CN101086533A - 基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，该装置的软件体系结构包括：引导加载程序模块层、嵌入式Linux操作系统内核模块层、应用组件模块层、应用程序模块层及应用数据库层五个不同层次、相互关联的模块，本发明的显著优点是：采用模块化层次化设计，从而可以构成一套完整的、模块层次结构清晰的、集成有多种浅层地震勘探与处理解释方法的一体化嵌入式浅层地震勘探仪器软件系统装置，并且该装置的模块组件是可裁剪的，从而使系统开发、维护和升级都非常方便。

Description

基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置

技术领域：

本发明涉及一种浅层地震勘探仪器所需要的嵌入式软件系统体系结构，更具体地说，本发明涉及基于嵌入式Linux操作系统的浅层地震勘探仪器软件系统体系结构的装置及其实现方法。按本发明体系结构所构建的软件系统可以直接嵌入式到基于32位处理器的各类浅层地震勘探仪器中。

背景技术：

浅层地震勘探是一门年轻的正在蓬勃发展的勘探地球物理学科。其是根据人工激发的地震波在被测地质体中传播的物理特性来研究地层的地震参数与岩土物理参数及其结构参数之间的关系，确定各种地质界面的空间位置和形态，解决非均匀复杂小构造地质形态、性质和结构，并且对地下地质体进行综合评价。因此，浅层地震勘探广泛应用于工程地质和环境地质勘探中。浅层地震勘探仪器作为浅层地震勘探中最为精密和关键的设备，其每一项技术突破都极大推动了浅层地震勘探理论、技术与方法的发展。

浅层地震勘探仪器是由硬件系统和软件系统组成的。硬件系统已经由20世纪80年代初基于8位处理器和微控制器发展到今天基于32位处理器和嵌入式处理，这就为浅层地震勘探仪器的软件系统架构提供坚实的基础。目前，绝大多数浅层地震勘探仪器都采样Windows操作系统作为仪器的主机系统软件平台，其优点在于可以充分利用Windows操作系统所提供的集成开发环境和应用软件资源来加快开发进度和提高开发效率。由于Windows操作系统是一种非开放源码并且需要支付一定版税的产品，用户无法对其进行自由裁减，这必然导致仪器的存储容量增加和成本增大。对于存储媒介采用通用硬盘的浅层地震勘探仪器来讲，存储容量增加可能不是问题。但是，对于采样固态盘的便携式浅层地震勘探仪器来讲，存储容量增加将导致存储芯片增加，从而导致硬件系统的功耗增加和成本增大。

浅层地震勘探仪器的应用软件通常是由数据采集软件和处理解释软件组成的，数据采集软件主要功能是完成现场地震数据采集、存储和显示，而处理解释软件主要功能是完成地震记录数据显示、管理、编辑、分析、处理与解释。由于数据采集软件是浅层地震勘探仪器必备的组件，因此任何一种仪器都嵌入有数据采集系统软件。但是，地震数据处理解释软件通常以两种形式提供给用户：一种形式是直接内嵌到仪器主机系统中，并与地震数据采集软件集成为一体；另一种是以后台独立的处理与解释软件形式提供给用户，而仪器本身只提供完成现场地震数据采集与显示的基本软件。后一种形式是目前绝大多数浅层地震勘探仪器所采用的，其延续了传统浅层地震勘探仪器设计思路，将仪器当作地震记录数据采集器，这就极大降低了目前浅层地震勘探仪器的现场数据与解释能力，并且限制了仪器主机硬件系统平台所拥有的处理能力发挥。此外，由于在现场探测时不能及时地对所采集地震记录数据进行处理与解释，不仅给浅层地震勘探人员造成极大的不便并降低了勘探效率，而且不能对现场所采集的地震记录数据质量进行及时判断，有可能导致地震记录无效的后果。

发明内容：

本发明的目的在于克服目前浅层地震勘探仪器采用Windows操作系统和非一体化集成仪器应用软件系统架构所造成的不足。

本发明提供一种基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，该装置的软件体系结构不仅可以解决操作系统占用仪器的存储空间大的问题，而且能够较理想地实现数据采集、处理与解释软件一体化集成问题。

为了实现上述目的，本发明基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，其特征在于：该装置的软件体系结构包括引导加载程序模块层、嵌入式Linux操作系统内核模块层、应用组件模块层、应用程序模块层及应用数据库层五个不同层次、相互关联的模块：

第一层为引导加载程序模块层，其由板级驱动程序、引导加载程序和监控程序组成，采用遵循GPL条款的开放源码项目的通用引导加载程序U-Boot，通过配置和移植构成适合于浅层地震勘探仪器主机硬件系统平台的引导加载程序，编译后烧写到硬件系统平台上Flash存储器的引导区中；

第二层为嵌入式Linux操作系统内核模块层，由板级支持包、进程调度系统、文件系统、存储系统、设备系统和网络系统组成，采用开放源码的嵌入式Linux操作系统MontaVistaLinux、BlueCat Linux、EDLK或RTLinux，根据浅层地震勘探仪器主机硬件系统平台修改其板级支持包中的相关驱动程序，配置和编译成小型嵌入式Linux操作系统内核，通过以太网和仪器主机硬件系统平台上的引导加程序写到仪器主机硬件系统平台上Flash存储器的Linux内核存储区中；

第三层为应用组件模块层，其是由系统应用程序、C链接库、图形用户界面平台、地震数据处理算法库组成，其中，SA存放在根文件系统的目录下；CLib存放在根文件系统的目录下；GUI和SLIB存放在根文件系统的目录下；

第四层为应用程序模块层，其是由现场探测软件、文件管理软件、波形显示软件、编辑处理软件、分析处理软件、滤波处理软件、解释处理软件、向导解释软件、常用工具软件和使用帮助软件模块组成的浅层地震勘探仪器专用的应用软件系统，存放在根文件系统的目录下；

第五层为应用数据库层，其是由图形界面图像库、系统参数库、地震记录波形数据库、默认参数库和说明书文本库组成，作为应用程序定制的专用数据库，在仪器主机硬件系统平台Flash存储器中专门开辟一个大容量数据存储区作为其存储空间。

本发明的特点在于在仪器主机软件系统平台方面，采用嵌入式Linux操作系统作为核心；在仪器主机的图形用户界面平台方面，采用具有可裁剪组件的层次化体系结构的浅层地震勘探仪器专用的小型GUI平台；在仪器地震记录波形数据处理算法方面，采用具有可裁剪处理算法模块组件的层次化体系结构而构建成的地震数据处理算法库；在仪器的地震勘探应用软件系统方面，采用具有可裁剪工具模块组件的层次化体系结构而设计成的、集成有探测与处理功能的一体化集成应用软件系统。在仪器的整套软件系统设计方面，仍然采用模块化设计方法，将仪器软件系统各组成部分五大层次模块，构成一套完整的具有层次化结构的浅层地震勘探仪器的嵌入式软件系统。

