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Add waveform data formats #13

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Jan 5, 2021
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81 changes: 81 additions & 0 deletions source/seismogram/data-format.rst
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@@ -0,0 +1,81 @@
波形数据格式
============

日常科研中,经常会接触不同格式的波形数据,最常见的是 SAC 和 miniSEED 格式。
每种数据格式都有各自的优点和缺点。例如,SAC 格式有利于数据处理和分析,
但不利于大批量数据的存储和交换。miniSEED 格式有利于波形数据的存档和交换,
近几年也常用于数据处理和分析,因此,miniSEED 格式是目前地震学领域\ **最流行**\ 的波形数据格式。

SAC
---

SAC 格式由 `SAC <https://ds.iris.edu/ds/nodes/dmc/software/downloads/SAC/>`__
(Seismic Analysis Codes)软件定义,但许多其他软件也支持该格式。每个 SAC 文件包含头段区
和时间序列数据区,其中头段区定义了与台站、事件、走时、以及用户自定义信息等相关的变量。
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SAC 软件在处理和分析波形数据方面有着传统地位,同时,SAC 数据中可以提前一些元数据和事件信息,
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因此,SAC 格式是日常科研中常用的一种数据格式。但若选择该格式来存储数据,则需要很大的磁盘空间。
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miniSEED
--------

SEED 全称 Standard for the Exchange of Earthquake Data(地震数据交换标准),
主要用于地震学时间序列数据和相关元数据的归档和交换。最新的 SEED 标准是 2012 年发布的
`SEED 2.4 <http://www.fdsn.org/pdf/SEEDManual_V2.4.pdf>`__。
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虽然该格式包含了完备的地震学观测数据,但一般需要利用
`rdseed <https://github.com/iris-edu-legacy/rdseed>`__ 软件
转换成其他格式,再进行数据处理和分析。
IRIS 自 2020 年 1 月开始不再提供 SEED 格式的数据下载支持,
详情可阅读 `IRIS 数据服务通讯 <http://www.iris.washington.edu/ds/newsletter/vol21/no1/509/retirement-of-full-seed-data-volumes-from-iris-dmc/>`__。
IRIS 也已\ `不再维护 rdseed 软件 <https://ds.iris.edu/ds/nodes/dmc/manuals/rdseed/>`__。

.. note::

除了 rdseed 外,ObsPy 也可以将 SEED 格式转换成其他格式。
其 `read <https://docs.obspy.org/packages/autogen/obspy.core.stream.read.html>`__ 函数
可以读取 SEED 里的时间序列数据,然后利用 `write <https://docs.obspy.org/packages/autogen/obspy.core.stream.Stream.write.html>`__
方法转换成其他格式。
其 `xseed <https://docs.obspy.org/master/packages/obspy.io.xseed.html>`__ 模块的
`Parser <https://docs.obspy.org/master/packages/autogen/obspy.io.xseed.parser.Parser.html>`__ 类
可以读取 SEED 里的元数据,并转换成其他格式。



miniSEED 是 SEED 格式的子集,一般用于地震学时间序列数据的归档和交换。
其包含的时间序列的元数据非常有限,一般只有时间序列标识和简单的运行状况标志,
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不包含台站地理坐标、仪器响应以及其他解释数据所需的信息。

近几年,由于地震学数据处理和分析软件的快速发展
(如 `ObsPy <https://github.com/obspy/obspy/wiki>`__),
miniseed 格式也常用于数据处理和分析。此时,需要的元数据从一定格式的
元数据中提取。例如,目前比较流行的组合方式是 miniSEED 格式的时间序列数据和
`stationXML <https://www.fdsn.org/xml/station/>`__ 格式的元数据。

其他格式
--------

日常科研中,我们还会接触其他常见的波形数据格式:

- rg16 格式:全称 Receiver Gather 1.6-1,是 `Magseis Fairfield <https://magseisfairfield.com/>`__
制造的 `Zland <https://fairfieldgeo.com/media/pdfs/FG-ZLand-Brochure-ENGLISH.pdf>`__
地震仪记录的波形数据格式。
- WIN32 格式:日本 `NIED Hinet <https://www.hinet.bosai.go.jp/>`__
基于 WIN 数据格式开发的格式,主要用于 Hinet 波形数据的存储和交换。

格式转换
--------

不同波形数据格式经常要互相转换,以实现不同的目的。

- `ObsPy <https://github.com/obspy/obspy/wiki>`__ 软件提供的\
`波形数据读写模块 <https://docs.obspy.org/master/packages/index.html>`__\
几乎可以实现目前所有波形数据格式的互相转换。
- `mseed2sac <https://github.com/iris-edu/mseed2sac>`__ 软件可以
将 miniSEED 格式转成 SAC 格式。
- `WIN32 Tools <https://hinetwww11.bosai.go.jp/auth/manual/?LANG=en#WIN32TOOLS>`__
中的 ``win2sac_32`` 可以将 WIN32 格式转成 SAC 格式。

参考文档
--------

- https://ds.iris.edu/ds/nodes/dmc/data/formats/
12 changes: 9 additions & 3 deletions source/seismogram/index.rst
Original file line number Diff line number Diff line change
@@ -1,9 +1,15 @@
地震图
======

地震图 (seismogram) 是指地震仪记录到的带有计时信息的地面质点运动(位移、速度、加速度、转动等),
也称为地震波形 (seismic waveform)。其一般有三个正交分量,如南北、东西和垂直分量,
地震图seismogram是指地震仪记录到的带有计时信息的地面质点运动(位移、速度、加速度、转动等),
也称为地震波形seismic waveform。其一般有三个正交分量,如南北、东西和垂直分量,
因此地震图的本质是时间序列。

地震图与元数据 (metadata) 共同构成了完备的地震学观测数据。元数据包含与地震图相关的重要信息,
地震图与元数据metadata共同构成了完备的地震学观测数据。元数据包含与地震图相关的重要信息,
如台站位置、仪器响应等。


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data-format