tǒng)各組成部分五大層次模塊，構成一套完整的具有層次化結構的淺層地震勘探儀器的嵌入式軟件系統(tǒng)。
儀器主機軟件系統(tǒng)平臺采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為核心，所依據(jù)的技術原理如下Linux操作系統(tǒng)與Windows操作系統(tǒng)已經(jīng)成為目前世界上并駕齊驅的兩套主流桌面操作系統(tǒng)，由于Linux操作系統(tǒng)具有開源、可裁剪、自由和免費等特性，因此倍受用戶的青睞并且成為開發(fā)具有自有知識產(chǎn)權操作系統(tǒng)的首先方案。而由Linux操作系統(tǒng)衍生出來的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，不僅繼承了主流Linux操作系統(tǒng)所具有的特性，并且在實時調度機制方面獲得突破，已經(jīng)發(fā)展成為具有實時性Linux操作系統(tǒng)，形成了各種類型的實時嵌入式Linux操作系統(tǒng)。目前，實時嵌入式Linux操作系統(tǒng)已經(jīng)成為測控儀器軟件平臺的首選方案。在淺層地震勘探儀器領域，目前大多數(shù)采用的都是Windows操作系統(tǒng)作為儀器的主機系統(tǒng)軟件平臺，主要原因有如下幾個方面一是淺層地震勘探儀器的主機系統(tǒng)應用軟件對操作系統(tǒng)的實時性要求不是太強，這是因為高速地震波數(shù)據(jù)采集控制通常是由儀器內部的高速數(shù)據(jù)采樣控制邏輯實現(xiàn)，因此采用分時的操作系統(tǒng)Windows和Win CE并不會造成影響；二是Windows操作系統(tǒng)所提供的集成開發(fā)環(huán)境和應用軟件資源非常豐富，可以極大地提高開發(fā)進度和開發(fā)效率。但是，使用Windows操作系統(tǒng)作為儀器的主機軟件平臺也存在有如下缺點一是Windows操作系統(tǒng)是一種代碼容量非常大的非開源的軟件產(chǎn)品，用戶無法自由地對其進行裁減，這必然導致儀器主機系統(tǒng)的存儲空間增大；二是Windows操作系統(tǒng)是一種軟件產(chǎn)品，將其嵌入到產(chǎn)品中需要支付一定的版稅，將使儀器成本增大。雖然對于淺層地震勘探儀器來講，存儲容量增加和版稅所導致的儀器成本增加可能不是考慮的重點。但是，對于工程地質和礦井地質類采樣固態(tài)盤的便攜式淺層地震勘探儀器來講，存儲空間增大而導致主機存儲系統(tǒng)功耗增大將是需要考慮的問題。因此，在淺層地震勘探儀器中采用開源、可裁剪、自由和免費的嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為主機系統(tǒng)的軟件平臺，可以充分利用其可裁減優(yōu)勢，建立其適合于淺層地震勘探儀器的小型嵌入式Linux操作系統(tǒng)，從而降低了儀器在存儲容量和軟件平臺成本方面的開銷。
儀器主機的圖形用戶界面平臺采用可裁剪組件的層次化體系結構的專用GUI平臺，所依據(jù)的技術原理如下地震記錄數(shù)據(jù)波形顯示是淺層地震勘探儀器最基本的功能之一，因此圖形用戶界面(GUI)系統(tǒng)是淺層地震勘探儀器必備軟件平臺。目前，絕大多數(shù)淺層地震勘探儀器采用Windows操縱系統(tǒng)作為主機系統(tǒng)的軟件平臺，因此在GUI平臺設計時，都是采用基于Windows操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境所提供的GUI設計工具來構建立儀器圖形用戶界面。但是，對于嵌入式Linux操作系統(tǒng)來講，由于其應用軟件集成開發(fā)環(huán)境不提供GUI設計工具，因此必須采用商用開源GUI平臺(如MiniGUI等)和開源免費的GUI平臺(如MicroWindow等)。
但是，由于這些平臺都是一種通用的GUI平臺，雖然其提供豐富圖形設計資源，但是對于淺層地震勘探儀器所需要的必要基本圖形設計元素并不具備，難以滿足淺層地震勘探儀器圖形用戶界面開發(fā)需要。因此，提出一套適合于淺層次地震勘探儀器圖形用戶界面開發(fā)的、具有五個層次(包括硬件層、設備驅動層、圖形引擎層、圖形顯示器層和用戶接口層)的可裁剪組件的層次化GUI平臺體系結構，并且依據(jù)此GUI平臺體系結構開發(fā)了淺層地震勘探儀器專用小型GUI平臺。所開發(fā)出此種專用小型GUI平臺，不僅代碼量只有通用GUI平臺幾十分之一，而且完全適合應用于淺層地震勘探儀器的圖形用戶界面開發(fā)。
地震記錄地震數(shù)據(jù)處理算法庫采用具有可裁剪處理算法模塊組件的層次化體系結構，所依據(jù)的技術原理如下在地震記錄波形數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，針對特定用途的處理算法是其關鍵和核心，并且完全可以獨立出來建立成為專用處理算法庫，這樣即使儀器界面因不同硬件平臺而改變，但是處理算法庫可以不動。此外，淺層地震記錄波形數(shù)據(jù)處理與解釋流程通常都是按編輯處理、分析處理、濾波處理和解釋處理順序進行的，完全可以將其所涉及到處理算法模塊劃分成編輯處理、分析處理、濾波處理和解釋處理四大處理算法模塊，并按地震記錄數(shù)據(jù)處理程序的順序分成不同的層次，以便與儀器應用軟件系統(tǒng)相應層次的處理工具模塊相對應。由于每個處理算法模塊都可能集成有針對特定處理工具的多種處理算法子模塊，并且這些子模塊中的處理算法隨著淺層地震勘探技術與方法發(fā)展而變化。為了使儀器的地震記錄地震數(shù)據(jù)處理算法能夠及時反映淺層地震勘探技術與方法發(fā)展的最新先進優(yōu)秀的成果，同時也為了儀器的應用軟件系統(tǒng)的修改、維護和升級的需要，必須將其構建成具有可裁剪處理算法模塊組件的層次化體系結構。
儀器的地震勘探應用軟件系統(tǒng)采用可裁剪模塊組件的層次化體系結構，所依據(jù)的技術原理如下在淺層地震勘探技術發(fā)展過程中，利用地震波(彈性波)在被測地質體中傳播規(guī)律形成了各種不同勘探方法，包括瑞利面波法、零偏移距(即激自收)反射波法、最佳窗口反射波法、共偏移距反射波法、多次覆蓋反射波法、單邊折射波法(即單邊激發(fā)單邊接收折射波法)、雙邊折射波法(即單邊激發(fā)雙邊接收折射波法)和PS波測井方法，以及應用于礦井巷道頂?shù)装迕簩雍穸忍綔y方法和用戶可自由定義的用戶探測方法。每一種勘探方法都有其相應的現(xiàn)場施工與探測方法，以及經(jīng)典處理與解釋方法與流程。對這些現(xiàn)場探測和處理解釋方法與流程進行分析歸納，可以形成八大模塊分別為現(xiàn)場探測模塊、文件管理模塊、波形顯示模塊、編輯處理模塊、分析處理模塊、濾波處理模塊、解釋處理模塊和向導解釋模塊，每個模塊都是由許多可裁剪的具有特定功能組件組成的。根據(jù)淺層地震勘探的現(xiàn)場探測與處理解釋流程，可以將這些模塊劃分成八個具有不能功能的層次模塊，可以形成了可裁剪工具模塊組件的層次化體系結構。