仪器主机软件系统平台采用嵌入式Linux操作系统作为核心，所依据的技术原理如下：Linux操作系统与Windows操作系统已经成为目前世界上并驾齐驱的两套主流桌面操作系统，由于Linux操作系统具有开源、可裁剪、自由和免费等特性，因此倍受用户的青睐并且成为开发具有自有知识产权操作系统的首先方案。而由Linux操作系统衍生出来的嵌入式Linux操作系统，不仅继承了主流Linux操作系统所具有的特性，并且在实时调度机制方面获得突破，已经发展成为具有实时性Linux操作系统，形成了各种类型的实时嵌入式Linux操作系统。目前，实时嵌入式Linux操作系统已经成为测控仪器软件平台的首选方案。在浅层地震勘探仪器领域，目前大多数采用的都是Windows操作系统作为仪器的主机系统软件平台，主要原因有如下几个方面：一是浅层地震勘探仪器的主机系统应用软件对操作系统的实时性要求不是太强，这是因为高速地震波数据采集控制通常是由仪器内部的高速数据采样控制逻辑实现，因此采用分时的操作系统Windows和Win CE并不会造成影响；二是Windows操作系统所提供的集成开发环境和应用软件资源非常丰富，可以极大地提高开发进度和开发效率。但是，使用Windows操作系统作为仪器的主机软件平台也存在有如下缺点：一是Windows操作系统是一种代码容量非常大的非开源的软件产品，用户无法自由地对其进行裁减，这必然导致仪器主机系统的存储空间增大；二是Windows操作系统是一种软件产品，将其嵌入到产品中需要支付一定的版税，将使仪器成本增大。虽然对于浅层地震勘探仪器来讲，存储容量增加和版税所导致的仪器成本增加可能不是考虑的重点。但是，对于工程地质和矿井地质类采样固态盘的便携式浅层地震勘探仪器来讲，存储空间增大而导致主机存储系统功耗增大将是需要考虑的问题。因此，在浅层地震勘探仪器中采用开源、可裁剪、自由和免费的嵌入式Linux操作系统作为主机系统的软件平台，可以充分利用其可裁减优势，建立其适合于浅层地震勘探仪器的小型嵌入式Linux操作系统，从而降低了仪器在存储容量和软件平台成本方面的开销。

仪器主机的图形用户界面平台采用可裁剪组件的层次化体系结构的专用GUI平台，所依据的技术原理如下：地震记录数据波形显示是浅层地震勘探仪器最基本的功能之一，因此图形用户界面(GUI)系统是浅层地震勘探仪器必备软件平台。目前，绝大多数浅层地震勘探仪器采用Windows操纵系统作为主机系统的软件平台，因此在GUI平台设计时，都是采用基于Windows操作系统的软件开发环境所提供的GUI设计工具来构建立仪器图形用户界面。但是，对于嵌入式Linux操作系统来讲，由于其应用软件集成开发环境不提供GUI设计工具，因此必须采用商用开源GUI平台(如MiniGUI等)和开源免费的GUI平台(如MicroWindow等)。

但是，由于这些平台都是一种通用的GUI平台，虽然其提供丰富图形设计资源，但是对于浅层地震勘探仪器所需要的必要基本图形设计元素并不具备，难以满足浅层地震勘探仪器图形用户界面开发需要。因此，提出一套适合于浅层次地震勘探仪器图形用户界面开发的、具有五个层次(包括硬件层、设备驱动层、图形引擎层、图形显示器层和用户接口层)的可裁剪组件的层次化GUI平台体系结构，并且依据此GUI平台体系结构开发了浅层地震勘探仪器专用小型GUI平台。所开发出此种专用小型GUI平台，不仅代码量只有通用GUI平台几十分之一，而且完全适合应用于浅层地震勘探仪器的图形用户界面开发。

地震记录地震数据处理算法库采用具有可裁剪处理算法模块组件的层次化体系结构，所依据的技术原理如下：在地震记录波形数据处理系统中，针对特定用途的处理算法是其关键和核心，并且完全可以独立出来建立成为专用处理算法库，这样即使仪器界面因不同硬件平台而改变，但是处理算法库可以不动。此外，浅层地震记录波形数据处理与解释流程通常都是按编辑处理、分析处理、滤波处理和解释处理顺序进行的，完全可以将其所涉及到处理算法模块划分成编辑处理、分析处理、滤波处理和解释处理四大处理算法模块，并按地震记录数据处理程序的顺序分成不同的层次，以便与仪器应用软件系统相应层次的处理工具模块相对应。由于每个处理算法模块都可能集成有针对特定处理工具的多种处理算法子模块，并且这些子模块中的处理算法随着浅层地震勘探技术与方法发展而变化。为了使仪器的地震记录地震数据处理算法能够及时反映浅层地震勘探技术与方法发展的最新先进优秀的成果，同时也为了仪器的应用软件系统的修改、维护和升级的需要，必须将其构建成具有可裁剪处理算法模块组件的层次化体系结构。

仪器的地震勘探应用软件系统采用可裁剪模块组件的层次化体系结构，所依据的技术原理如下：在浅层地震勘探技术发展过程中，利用地震波(弹性波)在被测地质体中传播规律形成了各种不同勘探方法，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、多次覆盖反射波法、单边折射波法(即单边激发单边接收折射波法)、双边折射波法(即单边激发双边接收折射波法)和PS波测井方法，以及应用于矿井巷道顶底板煤层厚度探测方法和用户可自由定义的用户探测方法。每一种勘探方法都有其相应的现场施工与探测方法，以及经典处理与解释方法与流程。对这些现场探测和处理解释方法与流程进行分析归纳，可以形成八大模块分别为：现场探测模块、文件管理模块、波形显示模块、编辑处理模块、分析处理模块、滤波处理模块、解释处理模块和向导解释模块，每个模块都是由许多可裁剪的具有特定功能组件组成的。根据浅层地震勘探的现场探测与处理解释流程，可以将这些模块划分成八个具有不能功能的层次模块，可以形成了可裁剪工具模块组件的层次化体系结构。

仪器的整套软件系统设计采用可裁剪模块组件的层次化体系结构，所依据的技术原理如下：任何一套基于嵌入式Linux操作系统的嵌入式软件系统都是由引导加载程序、嵌入式Linux操作系统内核、通用应用软件组件、应用软件程序系统和应用软件数据库组成的。根据这些组成模块的依赖关系和启动引导流程，可以将其划分成不同层次的五大模块，即引导加载程序模块、嵌入式Linux内核模块、应用组件模块、应用程序块和应用数据库模块，每个模块都是由可裁剪的、具有独立功能的组件组成。因此，由这些具有特定功能的模块就可以构成具有可裁剪组件特性的层次化体系结构。

本发明的显著优点是：采用模块化层次化设计，从而可以构成一套完整的、模块层次结构清晰的、集成有多种浅层地震勘探与处理解释方法的一体化嵌入式浅层地震勘探仪器软件系统装置，并且该装置的模块组件是可裁剪的，从而使系统开发、维护和升级都非常方便。

附图说明：

图1是本发明装置的软件系统总体结构图；

其中，第一层(引导加载程序层)是运行在仪器硬件平台上板级初始化加载引导程序系统；第二层(Linux内核层)是由引导加载程序加载到仪器硬件平台内存中运行的嵌入式Linux操作系统内核；第三层(应用组件层)是架设在嵌入式Linux操作系统之上的仪器通用软件平台和算法库；第四层(应用程序层)是利用应用组件资源开发的在操作系统调度和管理之下的浅层地震勘探仪器专用软件系统；第五层(应用数据库层)是应用程序所使用的各种类型数据库。

