《表面化學(xué)分析 掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式（征求意見稿）》編制說明

1項目背景，包括目的與意義、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、國內(nèi)外現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)隨著掃描探針顯微術(shù)（SPM）發(fā)展和應(yīng)用的日益廣泛。在數(shù)據(jù)格式方面，格式。這些數(shù)據(jù)格式大多互不兼容，給數(shù)據(jù)后續(xù)的傳輸、交換、共享、以及數(shù)因為該標(biāo)準(zhǔn)中所有數(shù)據(jù)都基于ASCII文本，與同信息量的基于二進(jìn)制的文件相處理的軟件共享仍然困難重重，基本只能以企業(yè)或組織間的商業(yè)合作為主要實2SPM格式的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，受到國內(nèi)外各界的廣泛并建立了相應(yīng)的技術(shù)委員會和分委員會(TC201/SC3)；建立了相應(yīng)的研究小組32標(biāo)準(zhǔn)起草工作簡況標(biāo)準(zhǔn)起草工作簡況，包括任務(wù)來源、協(xié)作單位、主要工作過程、主要起草2.1任務(wù)來源本任務(wù)來源于廣東省分析測試協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃項目《表面化學(xué)分為中山大學(xué)，包括中山大學(xué)物理學(xué)院和中山大學(xué)分析測試中心。協(xié)作單位包括2.2起草單位、起草人丁喜冬（中山大學(xué)物理學(xué)院）：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲格式的總體設(shè)計、初稿撰趙亮兵（廣州中源儀器技術(shù)有限公司）：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲格式的程序測試和陳建（中山大學(xué)分析測試中心）：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲格龔力（中山大學(xué)分析測試中心）：負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的測試、比較分析和應(yīng)用。謝偉廣（暨南大學(xué)理工學(xué)院）：負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)范例及儀器產(chǎn)品的測試和應(yīng)用。劉金超（華南理工大學(xué)分析測試中心）：負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的測試、比較分析和應(yīng)2.3主要工作過程4公司生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品首次使用符合本標(biāo)準(zhǔn)的掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存應(yīng)用于廣州中源儀器有限公司生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品中，并對程序進(jìn)行了論稿，在廣州中源儀器有限公司、中山大學(xué)物理學(xué)院、中山大學(xué)分析測試中心儀器有限公司完成了產(chǎn)品范例的修改，改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)范例和產(chǎn)品已在上述5家分析了SPM數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化的要求和思路，提出了一種基于HDF5（HDF，論文《探針顯微鏡中數(shù)據(jù)格式的分析及轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計》，電子顯微學(xué)報,2011(03):215-221。本項目研5標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)修訂項目還應(yīng)當(dāng)列出和原3.1標(biāo)準(zhǔn)的編制原則3.2確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)在表面分析測試領(lǐng)域，許多商用的掃描探針顯微鏡（SPM）在各種不同的實現(xiàn)，所有的數(shù)據(jù)及參數(shù)都記錄在數(shù)字化的文件中。由于所用硬件平臺不同，格式，雖然能夠解決數(shù)據(jù)的傳輸、交換、共享等方面的問題，但存儲效率不高儲，更加適合用于數(shù)據(jù)的存儲和分析處理，但存在兼容性、擴(kuò)展性等方面的問格式標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)主要是實現(xiàn)不同制造商的儀器得到的數(shù)據(jù)的傳輸、交換、共享和歸檔，保證數(shù)據(jù)的完整性；增進(jìn)交流，對從不同儀器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一致的解釋和處理，以降低數(shù)據(jù)分析的不確定性。但I(xiàn)SO28600并不是一套6存儲空間較大，因此不適合于海量數(shù)據(jù)的存儲；其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不支持隨機(jī)讀寫，本文件規(guī)定了在計算機(jī)上存儲掃描探針顯微鏡（SPM）數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)格和關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行緊湊地存儲，適合于對海量數(shù)據(jù)的存儲和共享。