儀器的整套軟件系統(tǒng)設計采用可裁剪模塊組件的層次化體系結構，所依據(jù)的技術原理如下任何一套基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的嵌入式軟件系統(tǒng)都是由引導加載程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核、通用應用軟件組件、應用軟件程序系統(tǒng)和應用軟件數(shù)據(jù)庫組成的。根據(jù)這些組成模塊的依賴關系和啟動引導流程，可以將其劃分成不同層次的五大模塊，即引導加載程序模塊、嵌入式Linux內核模塊、應用組件模塊、應用程序塊和應用數(shù)據(jù)庫模塊，每個模塊都是由可裁剪的、具有獨立功能的組件組成。因此，由這些具有特定功能的模塊就可以構成具有可裁剪組件特性的層次化體系結構。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點是采用模塊化層次化設計，從而可以構成一套完整的、模塊層次結構清晰的、集成有多種淺層地震勘探與處理解釋方法的一體化嵌入式淺層地震勘探儀器軟件系統(tǒng)裝置，并且該裝置的模塊組件是可裁剪的，從而使系統(tǒng)開發(fā)、維護和升級都非常方便。


圖1是本發(fā)明裝置的軟件系統(tǒng)總體結構圖；其中，第一層(引導加載程序層)是運行在儀器硬件平臺上板級初始化加載引導程序系統(tǒng)；第二層(Linux內核層)是由引導加載程序加載到儀器硬件平臺內存中運行的嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核；第三層(應用組件層)是架設在嵌入式Linux操作系統(tǒng)之上的儀器通用軟件平臺和算法庫；第四層(應用程序層)是利用應用組件資源開發(fā)的在操作系統(tǒng)調度和管理之下的淺層地震勘探儀器專用軟件系統(tǒng)；第五層(應用數(shù)據(jù)庫層)是應用程序所使用的各種類型數(shù)據(jù)庫。
圖2是本發(fā)明裝置軟件系統(tǒng)的圖形用戶界面(GUI)平臺總體結構圖；其中，第一層(硬件設備層)是位于儀器硬件平臺上的人機接口設備硬件系統(tǒng)；第二層(設備驅動層)是硬件設備層的各種人機接口設備軟件驅動程序；第三層(圖形引擎層)是架設在設備驅動層之上的屏幕繪制核心函數(shù)集；第四層(圖形顯示器層)利用圖形引擎層的屏幕繪制核心函數(shù)集開發(fā)的儀器通用的圖形顯示器與文本編輯器；第五層(用戶接口層)是圖形引擎層和圖形顯示器層的應用程序接口。
圖3是本發(fā)明裝置軟件系統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)處理算法庫總體結構圖；其中，第一層(編輯處理層)為地震記錄波形數(shù)據(jù)編輯與預處理算法模塊層；第二層(分析處理層)為地震記錄波形數(shù)據(jù)分析處理算法模塊層；第三層(濾波處理層)為地震記錄波形數(shù)據(jù)數(shù)字濾波處理算法模塊層；第四層(解釋處理層)為各種淺層地震勘探方法的地震記錄波形數(shù)據(jù)解釋處理算法模塊層。
圖4為本發(fā)明裝置軟件系統(tǒng)的應用軟件系統(tǒng)總體結構圖；其中，第一層(現(xiàn)場探測層)是集成有多種淺層地震勘探方法的現(xiàn)場地震數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)；第二層(文件管理層)是儀器地震波形數(shù)據(jù)庫的地震記錄文件管理軟件系統(tǒng)；第三層(波形顯示層)是地震記錄波形數(shù)據(jù)顯示控制軟件系統(tǒng)；第四層(編輯處理層)是地震記錄波形數(shù)據(jù)編輯與預處理軟件系統(tǒng)；第五層(分析處理層)是地震記錄波形數(shù)據(jù)分析處理與結果顯示軟件系統(tǒng)；第六層(濾波處理層)是地震記錄波形數(shù)據(jù)濾波處理軟件系統(tǒng)；第七層(解釋處理層)是各種淺層地震勘探方法的地震記錄波形數(shù)據(jù)解釋處理軟件系統(tǒng)；第八層(向導解釋層)是集成有各種淺層地震勘探方法經(jīng)典解釋流程的地震記錄波形數(shù)據(jù)解釋處理軟件系統(tǒng)。此外，在圖4中還提供有兩種儀器使用與操作的輔助工具，即常用工具和使用幫助工具。
具體實施例方式在圖1中，本發(fā)明裝置的軟件體系結構包括引導加載程序模塊層、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核模塊層、應用組件模塊層、應用程序模塊層及應用數(shù)據(jù)庫層五個不同層次、相互關聯(lián)的模塊第一層為引導加載程序層，其是由板級驅動程序(Board Driver)、引導加載程序(BootLoader)和監(jiān)控程序(Monitor)組成的，主要功能是完成由硬件平臺啟動到嵌入式Linux操作系統(tǒng)啟動的過渡。具體地講，初始化儀器主機硬件系統(tǒng)平臺(包括CPU、堆棧、存儲系統(tǒng)、監(jiān)控串口、以太網(wǎng)口、鍵盤和顯示器等)，建立內存映射表，給嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核提供儀器主機硬件平臺資源信息，加載嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核到儀器主機硬件平臺的內存中并引導嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核運行。嵌入式Linux操作系統(tǒng)常用的引導加載程序有armboot、redboot、blob和U-Boot等。其中，U-Boot是目前嵌入式Linux操作系統(tǒng)最為常用的通用引導加載程序(Universal Boot Loader)，其是遵循GPL條款的開放源碼項目，可以支持各種不同體系結構的硬件系統(tǒng)平臺，包括基于x86、ARM、PowerPC、MIPS和Xscale等體系結構的硬件系統(tǒng)平臺(所支持硬件平臺板高達上百種)，所支持的目標嵌入式操作系統(tǒng)包括OpenBSD、NetBSD，、FreeBSD、4.4BSD、Linux、SVR4、Esix，、Solaris、Irix，、SCO、Dell、NCR、VxWorks、LynxOS、pSOS、QNX、RTEMS和ARTOS。由于U-Boot是一種通用的引導加載程序，因此必須根據(jù)儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上的嵌入式處理器體系結構和類型、存儲器系統(tǒng)類型和容量，以及串口和以太網(wǎng)接口等硬件資源對U-Boot進行移植，并且重新編譯后通過代碼燒寫裝置將其寫到儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上Flash存儲器的復位向量地址起始單元區(qū)中。固化有移植后的U-Boot代碼的儀器主機硬件系統(tǒng)平臺，一加電就可以自舉。