图2是本发明装置软件系统的图形用户界面(GUI)平台总体结构图；

其中，第一层(硬件设备层)是位于仪器硬件平台上的人机接口设备硬件系统；第二层(设备驱动层)是硬件设备层的各种人机接口设备软件驱动程序；第三层(图形引擎层)是架设在设备驱动层之上的屏幕绘制核心函数集；第四层(图形显示器层)利用图形引擎层的屏幕绘制核心函数集开发的仪器通用的图形显示器与文本编辑器；第五层(用户接口层)是图形引擎层和图形显示器层的应用程序接口。

图3是本发明装置软件系统的地震数据处理算法库总体结构图；

其中，第一层(编辑处理层)为地震记录波形数据编辑与预处理算法模块层；第二层(分析处理层)为地震记录波形数据分析处理算法模块层；第三层(滤波处理层)为地震记录波形数据数字滤波处理算法模块层；第四层(解释处理层)为各种浅层地震勘探方法的地震记录波形数据解释处理算法模块层。

图4为本发明装置软件系统的应用软件系统总体结构图；

其中，第一层(现场探测层)是集成有多种浅层地震勘探方法的现场地震数据采集软件系统；第二层(文件管理层)是仪器地震波形数据库的地震记录文件管理软件系统；第三层(波形显示层)是地震记录波形数据显示控制软件系统；第四层(编辑处理层)是地震记录波形数据编辑与预处理软件系统；第五层(分析处理层)是地震记录波形数据分析处理与结果显示软件系统；第六层(滤波处理层)是地震记录波形数据滤波处理软件系统；第七层(解释处理层)是各种浅层地震勘探方法的地震记录波形数据解释处理软件系统；第八层(向导解释层)是集成有各种浅层地震勘探方法经典解释流程的地震记录波形数据解释处理软件系统。此外，在图4中还提供有两种仪器使用与操作的辅助工具，即常用工具和使用帮助工具。

具体实施方式：

在图1中，本发明装置的软件体系结构包括引导加载程序模块层、嵌入式Linux操作系统内核模块层、应用组件模块层、应用程序模块层及应用数据库层五个不同层次、相互关联的模块：

第一层为引导加载程序层，其是由板级驱动程序(Board Driver)、引导加载程序(BootLoader)和监控程序(Monitor)组成的，主要功能是完成由硬件平台启动到嵌入式Linux操作系统启动的过渡。具体地讲，初始化仪器主机硬件系统平台(包括CPU、堆栈、存储系统、监控串口、以太网口、键盘和显示器等)，建立内存映射表，给嵌入式Linux操作系统内核提供仪器主机硬件平台资源信息，加载嵌入式Linux操作系统内核到仪器主机硬件平台的内存中并引导嵌入式Linux操作系统内核运行。嵌入式Linux操作系统常用的引导加载程序有armboot、redboot、blob和U-Boot等。其中，U-Boot是目前嵌入式Linux操作系统最为常用的通用引导加载程序(Universal Boot Loader)，其是遵循GPL条款的开放源码项目，可以支持各种不同体系结构的硬件系统平台，包括基于x86、ARM、PowerPC、MIPS和Xscale等体系结构的硬件系统平台(所支持硬件平台板高达上百种)，所支持的目标嵌入式操作系统包括OpenBSD、NetBSD，、FreeBSD、4.4BSD、Linux、SVR4、Esix，、Solaris、Irix，、SCO、Dell、NCR、VxWorks、LynxOS、pSOS、QNX、RTEMS和ARTOS。由于U-Boot是一种通用的引导加载程序，因此必须根据仪器主机硬件系统平台上的嵌入式处理器体系结构和类型、存储器系统类型和容量，以及串口和以太网接口等硬件资源对U-Boot进行移植，并且重新编译后通过代码烧写装置将其写到仪器主机硬件系统平台上Flash存储器的复位向量地址起始单元区中。固化有移植后的U-Boot代码的仪器主机硬件系统平台，一加电就可以自举。

第二层为嵌入式Linux内核层，由板级支持包(BSP)、进程调度系统(PSS)、文件系统(FS)、存储系统(MS)、设备系统(DS)和网络系统(NS)和应用程序接口(API)组成的，其是仪器主机软件系统的核心，负责管理整个软件系统的运行与操作。目前，常用的嵌入式Linux操作系统有RT-Linux、uClinux、MontaVista Linux、BlueCat Linux和EDLK等。这些嵌入式Linux操作系统都是开放源代码的通用操作系统，因此需要根据仪器主机硬件系统平台资源对其板级支持包(BSP)中的驱动程序进行必要修改，然后利用其集成开发环境所提供的开发工具进行裁减、配置与编译形成小型的、浅层地震勘探仪器专用的嵌入式Linux操作系统内核，最后通过以太网口以及固化在仪器主机硬件系统平台上的引导加载程序写到硬件平台Flash存储器的嵌入式Linux内核存储区中，这样仪器加电后就可以由引导加载程序启动其运行。

第三层为应用组件层，其是由系统应用程序(SA)、C链接库(CLib)、图形用户界面(GUI)平台和地震数据处理算法库(SLIB)组成，其主要功能是为应用程序提供通用程序模块。其中，系统应用程序(SA)包括mount、bash、ifconfig、init、roote等工具软件，通常放置在根文件系统的/usr/bin目录下；C链接库(CLib)为应用程序的运行库，通常都放在根文件的/usr/lib目录下；用户图形界面(GUI)平台和地震数据处理算法库(SLIB)是仪器应用软件系统专用的通用应用组件，其与应用程序一起放置在根文件系统的/usr/src目录下。

第四层为应用程序层，其是由仪器现场探测、文件管理、波形显示、编辑处理、分析处理、滤波处理与解释处理系统的定制应用程序(IIA)组成的，其集成有现场探测软件、文件管理软件、波形显示软件、编辑处理软件、分析处理软件、解释处理软件、向导解释软件、常用工具软件和使用帮助软件，主要功能是完成浅层地震勘探仪器的现场探测与地震记录波形数据的处理。应用程序层与应用组件层中的GUI和SLIB一起放置在根文件系统的/usr/src目录下。

第五层为应用数据库层，由图形界面图像库、系统参数库、地震记录波形数据库、默认参数库和说明书文本库组成的，其是应用程序定制的数据库。通常，需要在仪器主机硬件平台Flash存储系统中开辟一个存储区作为其存储空间。

完成了第三层(应用组件层)、第四层(应用程序层)和第五层(应用数据库层)软件系统构建后，就可以将其组建成嵌入式Linux操作系统的根文件系统，然后通过嵌入式Linux操作系统集成开发环境提供的工具生成一个压缩的根文件系统映像。得到了操作系统内核映像和根文件系统映像后，需要使用嵌入式Linux操作系统的集成开发环境所提供的工具制作一个可下载的内核映像文件，并将其与根文件系统映像合并成一个文件，并将其烧写到仪器主机硬件系统平台的Flash存储器中。这样，通过适当地配置图1第一层中的引导加载程序，系统就可以启动了。启动后，引导加载程序首先将内核和根文件系统镜像复制到仪器主机系统的内存中，最后跳转到内存中继续执行。待嵌入式Linux内核完全启动后，启动各种应用程序。

图1第三层中的图形用户界面(GUI)平台的体系结构如图2所示，其是本发明为浅层地震勘探仪器专门创建的一种GUI系统架构，与其他GUI平台系统的最大差别在于增加了一个专用图形显示器层。