第二層為嵌入式Linux內核層，由板級支持包(BSP)、進程調度系統(tǒng)(PSS)、文件系統(tǒng)(FS)、存儲系統(tǒng)(MS)、設備系統(tǒng)(DS)和網(wǎng)絡系統(tǒng)(NS)和應用程序接口(API)組成的，其是儀器主機軟件系統(tǒng)的核心，負責管理整個軟件系統(tǒng)的運行與操作。目前，常用的嵌入式Linux操作系統(tǒng)有RT-Linux、uClinux、MontaVista Linux、BlueCat Linux和EDLK等。這些嵌入式Linux操作系統(tǒng)都是開放源代碼的通用操作系統(tǒng)，因此需要根據(jù)儀器主機硬件系統(tǒng)平臺資源對其板級支持包(BSP)中的驅動程序進行必要修改，然后利用其集成開發(fā)環(huán)境所提供的開發(fā)工具進行裁減、配置與編譯形成小型的、淺層地震勘探儀器專用的嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核，最后通過以太網(wǎng)口以及固化在儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上的引導加載程序寫到硬件平臺Flash存儲器的嵌入式Linux內核存儲區(qū)中，這樣儀器加電后就可以由引導加載程序啟動其運行。
第三層為應用組件層，其是由系統(tǒng)應用程序(SA)、C鏈接庫(CLib)、圖形用戶界面(GUI)平臺和地震數(shù)據(jù)處理算法庫(SLIB)組成，其主要功能是為應用程序提供通用程序模塊。其中，系統(tǒng)應用程序(SA)包括mount、bash、ifconfig、init、roote等工具軟件，通常放置在根文件系統(tǒng)的/usr/bin目錄下；C鏈接庫(CLib)為應用程序的運行庫，通常都放在根文件的/usr/lib目錄下；用戶圖形界面(GUI)平臺和地震數(shù)據(jù)處理算法庫(SLIB)是儀器應用軟件系統(tǒng)專用的通用應用組件，其與應用程序一起放置在根文件系統(tǒng)的/usr/src目錄下。
第四層為應用程序層，其是由儀器現(xiàn)場探測、文件管理、波形顯示、編輯處理、分析處理、濾波處理與解釋處理系統(tǒng)的定制應用程序(IIA)組成的，其集成有現(xiàn)場探測軟件、文件管理軟件、波形顯示軟件、編輯處理軟件、分析處理軟件、解釋處理軟件、向導解釋軟件、常用工具軟件和使用幫助軟件，主要功能是完成淺層地震勘探儀器的現(xiàn)場探測與地震記錄波形數(shù)據(jù)的處理。應用程序層與應用組件層中的GUI和SLIB一起放置在根文件系統(tǒng)的/usr/src目錄下。
第五層為應用數(shù)據(jù)庫層，由圖形界面圖像庫、系統(tǒng)參數(shù)庫、地震記錄波形數(shù)據(jù)庫、默認參數(shù)庫和說明書文本庫組成的，其是應用程序定制的數(shù)據(jù)庫。通常，需要在儀器主機硬件平臺Flash存儲系統(tǒng)中開辟一個存儲區(qū)作為其存儲空間。
完成了第三層(應用組件層)、第四層(應用程序層)和第五層(應用數(shù)據(jù)庫層)軟件系統(tǒng)構建后，就可以將其組建成嵌入式Linux操作系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)，然后通過嵌入式Linux操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境提供的工具生成一個壓縮的根文件系統(tǒng)映像。得到了操作系統(tǒng)內核映像和根文件系統(tǒng)映像后，需要使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境所提供的工具制作一個可下載的內核映像文件，并將其與根文件系統(tǒng)映像合并成一個文件，并將其燒寫到儀器主機硬件系統(tǒng)平臺的Flash存儲器中。這樣，通過適當?shù)嘏渲脠D1第一層中的引導加載程序，系統(tǒng)就可以啟動了。啟動后，引導加載程序首先將內核和根文件系統(tǒng)鏡像復制到儀器主機系統(tǒng)的內存中，最后跳轉到內存中繼續(xù)執(zhí)行。待嵌入式Linux內核完全啟動后，啟動各種應用程序。
圖1第三層中的圖形用戶界面(GUI)平臺的體系結構如圖2所示，其是本發(fā)明為淺層地震勘探儀器專門創(chuàng)建的一種GUI系統(tǒng)架構，與其他GUI平臺系統(tǒng)的最大差別在于增加了一個專用圖形顯示器層。
圖2所示GUI平臺體系結構從原理上仍然采用的是分層設計方法，以便針對儀器的嵌入式硬件平臺多變的外部設備。采用這種分層設計方法的優(yōu)勢在于，每一層次都完成某一特定功能，并且能夠在不影響其它層次的基礎上針對不同的應用進行改編或重寫。圖2的每一層組成結構及功能如下
第一層是硬件設備層，是由位于儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上的硬件設備組成的。具體地講，是由鍵盤、鼠標、觸摸屏和彩色LCD顯示屏及其接口電路組成的。硬件設備層隨儀器主機硬件系統(tǒng)平臺變化而變化。
第二層是設備驅動程序層，是由鍵盤驅動程序、鼠標驅動程序、觸摸屏驅動程序和顯示驅動程序組成的。此層是直接與儀器主機硬件系統(tǒng)平臺中的物理設備打交道的層，因此是GUI平臺軟件系統(tǒng)的最底層，其隨著儀器主機硬件系統(tǒng)平臺的變化而變化，一旦硬件系統(tǒng)平臺改變就必須修改相關的驅動程序。顯示驅動程序是整個儀器GUI平臺中最為復雜的部分，但是其復雜性卻帶來了移植方便性。顯示驅動程序中有幾個接口和硬件直接打交道，其它程序提供核心的繪圖操作，例如讀取像素、繪制像素、繪制水平線和繪制直線等。這些繪圖操作對系統(tǒng)映射的內存直接操作，從映射的內存中讀取像素點的信息。顯示驅動程序可以采用支持Linux 2.4.xx內核的FrameBuffer(幀緩存)顯示系統(tǒng)，F(xiàn)rameBuffer技術是使底層的圖形繪制函數(shù)通過直接使用顯示設備顯存在屏幕上繪制圖形的一項技術。Linux操作系統(tǒng)下的FrameBuffer系統(tǒng)使用設備文件——/dev/fdo作為輸出，并且利用mmap()函數(shù)的系統(tǒng)調用將顯示緩存映射到系統(tǒng)內存空間中。儀器GUI平臺下的FrameBuffer驅動程序通?？梢灾С?、2、4、8位灰度和8、15、16、32位彩色顯示。若在顯示中使用了調色版技術，則必須在顯示驅動程序中增加一個特殊的例程，當然也可以使用靜態(tài)的調色板映射技術。屏幕驅動程序在系統(tǒng)啟動時告訴GUI平臺屏幕的大小、支持的色彩模式等。
第三層是圖形引擎層，是由鍵盤信息處理函數(shù)、鼠標信息處理函數(shù)、觸摸屏信息處理函數(shù)、基本圖形繪制函數(shù)、剪裁操作函數(shù)、布爾操作函數(shù)、調色板映射處理函數(shù)、灰度映射處理函數(shù)、各種格式圖形顯示操作函數(shù)、各種格式文本顯示操作函數(shù)、不同字體字符顯示操作函數(shù)和不同字體漢字顯示操作函數(shù)組成的屏幕繪制核心函數(shù)。此層是一種與設備無關的基本圖形層，其提供包括畫點、畫直線、畫圓弧、畫多邊形、區(qū)域填充等基本的圖形函數(shù)。所有的鍵盤、觸摸屏和鼠標動作、文字顯示、位圖顯示都在圖形引擎層上實現(xiàn)。