图2所示GUI平台体系结构从原理上仍然采用的是分层设计方法，以便针对仪器的嵌入式硬件平台多变的外部设备。采用这种分层设计方法的优势在于，每一层次都完成某一特定功能，并且能够在不影响其它层次的基础上针对不同的应用进行改编或重写。图2的每一层组成结构及功能如下：

第一层是硬件设备层，是由位于仪器主机硬件系统平台上的硬件设备组成的。具体地讲，是由键盘、鼠标、触摸屏和彩色LCD显示屏及其接口电路组成的。硬件设备层随仪器主机硬件系统平台变化而变化。

第二层是设备驱动程序层，是由键盘驱动程序、鼠标驱动程序、触摸屏驱动程序和显示驱动程序组成的。此层是直接与仪器主机硬件系统平台中的物理设备打交道的层，因此是GUI平台软件系统的最底层，其随着仪器主机硬件系统平台的变化而变化，一旦硬件系统平台改变就必须修改相关的驱动程序。显示驱动程序是整个仪器GUI平台中最为复杂的部分，但是其复杂性却带来了移植方便性。显示驱动程序中有几个接口和硬件直接打交道，其它程序提供核心的绘图操作，例如读取像素、绘制像素、绘制水平线和绘制直线等。这些绘图操作对系统映射的内存直接操作，从映射的内存中读取像素点的信息。显示驱动程序可以采用支持Linux 2.4.xx内核的FrameBuffer(帧缓存)显示系统，FrameBuffer技术是使底层的图形绘制函数通过直接使用显示设备显存在屏幕上绘制图形的一项技术。Linux操作系统下的FrameBuffer系统使用设备文件——/dev/fdo作为输出，并且利用mmap()函数的系统调用将显示缓存映射到系统内存空间中。仪器GUI平台下的FrameBuffer驱动程序通常可以支持1、2、4、8位灰度和8、15、16、32位彩色显示。若在显示中使用了调色版技术，则必须在显示驱动程序中增加一个特殊的例程，当然也可以使用静态的调色板映射技术。屏幕驱动程序在系统启动时告诉GUI平台屏幕的大小、支持的色彩模式等。

第三层是图形引擎层，是由键盘信息处理函数、鼠标信息处理函数、触摸屏信息处理函数、基本图形绘制函数、剪裁操作函数、布尔操作函数、调色板映射处理函数、灰度映射处理函数、各种格式图形显示操作函数、各种格式文本显示操作函数、不同字体字符显示操作函数和不同字体汉字显示操作函数组成的屏幕绘制核心函数。此层是一种与设备无关的基本图形层，其提供包括画点、画直线、画圆弧、画多边形、区域填充等基本的图形函数。所有的键盘、触摸屏和鼠标动作、文字显示、位图显示都在图形引擎层上实现。

第四层是图形显示器层，是由双相波形显示器、单相波形显示器、二维图形显示器、等值线图形显示器、τ-p谱图形显示器、时距曲线显示器、频散曲线显示器、偏移成像图形显示器、流程图显示器、菜单显示器、地震记录文件浏览器、文本浏览器、图文浏览器、简单文本编辑器和高级文本编辑器组成的浅层地震勘探仪器专用的图文显示与编辑系统。此层是专门根据浅层地震勘探仪器数据采集、波形显示、文件管理、编辑处理、分析处理、滤波处理、解释处理、向导解释和参数设置的需要设计的，其主要功能是为仪器图形用户界面开发提供通用的图形显示器和图文编辑器。其中，双相波形显示器是为地震记录波形数据显示和拟地震深度曲线，以及顶底煤厚探测的时间层位图、速度层位图和厚度层位图设计的；单相波形显示器是为一维频谱显示、相关频谱和速度谱显示设计的；二维图形显示器是为普通的二维图形和图像显示而设计的；等值线图形显示器是为F-K谱和等值线型速度谱设计的；τ-p谱图形显示器是为τ-p谱和类似τ-p谱的能量谱图显示设计的；时距曲线显示器是为时距曲线解释处理结果设计的；频散曲线显示器是为瑞利速度频率曲线、速度波长频散曲线和速度深度频散曲线设计的；偏移成像图形显示器是为时间偏移成像和深度偏移成像图形显示设计的；流程图显示器是为各种浅层地震勘探方法的地震记录波形数据向导解释处理流程图设计的；文件浏览器是为仪器地震记录波形数据库中的地震记录文件目录显示设计的；菜单显示器是为仪器界面菜单显示与操作设计的；文本浏览器是为仪器图形用户界面纯文字文本显示设计的；图文浏览器是为仪器使用说明书、快速入门指南和技术应用指南等图文并茂的文本显示而设计的；简单文本编辑器是为仪器探测参数、分析参数、滤波参数、解释参数、显参、头参、和道参等设置设计的；高级文本编辑器是为文本编辑而设计的一套文字处理系统。因此，图形层中的图文显示与编辑器都是针对浅层地震勘探仪器图形用户界面实际需要设计的。

第五层是用户接口层(是GUI平台的最顶层)，是第三层(图形引擎层)和第四层(图形显示器层)的各种图形应用程序的应用编程接口(API)函数组成的。仪器应用程序系统中的应用程序通过这些接口函数调用GUI平台内的资源。

图1第三层中的地震数据处理算法库(SLIB)的体系结构如图3所示，其是本发明为浅层地震勘探仪器专门创建的一种地震数据处理算法系统架构。

图3所示地震数据处理算法库(SLIB)从原理上仍然采用的是分层设计方法，以便针对仪器的地震记录数据处理程序中的每个操作流程。采用这种分层设计方法的优势在于，每一层次算法模块都完成某一特定处理功能，并且能够在不影响其它层次的基础上针对不同的应用进行改编或重写。图3的每一层组成结构及功能如下：

第一层为编辑处理算法模块层，是由波形编辑算法模块、波形预处理算法模块和抽道与叠加合成算法模块组成的。其中，波形编辑算法模块内嵌有道充零、道复制、道移动、道叠加及其取消、道重排、道反相、道逆序、道切除和道删除算法子模块，其主要功能是为仪器的当前地震记录波形数据编辑处理工具提供编辑处理算法；波形预处理算法模块内嵌有零飘校正、切除背景噪声、道内振幅平衡、道间振幅平衡、自动与手动倍数浮点放大、自动和手动对数浮点放大、线性与抛物线插值二次采样、波组增强、微分和积分算法子模块，其主要功能是为仪器的当前地震记录波形数据编辑处理工具提供预处理算法；抽道与叠加合成算法模块内嵌有手工和自动抽道合成算法、手动和自动叠加合成算法子模块，其主要功能是为仪器的当前地震记录波形数据编辑处理工具提供抽道合成和叠加合成算法。

第二层为分析处理算法模块层，是由一维谱分析算法模块、二维谱分析算法模块、τ-p变换分析算法模块和速度谱分析算法模块组成的，其主要功能是为仪器的当前地震记录波形数据分析处理工具提供各种谱分析算法，并且为后续的滤波处理算法提供基础。其中，一维谱分析算法模块内嵌有FFT分析正与逆变换算法模块；二维谱分析算法模块内嵌有F-K谱分析正与逆变换算法模块；τ-p变换分析算法模块内嵌有τ-p谱分析正与逆变换算法模块；速度谱分析算法模块内嵌有叠加速度和偏移速度分析算法模块。

第三层为滤波处理算法模块，是由一维时域滤波算法模块、一维频域滤波算法模块、无限冲激响应滤波算法模块、二维滤波算法模块、τ-p变换滤波算法模块、分段时变滤波算法模块和相关滤波算法模块组成的，其主要功能是为仪器的当前地震记录波形数据滤波处理工具提供各种数字滤波算法。其中，一维时域滤波算法模块内嵌有理想、线性镶边、余弦镶边和三角波镶边四种褶积滤波算法子模块；一维频域滤波算法模块内嵌有理想、线性镶边、余弦镶边和三角波镶边四种频域滤波算法子模块；无限冲激响应滤波算法模块内嵌的是一种零相位IIR滤波算法；二维滤波算法模块内嵌的是频率-波数(F-K)域滤波算法；τ-p变换滤波算法模块内嵌的是τ-p域倾角滤波算法；分段时变滤波算法模块内嵌的是频率滤波算法(包括一维时域滤波算法、一维频域滤波算法和无限冲激响应滤波算法)；相关滤波算法模块内嵌的是一种零相位地震子波互相关算法。此外，一维时域滤波算法模块、一维频域滤波算法模块、无限冲激响应滤波算法模块和二维滤波算法模块都集成有低通、高通、带通和带组四种滤波方式算法。

第四层为解释处理算法模块层，是由瑞利面波解释处理算法模块、零偏移动距反射解释处理算法模块、最佳窗口反射解释处理算法模块、共偏移距反射解释处理算法模块、多次覆盖反射解释处理算法模块、单边折射解释处理算法模块、双边折射解释处理算法模块、PS波测井解释处理算法模块和顶底煤厚自动解释处理算法模块组成的。其中：

瑞利面波解释处理算法模块内嵌有瑞利面波探测地震记录解释处理所需要的互相关谱分析、速度频率曲线、速度波长频散曲线、速度深度频散曲线和拟地震深度曲线五个算法子模块，其主要功能就是为仪器的瑞利面波地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

零偏移距反射解释处理算法模块内嵌有零偏移距(即自激自收)反射探测地震记录解释处理所需要的初至点自动拾取、反射波自动拾取、反射时间层位图、反射速度层位图和反射深度层位图五个算法子模块，其主要功能是为仪器的零偏移距反射地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

最佳窗口反射解释处理算法模块内嵌有最佳窗口反射探测地震记录解释处理所需要的偏移速度分析、深度偏移成像处理、地震映像处理、相对振幅曲线和相对相位曲线五个算法子模块，其主要功能是为仪器的最佳窗口反射地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

共偏移距反射解释处理算法模块内嵌有共偏移距反射探测地震记录解释处理所需要的初至自动拾取、静校正处理、衰减处理、反射波自动拾取、偏移速度分析和时深转换六个算法子模块，其主要功能是为仪器的共偏移距反射地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

多次覆盖反射解释处理算法模块内嵌有多次覆盖反射探测地震记录解释处理所需要的野外静校正处理、动校正处理、反动校正处理、切除处理、剩余静校正处理、叠前偏移处理、水平叠加处理、叠后偏移处理、反射波自动拾取、时距曲线解释、时深转换处理和偏移成像处理十二个算法子模块，其主要功能是为仪器的多次覆盖反射地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

单边折射解释处理算法模块内嵌有单边激发接收折射探测地震记录解释处理所需要的切除处理、静校正处理、初至自动拾取、时距曲线解释、水平构造解释、低速夹层解释和连续介质解释七个算法子模块，其主要功能是为仪器的单边折射地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

双边折射解释处理算法模块内嵌有单边激发双边接收折射探测地震记录解释所需要的切除处理、静校正处理、初至自动拾取、时距曲线解释、倾斜界面构造解释、阶梯界面构造解释和垂直构造解释七种算法子模块，其主要功能是为仪器的双边折射地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

PS波测井解释处理算法模块内嵌有PS波测井探测地震记录解释处理所需要的初至自动拾取、震源偏移校正、时距曲线解释、P波层速度计算和S波层速度计算五个算法子模块，其主要功能是为仪器的PS波测井地震记录数据解释处理工具提供解释算法；

顶底煤厚自动解释处理算法模块内嵌有煤矿井下巷道顶板和底板煤层厚度探测地震记录解释处理所需要的顶底板煤层速度和厚度全自动解释处理两种算法子模块，其主要功能是为仪器的顶底煤厚探测地震记录数据解释处理工具提供解释算法。

图1的第四层应用程序层的体系结构如图4所示，其是本发明为浅层地震勘探仪器专门创建的一种地震波现场探测与处理解释应用软件系统架构，其主要特征是应用模块化设计思想构建可裁剪组件的层次化体系结构。

图4所示的仪器应用软件系统架构是一种集成有现场探测、文件管理、波形显示、编辑处理、分析处理、滤波处理、解释处理和向导解释的浅层地震勘探现场数据采集与处理解释软件系统架构，其在原理上仍然采用分层设计方法，以便为仪器应用软件系统版本升级和维护时增减模块提供一个理想的体系结构架构。采用这种分层设计方法的优势在于，每一层次都是针对浅层地震勘探地震记录的探测、管理、显示、编辑、分析、处理与解释的每一步骤，并且完成某一特定功能。每个层次能够在不影响其它层次的基础上针对不同的或新的浅层地震勘探技术与方法的应用进行改编或重写。图4的每一层结构、功能和实现方法如下：

第一层为现场探测模块层，由瑞利面波探测、零偏移距探测、最佳窗口探测、共偏移距探测、多次覆盖探测、单边折设探测、双边折射探测、PS波测井探测、顶底煤厚探测和用户探测十个主要工具模块，以及保存默认探参、读取默认探参、读取厂商默认探参、保存探测记录和退出探测状态五个辅助工具模块组成的。其中，前十个探测模块是常用浅层地震勘探方法的现场探测工具模块，其内嵌有施工方法提示模块、探测参数设置模块、共激发点数据采集与显示模块、测点地震记录保存模块、测线地震记录显示和保存模块；后五个模块是现场探测使用的辅助工具模块。因此，此层的主要功能是完成地震波数据采集、显示和存储，所提供的现场探测工具是浅层地震勘探仪器必备的，也是浅层地震勘探的探测与处理工作必须进行的第一步操作所使用的工具。此层所提供的现场探测工具模块界面开发都是基于GUI平台(见图2)，由于采用了可裁剪组件的模块化结构，因此可以根据实际需要随时添加或删除现场探测工具模块。在现场探测工具模块编程的具体实施时，应该规范每一种浅层地震勘探方法的施工方法和探测方法流程，并将每一种探测方法所使用的不同探测参数规范到同一探测参数设置标签中，这样可以使每种现场探测工具模块编程方法获得统一，从而为现场探测工具模块的添加、改编或重写提供方便。