第四層是圖形顯示器層，是由雙相波形顯示器、單相波形顯示器、二維圖形顯示器、等值線圖形顯示器、τ-p譜圖形顯示器、時距曲線顯示器、頻散曲線顯示器、偏移成像圖形顯示器、流程圖顯示器、菜單顯示器、地震記錄文件瀏覽器、文本瀏覽器、圖文瀏覽器、簡單文本編輯器和高級文本編輯器組成的淺層地震勘探儀器專用的圖文顯示與編輯系統(tǒng)。此層是專門根據(jù)淺層地震勘探儀器數(shù)據(jù)采集、波形顯示、文件管理、編輯處理、分析處理、濾波處理、解釋處理、向導解釋和參數(shù)設置的需要設計的，其主要功能是為儀器圖形用戶界面開發(fā)提供通用的圖形顯示器和圖文編輯器。其中，雙相波形顯示器是為地震記錄波形數(shù)據(jù)顯示和擬地震深度曲線，以及頂?shù)酌汉裉綔y的時間層位圖、速度層位圖和厚度層位圖設計的；單相波形顯示器是為一維頻譜顯示、相關頻譜和速度譜顯示設計的；二維圖形顯示器是為普通的二維圖形和圖像顯示而設計的；等值線圖形顯示器是為F-K譜和等值線型速度譜設計的；τ-p譜圖形顯示器是為τ-p譜和類似τ-p譜的能量譜圖顯示設計的；時距曲線顯示器是為時距曲線解釋處理結果設計的；頻散曲線顯示器是為瑞利速度頻率曲線、速度波長頻散曲線和速度深度頻散曲線設計的；偏移成像圖形顯示器是為時間偏移成像和深度偏移成像圖形顯示設計的；流程圖顯示器是為各種淺層地震勘探方法的地震記錄波形數(shù)據(jù)向導解釋處理流程圖設計的；文件瀏覽器是為儀器地震記錄波形數(shù)據(jù)庫中的地震記錄文件目錄顯示設計的；菜單顯示器是為儀器界面菜單顯示與操作設計的；文本瀏覽器是為儀器圖形用戶界面純文字文本顯示設計的；圖文瀏覽器是為儀器使用說明書、快速入門指南和技術應用指南等圖文并茂的文本顯示而設計的；簡單文本編輯器是為儀器探測參數(shù)、分析參數(shù)、濾波參數(shù)、解釋參數(shù)、顯參、頭參、和道參等設置設計的；高級文本編輯器是為文本編輯而設計的一套文字處理系統(tǒng)。因此，圖形層中的圖文顯示與編輯器都是針對淺層地震勘探儀器圖形用戶界面實際需要設計的。
第五層是用戶接口層(是GUI平臺的最頂層)，是第三層(圖形引擎層)和第四層(圖形顯示器層)的各種圖形應用程序的應用編程接口(API)函數(shù)組成的。儀器應用程序系統(tǒng)中的應用程序通過這些接口函數(shù)調用GUI平臺內的資源。
圖1第三層中的地震數(shù)據(jù)處理算法庫(SLIB)的體系結構如圖3所示，其是本發(fā)明為淺層地震勘探儀器專門創(chuàng)建的一種地震數(shù)據(jù)處理算法系統(tǒng)架構。
圖3所示地震數(shù)據(jù)處理算法庫(SLIB)從原理上仍然采用的是分層設計方法，以便針對儀器的地震記錄數(shù)據(jù)處理程序中的每個操作流程。采用這種分層設計方法的優(yōu)勢在于，每一層次算法模塊都完成某一特定處理功能，并且能夠在不影響其它層次的基礎上針對不同的應用進行改編或重寫。圖3的每一層組成結構及功能如下第一層為編輯處理算法模塊層，是由波形編輯算法模塊、波形預處理算法模塊和抽道與疊加合成算法模塊組成的。其中，波形編輯算法模塊內嵌有道充零、道復制、道移動、道疊加及其取消、道重排、道反相、道逆序、道切除和道刪除算法子模塊，其主要功能是為儀器的當前地震記錄波形數(shù)據(jù)編輯處理工具提供編輯處理算法；波形預處理算法模塊內嵌有零飄校正、切除背景噪聲、道內振幅平衡、道間振幅平衡、自動與手動倍數(shù)浮點放大、自動和手動對數(shù)浮點放大、線性與拋物線插值二次采樣、波組增強、微分和積分算法子模塊，其主要功能是為儀器的當前地震記錄波形數(shù)據(jù)編輯處理工具提供預處理算法；抽道與疊加合成算法模塊內嵌有手工和自動抽道合成算法、手動和自動疊加合成算法子模塊，其主要功能是為儀器的當前地震記錄波形數(shù)據(jù)編輯處理工具提供抽道合成和疊加合成算法。
第二層為分析處理算法模塊層，是由一維譜分析算法模塊、二維譜分析算法模塊、τ-p變換分析算法模塊和速度譜分析算法模塊組成的，其主要功能是為儀器的當前地震記錄波形數(shù)據(jù)分析處理工具提供各種譜分析算法，并且為后續(xù)的濾波處理算法提供基礎。其中，一維譜分析算法模塊內嵌有FFT分析正與逆變換算法模塊；二維譜分析算法模塊內嵌有F-K譜分析正與逆變換算法模塊；τ-p變換分析算法模塊內嵌有τ-p譜分析正與逆變換算法模塊；速度譜分析算法模塊內嵌有疊加速度和偏移速度分析算法模塊。
第三層為濾波處理算法模塊，是由一維時域濾波算法模塊、一維頻域濾波算法模塊、無限沖激響應濾波算法模塊、二維濾波算法模塊、τ-p變換濾波算法模塊、分段時變?yōu)V波算法模塊和相關濾波算法模塊組成的，其主要功能是為儀器的當前地震記錄波形數(shù)據(jù)濾波處理工具提供各種數(shù)字濾波算法。其中，一維時域濾波算法模塊內嵌有理想、線性鑲邊、余弦鑲邊和三角波鑲邊四種褶積濾波算法子模塊；一維頻域濾波算法模塊內嵌有理想、線性鑲邊、余弦鑲邊和三角波鑲邊四種頻域濾波算法子模塊；無限沖激響應濾波算法模塊內嵌的是一種零相位IIR濾波算法；二維濾波算法模塊內嵌的是頻率-波數(shù)(F-K)域濾波算法；τ-p變換濾波算法模塊內嵌的是τ-p域傾角濾波算法；分段時變?yōu)V波算法模塊內嵌的是頻率濾波算法(包括一維時域濾波算法、一維頻域濾波算法和無限沖激響應濾波算法)；相關濾波算法模塊內嵌的是一種零相位地震子波互相關算法。此外，一維時域濾波算法模塊、一維頻域濾波算法模塊、無限沖激響應濾波算法模塊和二維濾波算法模塊都集成有低通、高通、帶通和帶組四種濾波方式算法。
第四層為解釋處理算法模塊層，是由瑞利面波解釋處理算法模塊、零偏移動距反射解釋處理算法模塊、最佳窗口反射解釋處理算法模塊、共偏移距反射解釋處理算法模塊、多次覆蓋反射解釋處理算法模塊、單邊折射解釋處理算法模塊、雙邊折射解釋處理算法模塊、PS波測井解釋處理算法模塊和頂?shù)酌汉褡詣咏忉屘幚硭惴K組成的。其中瑞利面波解釋處理算法模塊內嵌有瑞利面波探測地震記錄解釋處理所需要的互相關譜分析、速度頻率曲線、速度波長頻散曲線、速度深度頻散曲線和擬地震深度曲線五個算法子模塊，其主要功能就是為儀器的瑞利面波地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；零偏移距反射解釋處理算法模塊內嵌有零偏移距(即自激自收)反射探測地震記錄解釋處理所需要的初至點自動拾取、反射波自動拾取、反射時間層位圖、反射速度層位圖和反射深度層位圖五個算法子模塊，其主要功能是為儀器的零偏移距反射地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；最佳窗口反射解釋處理算法模塊內嵌有最佳窗口反射探測地震記錄解釋處理所需要的偏移速度分析、深度偏移成像處理、地震映像處理、相對振幅曲線和相對相位曲線五個算法子模塊，其主要功能是為儀器的最佳窗口反射地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；共偏移距反射解釋處理算法模塊內嵌有共偏移距反射探測地震記錄解釋處理所需要的初至自動拾取、靜校正處理、衰減處理、反射波自動拾取、偏移速度分析和時深轉換六個算法子模塊，其主要功能是為儀器的共偏移距反射地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