第二层为文件管理模块层，由文件操作与转储模块、文件浏览器和文件参数编辑器组成的。文件操作与转储模块是由文件夹管理、常规文件管理、文件转储操作和操作撤销四个模块组成的。其中，文件夹管理模块内嵌有地震记录文件夹的创建、删除、复制、移动和改名子模块，其主要功能是对仪器地震记录波形数据库中的地震记录文件夹进行管理；常规文件管理模块内嵌有地震记录文件的打开、关闭、保存、另存、复制、删除、恢复、清除、改名、移动和拼接子模块，其主要功能是对仪器地震记录波形数据库中的地震记录文件进行管理；文件转储操作模块内嵌有U盘挂载和卸载模块，其主要功能是挂载插接在仪器上的通用U盘，并且将U盘的存储空间当作仪器地震记录波形数据库一部分，这样就可以利用文件夹管理模块和文件管理模块中的复制和移动工具模块实现地震记录文件转储；操作撤销模块的主要功能是实现当前操作的回退和前进，以便回到上一步或下一步的操作结果。文件浏览器内嵌的是地震记录波形数据库地震记录文件目录的图形化树状层次结构文件浏览器，可以讯速浏览和打开保存在地震记录波形数据库中的地震记录文件。文件参数编辑器内嵌有地震记录文件的显示参数编辑器、文件头参和道参编辑器三个子工具模块，可以快速地修改当前地震记录文件的显参、头参和道参。因此，此层次所提供的文件管理工具主要功能是对存储在仪器地震记录波形数据库或U盘中的地震记录文件进行管理。此层次所提供的文件管理工具是浅层地震勘探仪器必备的，也是浅层地震勘探的探测与处理工作必须进行的第二步操作所使用的工具。存储在地震记录波形数据库中的地震记录文件可以是来自现场探测工具模块的原始记录，也可以是原始记录经过预处理和数字滤波处理后新地震记录。由于所提供的大部分工具模块都是针对地震记录波形数据库，因此在实际开发时应该先建立仪器的地震记录波形数据库。此层次的所有文件管理工具模块的界面开发都基于GUI平台(见图2)。

第三层为波形显示模块层，由波形显示参数设置工具、波形显示控制工具、波形显示浏览工具和默认工具模块组成的。其中，波形显示参数设置工具模块内嵌有当前地震记录波形显示参数设置工具，此参数设置工具可以设置与当前地震记录波形数据显示相关的参数，包括屏幕显示、刻度显示、标度显示、重叠显示、波形显示、光标显示、道选显示、段选显示、点选显示和单位显示十种参数，其主要功能是通过参数设置的方式来控制显示在波形窗中的当前地震记录波形显示方式与显示颜色；波形显示控制工具模块内嵌有当前地震记录波形显示的样点显示控制、道数显示控制、全屏显示控制和全屏正常显示模块，其主要功能是控制波形窗中的地震记录波形显示的道数和样点数；波形显示浏览工具内嵌有当前地震记录波形显示的光标移动、翻屏、道选、段选和点选操作与显示模块，其主要功能是浏览显示在波形窗中地震记录波形并且选择波形数据道、段和点，以便为后续的地震记录波形数据处理提供基础；默认工具模块内嵌有读取厂商默认显参、保存用户默认显参和读取用户默认显参模块，其主要功能是通过保存在仪器默认参数库中显示参数快速控制波形窗中的地震记录波形显示方式和显示颜色。因此，此层次所提供的波形显示工具主要功能是控制与浏览显示在波形窗中的地震记录波形数据。此层所提供的波形显示工具是浅层地震勘探仪器必备的，是地震勘探的探测与处理工作必须进行的第三步操作所使用的工具。波形显示模块的界面开发是完全基于GUI平台(见图2)。具体地讲，是基于GUI平台中的双相波形显示器、简单文本编辑器和菜单显示器(见图2中的第四层图形显示器层)。

第四层为编辑处理模块层，是由选择取消模块、波形编辑模块、波形预处理模块和抽道与叠加合成模块组成的。其中，选择取消模块内嵌有当前地震记录波形的道选择取消、道全部选择和取消选择工具模块，其主要功能是为显示在波形窗中地震记录波形提供快速道选工具；波形编辑模块内嵌有当前地震记录波形的道充零、道复制、道移动、道叠加及其取消、道重排、道反相、道逆序、道切除和道删除工具模块，其主要功能是为显示在波形窗中地震记录波形数据不正常的道、道序和数据段提供编辑工具；波形预处理模块内嵌有零飘校正、切除背景噪声、道内振幅平衡、道间振幅平衡、浮点放大、二次采样、波组增强、微分与积分工具模块，其主要功能是为显示在波形窗中的地震记录波形数据提供预处理工具；抽道与叠加合成模块内嵌有当前地震记录波形的手动和自动抽道合成工具模块以及手动和自动叠加合成工具模块，其主要功能是为显示在波形窗中的地震记录波形数据提供抽道合成和叠加合成为一个或数个新的地震记录文件的工具。因此，此层次所提供的编辑处理工具主要功能是对所显示的当前地震记录波形数据进行编辑和预处理。此层所提供的编辑处理工具是浅层地震勘探的探测与处理工作必须进行的第四步操作所使用的工具。此层次的所有工具模块及其界面开发都是基于GUI平台(见图2)和地震数据处理算法库(见图3)。

第五层为分析处理模块层，是由一维谱分析模块、二维谱分析模块、τ-p变换分析模块、叠加速度谱分析模块和偏移速度分析模块组成的。每个谱分析模块都是由分析参数设置工具模块、分析处理算法模块和相应的谱显示器模块组成的。其中，一维谱分析模块的主要功能是为后续一维频率滤波处理模块(包括一维时域滤波、一维频域滤波和无限冲激响应滤波处理工具模块)提供最佳的滤波参数；二维谱分析模块的主要功能是为后续二维滤波处理工具模块提供最佳的滤波参数；τ-p变换分析模块的主要功能是为后续的τ-p变换滤波处理工具模块提供最佳的滤波参数；叠加速度谱分析模块的主要功能是为后续相应的解释处理根据模块提供最佳的叠加速度参数；偏移速度分析模块的主要功能是为后续相应的解释处理模块提供最佳的偏移速度。因此，此层次所提供的分析处理工具主要功能是为后续的滤波处理和解释处理提供最佳的滤波参数和速度参数。显然，此层所提供的分析处理模块是进行浅层地震波滤波处理和解释处理前必须使用的工具，也是浅层地震勘探的探测与处理工作必须进行的第五步操作所使用的工具。此层次的分析处理算法开发是完全基于地震数据处理算法库第二层所提供的分析算法模块(见图3)，分析参数设置工具模块和分析处理结果显示模块开发是基于GUI平台第四层中的图形显示器(见图2)。

第六层为滤波处理模块层，是由一维时域滤波、一维频域滤波、无限冲激响应滤波、二维滤波、τ-p变换滤波、分段时变滤波和相关滤波处理工具模块组成的，前四类滤波处理工具模块都集成有低通、带通、高通和带阻四种滤波方式。每个滤波处理工具模块都内嵌有滤波参数设置模块、滤波算法模块和滤波结果显示模块。其中，一维时域滤波工具模块内嵌有理性、线性镶边、余弦镶边和三角波镶边四种褶积滤波工具模块；一维频域滤波工具模块内嵌有理性、线性镶边、余弦镶边和三角波镶边四种频域滤波工具模块；分时段滤波工具模块内集成有一维时域滤波、一维频域滤波和无限冲激响应分段滤波算法模块。此层次所提供的一维时域滤波、一维频域滤波和无限冲激响应滤波模块都属于频率滤波工具模块，其主要功能是压制地震信号中在频谱上可以分离干扰波并突出有效地震波；二维滤波工具模块的主要功能是压制地震信号中在频率-波数谱上可以分离干扰波并突出有效地震波；τ-p变换滤波工具模块的主要功能是压制地震信号中在τ-p谱上可以分离的干扰波突出有效地震波；分段时变滤波工具模块的主要功能是对地震记录各道波形数据进行分时间段滤波处理，以便分段压制干扰波突出有效波；相关滤波处理工具模块的主要功能是滤除地震记录波形数据中的随机干扰波。因此，此层次所提供的滤波处理工具模块的主要功能是提取当前地震记录波形数据中的有效波压制影响后续解释处理结果的干扰波。此层所提供的滤波处理软件模块是地震记录处理的关键工具，也是地震勘探的探测与处理工作必须进行的第六步操作所使用的工具。此层次的滤波处理算法开发是完全基于地震数据处理算法库第三层所提供的滤波算法模块(见图3)，滤波参数设置工具模块和滤波处理结果显示模块是开发基于GUI平台第四层中的图形显示器(见图2)。