；多次覆蓋反射解釋處理算法模塊內嵌有多次覆蓋反射探測地震記錄解釋處理所需要的野外靜校正處理、動校正處理、反動校正處理、切除處理、剩余靜校正處理、疊前偏移處理、水平疊加處理、疊后偏移處理、反射波自動拾取、時距曲線解釋、時深轉換處理和偏移成像處理十二個算法子模塊，其主要功能是為儀器的多次覆蓋反射地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；單邊折射解釋處理算法模塊內嵌有單邊激發(fā)接收折射探測地震記錄解釋處理所需要的切除處理、靜校正處理、初至自動拾取、時距曲線解釋、水平構造解釋、低速夾層解釋和連續(xù)介質解釋七個算法子模塊，其主要功能是為儀器的單邊折射地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；雙邊折射解釋處理算法模塊內嵌有單邊激發(fā)雙邊接收折射探測地震記錄解釋所需要的切除處理、靜校正處理、初至自動拾取、時距曲線解釋、傾斜界面構造解釋、階梯界面構造解釋和垂直構造解釋七種算法子模塊，其主要功能是為儀器的雙邊折射地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；PS波測井解釋處理算法模塊內嵌有PS波測井探測地震記錄解釋處理所需要的初至自動拾取、震源偏移校正、時距曲線解釋、P波層速度計算和S波層速度計算五個算法子模塊，其主要功能是為儀器的PS波測井地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法；頂?shù)酌汉褡詣咏忉屘幚硭惴K內嵌有煤礦井下巷道頂板和底板煤層厚度探測地震記錄解釋處理所需要的頂?shù)装迕簩铀俣群秃穸热詣咏忉屘幚韮煞N算法子模塊，其主要功能是為儀器的頂?shù)酌汉裉綔y地震記錄數(shù)據(jù)解釋處理工具提供解釋算法。
圖1的第四層應用程序層的體系結構如圖4所示，其是本發(fā)明為淺層地震勘探儀器專門創(chuàng)建的一種地震波現(xiàn)場探測與處理解釋應用軟件系統(tǒng)架構，其主要特征是應用模塊化設計思想構建可裁剪組件的層次化體系結構。
圖4所示的儀器應用軟件系統(tǒng)架構是一種集成有現(xiàn)場探測、文件管理、波形顯示、編輯處理、分析處理、濾波處理、解釋處理和向導解釋的淺層地震勘探現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與處理解釋軟件系統(tǒng)架構，其在原理上仍然采用分層設計方法，以便為儀器應用軟件系統(tǒng)版本升級和維護時增減模塊提供一個理想的體系結構架構。采用這種分層設計方法的優(yōu)勢在于，每一層次都是針對淺層地震勘探地震記錄的探測、管理、顯示、編輯、分析、處理與解釋的每一步驟，并且完成某一特定功能。每個層次能夠在不影響其它層次的基礎上針對不同的或新的淺層地震勘探技術與方法的應用進行改編或重寫。圖4的每一層結構、功能和實現(xiàn)方法如下第一層為現(xiàn)場探測模塊層，由瑞利面波探測、零偏移距探測、最佳窗口探測、共偏移距探測、多次覆蓋探測、單邊折設探測、雙邊折射探測、PS波測井探測、頂?shù)酌汉裉綔y和用戶探測十個主要工具模塊，以及保存默認探參、讀取默認探參、讀取廠商默認探參、保存探測記錄和退出探測狀態(tài)五個輔助工具模塊組成的。其中，前十個探測模塊是常用淺層地震勘探方法的現(xiàn)場探測工具模塊，其內嵌有施工方法提示模塊、探測參數(shù)設置模塊、共激發(fā)點數(shù)據(jù)采集與顯示模塊、測點地震記錄保存模塊、測線地震記錄顯示和保存模塊；后五個模塊是現(xiàn)場探測使用的輔助工具模塊。因此，此層的主要功能是完成地震波數(shù)據(jù)采集、顯示和存儲，所提供的現(xiàn)場探測工具是淺層地震勘探儀器必備的，也是淺層地震勘探的探測與處理工作必須進行的第一步操作所使用的工具。此層所提供的現(xiàn)場探測工具模塊界面開發(fā)都是基于GUI平臺(見圖2)，由于采用了可裁剪組件的模塊化結構，因此可以根據(jù)實際需要隨時添加或刪除現(xiàn)場探測工具模塊。在現(xiàn)場探測工具模塊編程的具體實施時，應該規(guī)范每一種淺層地震勘探方法的施工方法和探測方法流程，并將每一種探測方法所使用的不同探測參數(shù)規(guī)范到同一探測參數(shù)設置標簽中，這樣可以使每種現(xiàn)場探測工具模塊編程方法獲得統(tǒng)一，從而為現(xiàn)場探測工具模塊的添加、改編或重寫提供方便。
第二層為文件管理模塊層，由文件操作與轉儲模塊、文件瀏覽器和文件參數(shù)編輯器組成的。文件操作與轉儲模塊是由文件夾管理、常規(guī)文件管理、文件轉儲操作和操作撤銷四個模塊組成的。其中，文件夾管理模塊內嵌有地震記錄文件夾的創(chuàng)建、刪除、復制、移動和改名子模塊，其主要功能是對儀器地震記錄波形數(shù)據(jù)庫中的地震記錄文件夾進行管理；常規(guī)文件管理模塊內嵌有地震記錄文件的打開、關閉、保存、另存、復制、刪除、恢復、清除、改名、移動和拼接子模塊，其主要功能是對儀器地震記錄波形數(shù)據(jù)庫中的地震記錄文件進行管理；文件轉儲操作模塊內嵌有U盤掛載和卸載模塊，其主要功能是掛載插接在儀器上的通用U盤，并且將U盤的存儲空間當作儀器地震記錄波形數(shù)據(jù)庫一部分，這樣就可以利用文件夾管理模塊和文件管理模塊中的復制和移動工具模塊實現(xiàn)地震記錄文件轉儲；操作撤銷模塊的主要功能是實現(xiàn)當前操作的回退和前進，以便回到上一步或下一步的操作結果。文件瀏覽器內嵌的是地震記錄波形數(shù)據(jù)庫地震記錄文件目錄的圖形化樹狀層次結構文件瀏覽器，可以訊速瀏覽和打開保存在地震記錄波形數(shù)據(jù)庫中的地震記錄文件。文件參數(shù)編輯器內嵌有地震記錄文件的顯示參數(shù)編輯器、文件頭參和道參編輯器三個子工具模塊，可以快速地修改當前地震記錄文件的顯參、頭參和道參。因此，此層次所提供的文件管理工具主要功能是對存儲在儀器地震記錄波形數(shù)據(jù)庫或U盤中的地震記錄文件進行管理。此層次所提供的文件管理工具是淺層地震勘探儀器必備的，也是淺層地震勘探的探測與處理工作必須進行的第二步操作所使用的工具。存儲在地震記錄波形數(shù)據(jù)庫中的地震記錄文件可以是來自現(xiàn)場探測工具模塊的原始記錄，也可以是原始記錄經(jīng)過預處理和數(shù)字濾波處理后新地震記錄。由于所提供的大部分工具模塊都是針對地震記錄波形數(shù)據(jù)庫，因此在實際開發(fā)時應該先建立儀器的地震記錄波形數(shù)據(jù)庫。此層次的所有文件管理工具模塊的界面開發(fā)都基于GUI平臺(見圖2)。
第三層為波形顯示模塊層，由波形顯示參數(shù)設置工具、波形顯示控制工具、波形顯示瀏覽工具和默認工具模塊組成的。其中，波形顯示參數(shù)設置工具模塊內嵌有當前地震記錄波形顯示參數(shù)設置工具，此參數(shù)設置工具可以設置與當前地震記錄波形數(shù)據(jù)顯示相關的參數(shù)，包括屏幕顯示、刻度顯示、標度顯示、重疊顯示、波形顯示、光標顯示、道選顯示、段選顯示、點選顯示和單位顯示十種參數(shù)，其主要功能是通過參數(shù)設置的方式來控制顯示在波形窗中的當前地震記錄波形顯示方式與顯示顏色；波形顯示控制工具模塊內嵌有當前地震記錄波形顯示的樣點顯示控制、道數(shù)顯示控制、全屏顯示控制和全屏正常顯示模塊，其主要功能是控制波形窗中的地震記錄波形顯示的道數(shù)和樣點數(shù)；波形顯示瀏覽工具內嵌有當前地震記錄波形顯示的光標移動、翻屏、道選、段選和點選操作與顯示模塊，其主要功能是瀏覽顯示在波形窗中地震記錄波形并且選擇波形數(shù)據(jù)道、段和點，以便為后續(xù)的地震記錄波形數(shù)據(jù)處理提供基礎；默認工具模塊內嵌有讀取廠商默認顯參、保存用戶默認顯參和讀取用戶默認顯參模塊，其主要功能是通過保存在儀器默認參數(shù)庫中顯示參數(shù)快速控制波形窗中的地震記錄波形顯示方式和顯示顏色。因此，此層次所提供的波形顯示工具主要功能是控制與瀏覽顯示在波形窗中的地震記錄波形數(shù)據(jù)。此層所提供的波形顯示工具是淺層地震勘探儀器必備的，是地震勘探的探測與處理工作必須進行的第三步操作所使用的工具。波形顯示模塊的界面開發(fā)是完全基于GUI平臺(見圖2)。具體地講，是基于GUI平臺中的雙相波形顯示器、簡單文本編輯器和菜單顯示器(見圖2中的第四層圖形顯示器層)。
第四層為編輯處理模塊層，是由選擇取消模塊、波形編輯模塊、波形預處理模塊和抽道與疊加合成模塊組成的。其中，選擇取消模塊內嵌有當前地震記錄波形的道選擇取消、道全部選擇和取消選擇工具模塊，其主要功能是為顯示在波形窗中地震記錄波形提供快速道選工具；波形編輯模塊內嵌有當前地震記錄波形的道充零、道復制、道移動、道疊加及其取消、道重排、道反相、道逆序、道切除和道刪除工具模塊，其主要功能是為顯示在波形窗中地震記錄波形數(shù)據(jù)不正常的道、道序和數(shù)據(jù)段提供編輯工具；波形預處理模塊內嵌有零飄校正、切除背景噪聲、道內振幅平衡、道間振幅平衡、浮點放大、二次采樣、波組增強、微分與積分工具模塊，其主要功能是為顯示在波形窗中的地震記錄波形數(shù)據(jù)提供預處理工具；抽道與疊加合成模塊內嵌有當前地震記錄波形的手動和自動抽道合成工具模塊以及手動和自動疊加合成工具模塊，其主要功能是為顯示在波形窗中的地震記錄波形數(shù)據(jù)提供抽道合成和疊加合成為一個或數(shù)個新的地震記錄文件的工具。因此，此層次所提供的編輯處理工具主要功能是對所顯示的當前地震記錄波形數(shù)據(jù)進行編輯和預處理。此層所提供的編輯處理工具是淺層地震勘探的探測與處理工作必須進行的第四步操作所使用的工具。此層次的所有工具模塊及其界面開發(fā)都是基于GUI平臺(見圖2)和地震數(shù)據(jù)處理算法庫(見圖3)。
第五層為分析處理模塊層，是由一維譜分析模塊、二維譜分析模塊、τ-p變換分析模塊、疊加速度譜分析模塊和偏移速度分析模塊組成的。每個譜分析模塊都是由分析參數(shù)設置工具模塊、分析處理算法模塊和相應的譜顯示器模塊組成的。其中，一維譜分析模塊的主要功能是為后續(xù)一維頻率濾波處理模塊(包括一維時域濾波、一維頻域濾波和無限沖激響應濾波處理工具模塊)提供最佳的濾波參數(shù)；二維譜分析模塊的主要功能是為后續(xù)二維濾波處理工具模塊提供最佳的濾波參數(shù)；τ-p變換分析模塊的主要功能是為后續(xù)的τ-p變換濾波處理工具模塊提供最佳的濾波參數(shù)；疊加速度譜分析模塊的主要功能是為后續(xù)相應的解釋處理根據(jù)模塊提供最佳的疊加速度參數(shù)；偏移速度分析模塊的主要功能是為后續(xù)相應的解釋處理模塊提供最佳的偏移速度。因此，此層次所提供的分析處理工具主要功能是為后續(xù)的濾波處理和解釋處理提供最佳的濾波參數(shù)和速度參數(shù)。顯然，此層所提供的分析處理模塊是進行淺層地震波濾波處理和解釋處理前必須使用的工具，也是淺層地震勘探的探測與處理工作必須進行的第五步操作所使用的工具。此層次的分析處理算法開發(fā)是完全基于地震數(shù)據(jù)處理算法庫第二層所提供的分析算法模塊(見圖3)，分析參數(shù)設置工具模塊和分析處理結果顯示模塊開發(fā)是基于GUI平臺第四層中的圖形顯示器(見圖2)。
第六層為濾波處理模塊層，是由一維時域濾波、一維頻域濾波、無限沖激響應濾波、二維濾波、τ-p變換濾波、分段時變?yōu)V波和相關濾波處理工具模塊組成的，前四類濾波處理工具模塊都集成有低通、帶通、高通和帶阻四種濾波方式。每個濾波處理工具模塊都內嵌有濾波參數(shù)設置模塊、濾波算法模塊和濾波結果顯示模塊。其中，一維時域濾波工具模塊內嵌有理性、線性鑲邊、余弦鑲邊和三角波鑲邊四種褶積濾波工具模塊；一維頻域濾波工具模塊內嵌有理性、線性鑲邊、余弦鑲邊和三角波鑲邊四種頻域濾波工具模塊；分時段濾波工具模塊內集成有一維時域濾波、一維頻域濾波和無限沖激響應分段濾波算法模塊。此層次所提供的一維時域濾波、一維頻域濾波和無限沖激響應濾波模塊都屬于頻率濾波工具模塊，其主要功能是壓制地震信號中在頻譜上可以分離干擾波并突出有效地震波；二維濾波工具模塊的主要功能是壓制地震信號中在頻率-波數(shù)譜上可以分離干擾波并突出有效地震波；τ-p變換濾波工具模塊的主要功能是壓制地震信號中在τ-p譜上可以分離的干擾波突出有效地震波；分段時變?yōu)V波工具模塊的主要功能是對地震記錄各道波形數(shù)據(jù)進行分時間段濾波處理，以便分段壓制干擾波突出有效波；相關濾波處理工具模塊的主要功能是濾除地震記錄波形數(shù)據(jù)中的隨機干擾波。因此，此層次所提供的濾波處理工具模塊的主要功能是提取當前地震記錄波形數(shù)據(jù)中的有效波壓制影響后續(xù)解釋處理結果的干擾波。此層所提供的濾波處理軟件模塊是地震記錄處理的關鍵工具，也是地震勘探的探測與處理工作必須進行的第六步操作所使用的工具。此層次的濾波處理算法開發(fā)是完全基于地震數(shù)據(jù)處理算法庫第三層所提供的濾波算法模塊(見圖3)，濾波參數(shù)設置工具模塊和濾波處理結果顯示模塊是開發(fā)基于GUI平臺第四層中的圖形顯示器(見圖2)。
第七層為解釋處理模塊層，是由瑞利面波解釋處理、零偏移動距解釋處理、最佳窗口解釋處理、共偏移距解釋處理、多次覆蓋解釋處理、單邊折射解釋處理、雙邊折射解釋處理、PS波測井解釋處理和頂?shù)酌汉褡詣咏忉屘幚硎N工具集組成的。每個工具集中都集成有適合于特定勘探方法的地震記錄解釋處理各種相應解釋處理工具模塊，并且這些工具模塊是按照解釋處理流程排列的。同時，每個工具模塊都是由參數(shù)設置模塊、處理算法模塊和處理結果顯示模塊組成的。其中瑞利面波解釋處理工具集中集成有儀器瑞利面波探測地震記錄解釋處理所需要的互相關譜分析、速度頻率曲線、速度波長頻散曲線、速度深度頻散曲線和擬地震深度曲線五種工具模塊。其中，互相關譜分析工具模塊的主要功能是獲得雙道或多道瑞利面波地震記錄的相關振幅譜、相位差譜和相干函數(shù)譜，瑞利面波后續(xù)的解釋處理工具都是基于此工具模塊，因此其是瑞利面波解釋處理工具集中基礎工具；速度頻率曲線工具模塊的主要功能是獲得面波速度與頻率參數(shù)之間的關系，以便通過人機互動的方法獲得最佳的面波速度；速度波長頻散曲線和速度深度頻散曲線工具模塊主要功能是獲得之字型頻散曲線，從中可以確定被測介質不良地質體位置、形狀和規(guī)模；擬地震深度曲線工具模塊的主要功能是用深度域地震波方式來表示被測介質不良地質體的位置和形狀。