第七层为解释处理模块层，是由瑞利面波解释处理、零偏移动距解释处理、最佳窗口解释处理、共偏移距解释处理、多次覆盖解释处理、单边折射解释处理、双边折射解释处理、PS波测井解释处理和顶底煤厚自动解释处理十种工具集组成的。每个工具集中都集成有适合于特定勘探方法的地震记录解释处理各种相应解释处理工具模块，并且这些工具模块是按照解释处理流程排列的。同时，每个工具模块都是由参数设置模块、处理算法模块和处理结果显示模块组成的。其中：

瑞利面波解释处理工具集中集成有仪器瑞利面波探测地震记录解释处理所需要的互相关谱分析、速度频率曲线、速度波长频散曲线、速度深度频散曲线和拟地震深度曲线五种工具模块。其中，互相关谱分析工具模块的主要功能是获得双道或多道瑞利面波地震记录的相关振幅谱、相位差谱和相干函数谱，瑞利面波后续的解释处理工具都是基于此工具模块，因此其是瑞利面波解释处理工具集中基础工具；速度频率曲线工具模块的主要功能是获得面波速度与频率参数之间的关系，以便通过人机互动的方法获得最佳的面波速度；速度波长频散曲线和速度深度频散曲线工具模块主要功能是获得之字型频散曲线，从中可以确定被测介质不良地质体位置、形状和规模；拟地震深度曲线工具模块的主要功能是用深度域地震波方式来表示被测介质不良地质体的位置和形状。

零偏移距解释处理工具集中集成有仪器零偏移距(即自激自收)反射探测地震记录解释处理所需要的初至点自动拾取、反射波自动拾取、反射时间层位图、反射速度层位图和反射深度层位图五种工具模块。其中，初至点自动拾取工具模块的主要功能是获得每个地震记录道上直达波首波初至点；反射波自动拾取工具模块的主要功能是获得每个地震记录道上的反射波首至点，此工具模块是后续处理的基础；反射时间层位图、反射速度层位图和反射深度层位图工具模块的主要功能是在每道地震记录上绘制反射波所反映的时间、速度和深度层位图，以便确定被测介质的不良地质体的分布、性质和位置。

最佳窗口解释处理工具集中集成有仪器最佳窗口反射探测地震记录解释处理所需要的偏移速度分析、深度偏移成像处理、地震映像处理、相对振幅曲线和相对相位曲线五种工具模块。其中，偏移速度分析工具模块的主要功能是获得地震记录偏移速度，以便为偏移成像处理工具模块提供基础；偏移成像处理工具模块主要功能是获得反射偏移成像图谱，以便确定被测介质不良地质体的位置与形态；地震映像处理工具模块的主要功能是获得地震记录地震映像图谱，以便确定被测介质不良地质体的形态与规模；相对振幅曲线和相对相位曲线工具模块的主要功能是确定反射波探测的最佳窗口，以便确定反射探测最小和最大的源检距。

共偏移距解释处理工具集中集有共偏移距反射探测地震记录解释处理所需要的初至自动拾取、静校正处理、衰减处理、反射波自动拾取、偏移速度分析和时深转换处理六种工具模块。其中，初至自动拾取工具模块的主要功能是获得每个地震记录道上直达波首波初至，以便为后续的静校正处理工具模块提供基础；静校正处理工具模块的主要功能是将每个地震记录道上初至点校正成一条直线，以便去除观测系统所造成的干扰；衰减处理工具模块的主要功能是将位于持续区中被衰减的地震波振幅放大，以便提高地震记录上反射波幅度，从而为后续的反射波自动拾取工具模块提供基础；反射波自动拾取工具模块的主要功能是获得每道地震记录上的反射波首至点，此工具模块是后续处理的基础；偏移速度分析工具模块主要功能是获得被测地质体反射地震波速度，以便为时深转换处理工具模块提供速度参数；时深转换处理工具模块的主要功能是将时间域地震记录转换成深度域地震记录，以便确定被测介质不良地质体的形态和位置。

多次覆盖解释处理工具集中集成有仪器多次覆盖反射探测地震记录解释处理所需要的野外静校正处理、动校正处理、反动校正处理、切除处理、剩余静校正处理、叠前偏移处理、水平叠加处理、叠后偏移处理、反射波自动拾取、时距曲线解释、时深转换处理和偏移成像处理十二种工具模块。由于仪器多次覆盖解释处理工具集所集成的解释处理工具内嵌的都是经典的多次覆盖解释处理算法，因此其相应释处理工具功能与经典的多次覆盖解释处理解释完全相同。

单边折射解释处理工具集中集成有仪器单边激发接收折射探测地震记录解释处理所需要的切除处理、静校正处理、初至自动拾取、时距曲线解释、水平构造解释、低速夹层解释和连续介质解释工具模块。其中，切除处理工具模块的主要功能是去掉地震记录道中折射波之前的不良数据段，以便为后续初至点自动拾取工具提供基础；静校正处理工具模块的主要功能进行野外静校正处理，以便去掉观测系统所造成的干扰；初至自动拾取工具模块的主要功能是获得每个地震记录道上的折射波首波初至点，以便为时距曲线解释模块提供参数；时距曲线解释工具模块的主要功能是绘制地震记录的时距曲线，以便推断被测介质构造；水平构造解释工具的主要功能是根据距曲线确定被测介质的水平构造各层速度和位置；低速夹层解释工具模块的主要功能是根据距曲线确定被测介质的低速夹层位置和厚度；连续介质解释工具模块的主要功能是根据时距曲线确定弹性介质的各连续分层速度。

双边折射解释处理工具集中集成有仪器单边激发双边接收折射探测地震记录解释所需要的切除处理、静校正处理、初至自动拾取、时距曲线解释、倾斜界面构造解释、阶梯界面构造解释和垂直构造解释处理七种工具模块。其中，切除处理、静校正处理、初至自动拾取和时距曲线解释工具模块的主要功能与单边折射一样，但是解释处理算法不同；倾斜界面构造解释工具模块的主要功能是根据时距曲线确定被测介质的倾斜界面倾角和形态以及各层介质速度；阶梯界面构造解释工具模块的主要功能是根据时距曲线确定被测介质的阶梯界面的位置和各层速度；垂直构造解释工具模块的主要功能是根据时距曲线确定被测介质的垂直构造位置与大小。