零偏移距解釋處理工具集中集成有儀器零偏移距(即自激自收)反射探測地震記錄解釋處理所需要的初至點自動拾取、反射波自動拾取、反射時間層位圖、反射速度層位圖和反射深度層位圖五種工具模塊。其中，初至點自動拾取工具模塊的主要功能是獲得每個地震記錄道上直達波首波初至點；反射波自動拾取工具模塊的主要功能是獲得每個地震記錄道上的反射波首至點，此工具模塊是后續(xù)處理的基礎；反射時間層位圖、反射速度層位圖和反射深度層位圖工具模塊的主要功能是在每道地震記錄上繪制反射波所反映的時間、速度和深度層位圖，以便確定被測介質的不良地質體的分布、性質和位置。
最佳窗口解釋處理工具集中集成有儀器最佳窗口反射探測地震記錄解釋處理所需要的偏移速度分析、深度偏移成像處理、地震映像處理、相對振幅曲線和相對相位曲線五種工具模塊。其中，偏移速度分析工具模塊的主要功能是獲得地震記錄偏移速度，以便為偏移成像處理工具模塊提供基礎；偏移成像處理工具模塊主要功能是獲得反射偏移成像圖譜，以便確定被測介質不良地質體的位置與形態(tài)；地震映像處理工具模塊的主要功能是獲得地震記錄地震映像圖譜，以便確定被測介質不良地質體的形態(tài)與規(guī)模；相對振幅曲線和相對相位曲線工具模塊的主要功能是確定反射波探測的最佳窗口，以便確定反射探測最小和最大的源檢距。
共偏移距解釋處理工具集中集有共偏移距反射探測地震記錄解釋處理所需要的初至自動拾取、靜校正處理、衰減處理、反射波自動拾取、偏移速度分析和時深轉換處理六種工具模塊。其中，初至自動拾取工具模塊的主要功能是獲得每個地震記錄道上直達波首波初至，以便為后續(xù)的靜校正處理工具模塊提供基礎；靜校正處理工具模塊的主要功能是將每個地震記錄道上初至點校正成一條直線，以便去除觀測系統(tǒng)所造成的干擾；衰減處理工具模塊的主要功能是將位于持續(xù)區(qū)中被衰減的地震波振幅放大，以便提高地震記錄上反射波幅度，從而為后續(xù)的反射波自動拾取工具模塊提供基礎；反射波自動拾取工具模塊的主要功能是獲得每道地震記錄上的反射波首至點，此工具模塊是后續(xù)處理的基礎；偏移速度分析工具模塊主要功能是獲得被測地質體反射地震波速度，以便為時深轉換處理工具模塊提供速度參數(shù)；時深轉換處理工具模塊的主要功能是將時間域地震記錄轉換成深度域地震記錄，以便確定被測介質不良地質體的形態(tài)和位置。
多次覆蓋解釋處理工具集中集成有儀器多次覆蓋反射探測地震記錄解釋處理所需要的野外靜校正處理、動校正處理、反動校正處理、切除處理、剩余靜校正處理、疊前偏移處理、水平疊加處理、疊后偏移處理、反射波自動拾取、時距曲線解釋、時深轉換處理和偏移成像處理十二種工具模塊。由于儀器多次覆蓋解釋處理工具集所集成的解釋處理工具內嵌的都是經(jīng)典的多次覆蓋解釋處理算法，因此其相應釋處理工具功能與經(jīng)典的多次覆蓋解釋處理解釋完全相同。
單邊折射解釋處理工具集中集成有儀器單邊激發(fā)接收折射探測地震記錄解釋處理所需要的切除處理、靜校正處理、初至自動拾取、時距曲線解釋、水平構造解釋、低速夾層解釋和連續(xù)介質解釋工具模塊。其中，切除處理工具模塊的主要功能是去掉地震記錄道中折射波之前的不良數(shù)據(jù)段，以便為后續(xù)初至點自動拾取工具提供基礎；靜校正處理工具模塊的主要功能進行野外靜校正處理，以便去掉觀測系統(tǒng)所造成的干擾；初至自動拾取工具模塊的主要功能是獲得每個地震記錄道上的折射波首波初至點，以便為時距曲線解釋模塊提供參數(shù)；時距曲線解釋工具模塊的主要功能是繪制地震記錄的時距曲線，以便推斷被測介質構造；水平構造解釋工具的主要功能是根據(jù)距曲線確定被測介質的水平構造各層速度和位置；低速夾層解釋工具模塊的主要功能是根據(jù)距曲線確定被測介質的低速夾層位置和厚度；連續(xù)介質解釋工具模塊的主要功能是根據(jù)時距曲線確定彈性介質的各連續(xù)分層速度。
雙邊折射解釋處理工具集中集成有儀器單邊激發(fā)雙邊接收折射探測地震記錄解釋所需要的切除處理、靜校正處理、初至自動拾取、時距曲線解釋、傾斜界面構造解釋、階梯界面構造解釋和垂直構造解釋處理七種工具模塊。其中，切除處理、靜校正處理、初至自動拾取和時距曲線解釋工具模塊的主要功能與單邊折射一樣，但是解釋處理算法不同；傾斜界面構造解釋工具模塊的主要功能是根據(jù)時距曲線確定被測介質的傾斜界面傾角和形態(tài)以及各層介質速度；階梯界面構造解釋工具模塊的主要功能是根據(jù)時距曲線確定被測介質的階梯界面的位置和各層速度；垂直構造解釋工具模塊的主要功能是根據(jù)時距曲線確定被測介質的垂直構造位置與大小。
PS波測井解釋處理工具集中集成有儀器PS波測井探測地震記錄解釋處理所需要的初至自動拾取、震源偏移校正、時距曲線解釋、P波層速度計算和S波層速度計算五種工具模塊。其中，初至自動拾取工具模塊的主要功能是獲得各個地震記錄道上的透射波首波初至點，以便為后續(xù)處理提供基礎；震源偏移校正工具模塊的主要功能是去掉因激發(fā)點位置高低不同在地震記錄上所造成的干擾；時距曲線解釋工具模塊的主要功能是繪制地震記錄的時距曲線，以便為P波和S波速度計算提供基礎；P波層速度計算和S波層速度計算工具模塊的主要功能是根據(jù)時距曲線確定被測介質各層的P波或S波的速度。
頂?shù)酌汉褡詣咏忉屘幚砉ぞ呒屑捎袃x器煤礦井下巷道頂板和底板煤層厚度探測地震記錄解釋處理所需要的頂?shù)装迕簩铀俣群秃穸热詣咏忉屘幚砉ぞ?。這兩個全自動解釋處理工具模塊的主要功能是從地震記錄上自動獲得被測煤層的速度層位圖和深度層位圖，以便確定被測煤層的各層速度或厚度。
由此可見，第七層所提供的解釋處理工具主要功能是對當前地震記錄波數(shù)據(jù)進行解釋處理并獲得最終結果。因此，此層所提供的解釋處理工具是淺層地震勘探的探測與處理工作必須進行的第七步也是最后一步操作所使用的工具。此層所提供的各種解釋處理工具模塊的算法開發(fā)是完全基于地震數(shù)據(jù)處理算法庫第四層所提供的各種解釋處理算法模塊(見圖3)，解釋參數(shù)設置工具模塊和解釋處理結果顯示模塊開發(fā)是基于GUI平臺第四層中的圖形顯示器(見圖2)。
第八層為向導解釋模塊層，是由瑞利面波、零偏移動距、最佳窗口、共偏移距、多次覆蓋、單邊折射、雙邊折射、PS波測井解釋處理流程圖模塊組成的。每種流程圖模塊都按照各自勘探方法的地震記錄數(shù)據(jù)處理的特有經(jīng)典流程制作的，其內嵌有波形數(shù)據(jù)顯示、編輯、預處理、分析處理、濾波處理和解釋處理工具模塊提示節(jié)點框圖，每個節(jié)點框圖對應一個集成有參數(shù)設置模塊(若有的話)、處理算法模塊和處理結果顯示模塊的工具模塊。解釋處理流程圖模塊中的解釋處理算法是完全基于地震數(shù)據(jù)處理算法庫第四層所提供的各種解釋處理算法模塊(見圖3)，解釋參數(shù)設置模塊和解釋處理結果顯示模塊開發(fā)是基于GUI平臺的第三層和第四層(見圖2)。由于向導解釋工具將淺層地震記錄波形數(shù)據(jù)處理與解釋過程中所需要的顯示、編輯、預處理、分析、濾波與解釋工具按一定的程序規(guī)則集成到一個全圖形化的流程圖中，用戶只需要根據(jù)此流程圖按順序進行操作就可獲得最終正確的解釋結果，從而大大簡化了淺層地震記錄資料的解釋工作，也為非專業(yè)地震勘探工作者提供了一個明確清晰的解釋流程，解決了用戶在地震勘探資料解釋處理方面難題。