PS波测井解释处理工具集中集成有仪器PS波测井探测地震记录解释处理所需要的初至自动拾取、震源偏移校正、时距曲线解释、P波层速度计算和S波层速度计算五种工具模块。其中，初至自动拾取工具模块的主要功能是获得各个地震记录道上的透射波首波初至点，以便为后续处理提供基础；震源偏移校正工具模块的主要功能是去掉因激发点位置高低不同在地震记录上所造成的干扰；时距曲线解释工具模块的主要功能是绘制地震记录的时距曲线，以便为P波和S波速度计算提供基础；P波层速度计算和S波层速度计算工具模块的主要功能是根据时距曲线确定被测介质各层的P波或S波的速度。

顶底煤厚自动解释处理工具集中集成有仪器煤矿井下巷道顶板和底板煤层厚度探测地震记录解释处理所需要的顶底板煤层速度和厚度全自动解释处理工具。这两个全自动解释处理工具模块的主要功能是从地震记录上自动获得被测煤层的速度层位图和深度层位图，以便确定被测煤层的各层速度或厚度。

由此可见，第七层所提供的解释处理工具主要功能是对当前地震记录波数据进行解释处理并获得最终结果。因此，此层所提供的解释处理工具是浅层地震勘探的探测与处理工作必须进行的第七步也是最后一步操作所使用的工具。此层所提供的各种解释处理工具模块的算法开发是完全基于地震数据处理算法库第四层所提供的各种解释处理算法模块(见图3)，解释参数设置工具模块和解释处理结果显示模块开发是基于GUI平台第四层中的图形显示器(见图2)。

第八层为向导解释模块层，是由瑞利面波、零偏移动距、最佳窗口、共偏移距、多次覆盖、单边折射、双边折射、PS波测井解释处理流程图模块组成的。每种流程图模块都按照各自勘探方法的地震记录数据处理的特有经典流程制作的，其内嵌有波形数据显示、编辑、预处理、分析处理、滤波处理和解释处理工具模块提示节点框图，每个节点框图对应一个集成有参数设置模块(若有的话)、处理算法模块和处理结果显示模块的工具模块。解释处理流程图模块中的解释处理算法是完全基于地震数据处理算法库第四层所提供的各种解释处理算法模块(见图3)，解释参数设置模块和解释处理结果显示模块开发是基于GUI平台的第三层和第四层(见图2)。由于向导解释工具将浅层地震记录波形数据处理与解释过程中所需要的显示、编辑、预处理、分析、滤波与解释工具按一定的程序规则集成到一个全图形化的流程图中，用户只需要根据此流程图按顺序进行操作就可获得最终正确的解释结果，从而大大简化了浅层地震记录资料的解释工作，也为非专业地震勘探工作者提供了一个明确清晰的解释流程，解决了用户在地震勘探资料解释处理方面难题。此层次所提供的向导解释工具是一种集成式的综合地震记录解释工具，

本发明所述应用软件系统体系结构除了提供上八层次的探测与处理模块外，还提供有两个仪器操作和使用辅助工具模块，包括常用工具模块和使用帮助工具模块。常用工具模块是由常用辅助工具模块、仪器自检测试工具模块、仪器参数设置工具模块和常用速度换算工具模块。其中，常用辅助工具模块内嵌有简单计算器和记事本，简单计算器主要是为现场探测计算方便设计的，记事本主要是为现场踏勘和现场探测资料记录方便设计的；仪器自检测试工具模块内嵌有地震记录波形数据库容量检测、电池电量检测、键盘测试等工具；仪器参数设置工具模块内嵌有机内实时时钟设置等工具；常用速度换算工具模块内嵌有地震记录解释处理中常用几种速度换算工具。使用帮助工具模块内嵌有快速入门手册、使用说明书、技术应用指南和关于制造商四个图文浏览器，其主要功能是为用户提供在线使用帮助文本，以方便用户使用与操作仪器。无论是常用工具模块还是使用帮助工具模块开发都是基于GUI平台(见图2)。

Claims (5)

1.一种基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，其特征在于：该装置的软件体系结构包括引导加载程序模块层、嵌入式Linux操作系统内核模块层、应用组件模块层、应用程序模块层及应用数据库层五个不同层次、相互关联的模块：

第一层为引导加载程序模块层，其由板级驱动程序、引导加载程序和监控程序组成，采用遵循GPL条款的开放源码项目的通用引导加载程序U-Boot，通过配置和移植构成适合于浅层地震勘探仪器主机硬件系统平台的引导加载程序，编译后烧写到硬件系统平台上Flash存储器的引导区中；

第二层为嵌入式Linux操作系统内核模块层，由板级支持包、进程调度系统、文件系统、存储系统、设备系统和网络系统组成，采用开放源码的嵌入式Linux操作系统MontaVistaLinux、BlueCat Linux、EDLK或RTLinux，根据浅层地震勘探仪器主机硬件系统平台修改其板级支持包中的相关驱动程序，配置和编译成小型嵌入式Linux操作系统内核，通过以太网和仪器主机硬件系统平台上的引导加程序写到仪器主机硬件系统平台上Flash存储器的Linux内核存储区中；

第三层为应用组件模块层，其是由系统应用程序、C链接库、图形用户界面平台、地震数据处理算法库组成，其中，SA存放在根文件系统的目录下；CLib存放在根文件系统的目录下；GUI和SLIB存放在根文件系统的目录下；

第四层为应用程序模块层，其是由现场探测软件、文件管理软件、波形显示软件、编辑处理软件、分析处理软件、滤波处理软件、解释处理软件、向导解释软件、常用工具软件和使用帮助软件模块组成的浅层地震勘探仪器专用的应用软件系统，存放在根文件系统的目录下；

第五层为应用数据库层，其是由图形界面图像库、系统参数库、地震记录波形数据库、默认参数库和说明书文本库组成，作为应用程序定制的专用数据库，在仪器主机硬件系统平台Flash存储器中专门开辟一个大容量数据存储区作为其存储空间。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，其特征在于：所述的第三层中的图形用户界面平台是由硬件设备层、设备驱动程序层、图形引擎层、图形显示器层、用户接口层这五个不同层次、相互关联的模块组成的可裁剪组件的层次化体系结构。

3.根据权利要求1或2所述的基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，其特征在于：所述的第三层中的地震数据处理算法库是由编辑处理算法模块层、分析处理算法模块层、滤波处理算法模块、解释处理算法模块层这四个不同层次、相互关联的处理算法模块组成的可裁剪组件的层次化体系结构；

4.根据权利要求3所述的基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，其特征在于：所述的第四层即应用程序模块层是由现场探测模块层、文件管理模块层、波形显示模块层、编辑处理模块层、分析处理模块层、滤波处理模块层、解释处理模块层及向导解释模块层这由八个不同层次、相互关联的工具模块组成的可裁剪组件的层次化体系结构。

5.根据权利要求4所述的基于嵌入式Linux的浅层地震勘探仪器软件体系结构的装置，其特征在于：所述的第四层即应用程序模块层还提供有两种辅助工具模块，即常用工具模块和使用帮助模块，其中，常用工具模块内嵌有常用辅助工具模块、仪器自检测试工具模块、仪器参数设置模块和常用速度换算模块；使用帮助工具模块内嵌有快速入门指南、使用说明书、技术应用指南和关于制造商图文浏览器，两种辅助工具模块界面都是基于GUI平台开发的。

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