此層次所提供的向導解釋工具是一種集成式的綜合地震記錄解釋工具，本發(fā)明所述應用軟件系統(tǒng)體系結構除了提供上八層次的探測與處理模塊外，還提供有兩個儀器操作和使用輔助工具模塊，包括常用工具模塊和使用幫助工具模塊。常用工具模塊是由常用輔助工具模塊、儀器自檢測試工具模塊、儀器參數(shù)設置工具模塊和常用速度換算工具模塊。其中，常用輔助工具模塊內嵌有簡單計算器和記事本，簡單計算器主要是為現(xiàn)場探測計算方便設計的，記事本主要是為現(xiàn)場踏勘和現(xiàn)場探測資料記錄方便設計的；儀器自檢測試工具模塊內嵌有地震記錄波形數(shù)據(jù)庫容量檢測、電池電量檢測、鍵盤測試等工具；儀器參數(shù)設置工具模塊內嵌有機內實時時鐘設置等工具；常用速度換算工具模塊內嵌有地震記錄解釋處理中常用幾種速度換算工具。使用幫助工具模塊內嵌有快速入門手冊、使用說明書、技術應用指南和關于制造商四個圖文瀏覽器，其主要功能是為用戶提供在線使用幫助文本，以方便用戶使用與操作儀器。無論是常用工具模塊還是使用幫助工具模塊開發(fā)都是基于GUI平臺(見圖2)。
權利要求
1.一種基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，其特征在于該裝置的軟件體系結構包括引導加載程序模塊層、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核模塊層、應用組件模塊層、應用程序模塊層及應用數(shù)據(jù)庫層五個不同層次、相互關聯(lián)的模塊第一層為引導加載程序模塊層，其由板級驅動程序、引導加載程序和監(jiān)控程序組成，采用遵循GPL條款的開放源碼項目的通用引導加載程序U-Boot，通過配置和移植構成適合于淺層地震勘探儀器主機硬件系統(tǒng)平臺的引導加載程序，編譯后燒寫到硬件系統(tǒng)平臺上Flash存儲器的引導區(qū)中；第二層為嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核模塊層，由板級支持包、進程調度系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、設備系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)組成，采用開放源碼的嵌入式Linux操作系統(tǒng)MontaVistaLinux、BlueCat Linux、EDLK或RTLinux，根據(jù)淺層地震勘探儀器主機硬件系統(tǒng)平臺修改其板級支持包中的相關驅動程序，配置和編譯成小型嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核，通過以太網(wǎng)和儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上的引導加程序寫到儀器主機硬件系統(tǒng)平臺上Flash存儲器的Linux內核存儲區(qū)中；第三層為應用組件模塊層，其是由系統(tǒng)應用程序、C鏈接庫、圖形用戶界面平臺、地震數(shù)據(jù)處理算法庫組成，其中，SA存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；CLib存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；GUI和SLIB存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；第四層為應用程序模塊層，其是由現(xiàn)場探測軟件、文件管理軟件、波形顯示軟件、編輯處理軟件、分析處理軟件、濾波處理軟件、解釋處理軟件、向導解釋軟件、常用工具軟件和使用幫助軟件模塊組成的淺層地震勘探儀器專用的應用軟件系統(tǒng)，存放在根文件系統(tǒng)的目錄下；第五層為應用數(shù)據(jù)庫層，其是由圖形界面圖像庫、系統(tǒng)參數(shù)庫、地震記錄波形數(shù)據(jù)庫、默認參數(shù)庫和說明書文本庫組成，作為應用程序定制的專用數(shù)據(jù)庫，在儀器主機硬件系統(tǒng)平臺Flash存儲器中專門開辟一個大容量數(shù)據(jù)存儲區(qū)作為其存儲空間。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，其特征在于所述的第三層中的圖形用戶界面平臺是由硬件設備層、設備驅動程序層、圖形引擎層、圖形顯示器層、用戶接口層這五個不同層次、相互關聯(lián)的模塊組成的可裁剪組件的層次化體系結構。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，其特征在于所述的第三層中的地震數(shù)據(jù)處理算法庫是由編輯處理算法模塊層、分析處理算法模塊層、濾波處理算法模塊、解釋處理算法模塊層這四個不同層次、相互關聯(lián)的處理算法模塊組成的可裁剪組件的層次化體系結構；
4.根據(jù)權利要求3所述的基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，其特征在于所述的第四層即應用程序模塊層是由現(xiàn)場探測模塊層、文件管理模塊層、波形顯示模塊層、編輯處理模塊層、分析處理模塊層、濾波處理模塊層、解釋處理模塊層及向導解釋模塊層這由八個不同層次、相互關聯(lián)的工具模塊組成的可裁剪組件的層次化體系結構。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，其特征在于所述的第四層即應用程序模塊層還提供有兩種輔助工具模塊，即常用工具模塊和使用幫助模塊，其中，常用工具模塊內嵌有常用輔助工具模塊、儀器自檢測試工具模塊、儀器參數(shù)設置模塊和常用速度換算模塊；使用幫助工具模塊內嵌有快速入門指南、使用說明書、技術應用指南和關于制造商圖文瀏覽器，兩種輔助工具模塊界面都是基于GUI平臺開發(fā)的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于嵌入式Linux的淺層地震勘探儀器軟件體系結構的裝置，該裝置的軟件體系結構包括引導加載程序模塊層、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核模塊層、應用組件模塊層、應用程序模塊層及應用數(shù)據(jù)庫層五個不同層次、相互關聯(lián)的模塊，本發(fā)明的顯著優(yōu)點是采用模塊化層次化設計，從而可以構成一套完整的、模塊層次結構清晰的、集成有多種淺層地震勘探與處理解釋方法的一體化嵌入式淺層地震勘探儀器軟件系統(tǒng)裝置，并且該裝置的模塊組件是可裁剪的，從而使系統(tǒng)開發(fā)、維護和升級都非常方便。
文檔編號G01V1/36GK101086533SQ20071000918
公開日2007年12月12日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權日2007年7月6日
發(fā)明者林學龍 申請人:福州華虹智能科技開發(fā)有限公司