該格式的數(shù)據(jù)74方法驗證及格式試驗4.1基本情況大學(xué)物理學(xué)院、廣州中源儀器技術(shù)有限公司、中山大學(xué)分析測試中心、暨南大臺對本標(biāo)準(zhǔn)中掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式進(jìn)行了多方面的試驗、驗證以及測4.1.1方法格式驗證的內(nèi)容所生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡儀器產(chǎn)品中使用了符合本標(biāo)準(zhǔn)所定義的數(shù)據(jù)存儲格式。序的設(shè)計和測試及在該公司儀器產(chǎn)品（掃描探針顯微鏡）中的功能實現(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)84.1.2方法格式驗證的結(jié)果在廣州中源儀器技術(shù)有限公司制造的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品中實現(xiàn)和應(yīng)用已經(jīng)在廣州中源儀器技術(shù)有限公司、中山大學(xué)物理學(xué)院、中山大學(xué)分析測試中心、暨南大學(xué)理工學(xué)院、華南理工大學(xué)分析測試中心多個單位完成驗證和應(yīng)用。結(jié)果表明，使用本數(shù)據(jù)存儲格式標(biāo)準(zhǔn)的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存儲效率較4.2.1基本情況廣州中源儀器技術(shù)有限公司主要完成本標(biāo)準(zhǔn)中格式中的各種數(shù)據(jù)類型總之，本標(biāo)準(zhǔn)格式在廣州中源儀器技術(shù)有限公司的掃描探方法驗證及格式試驗時所用系統(tǒng)的軟硬件開掃描探針顯微鏡的產(chǎn)品型號：中源儀器所有掃描探針顯微鏡產(chǎn)品94.2.2驗證過程及結(jié)果根據(jù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)文件描述創(chuàng)建文件頭部、各參數(shù)表表頭結(jié)構(gòu)定義源文件。序列化。在SPM在線控制軟件工程中引入新生成的源文件，在相應(yīng)的程序節(jié)點(diǎn)填入標(biāo)準(zhǔn)文件規(guī)定的信息，用戶選擇保存時將系統(tǒng)采集到的數(shù)字圖像信息和譜圖數(shù)據(jù)序列化后保存到磁盤文件。2,多通道圖像數(shù)據(jù)保存流程：頭圖像數(shù)據(jù)寫入默認(rèn)配色表圖4.2-1多通道圖像數(shù)據(jù)保存流程3,譜測量數(shù)據(jù)保存流程：頭圖4.2-2譜測量數(shù)據(jù)保存流程圖4.文件頭部定義源文件[StructLayout(LayoutKind.SequentipublicstructSpmData{publicInt32sfSize;publicInt32sfDataType;publicInt32sfDataOffset;}publicstructSpmDataInfoHeader{publicInt32sfHeadSize;publicInt32sfWidth;publicInt32sfHeight;publicUInt16sfPlanes;publicUInt16sfBitCount;publicInt32sfCompression;publicInt32sfDataSize;publicInt32sfXScale;publicInt32sfYScale;publicInt32sfDataClrUsed;publicInt32sfDataImportant;}publicstructSpmTotalParametersHeader{publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型publicInt32saParametersSize;//參數(shù)表字節(jié)數(shù)publicInt32saParametersNumber;//參數(shù)表項數(shù)量publicUInt32saMaxDataValue;//位圖數(shù)據(jù)的最大值publicInt32saBaseParametersOffset;//基本參數(shù)表的偏移量(從參數(shù)表頭開始)publicInt32saExtendParametersOffset;//擴(kuò)展參數(shù)表的偏移量(從參數(shù)表頭開始)publicInt32saRelationParametersOffset;//關(guān)聯(lián)參數(shù)表的偏移量(從參數(shù)表頭開始)}publicstructSpmSubParametersHeader{publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型publicInt32saParametersSize;//參數(shù)表字節(jié)數(shù)publicInt32saParametersNumber;//參數(shù)表項數(shù)量}publicstructSpmSpectraHeader{publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型publicInt32saParametersSize;//參數(shù)表字節(jié)數(shù)publicInt32saSpectraNumber;//譜曲線顯示信息表數(shù)據(jù)項數(shù)量publicInt32saOrdinatesNumber;//縱坐標(biāo)（待測變量）表項數(shù)量publicpublicpublic數(shù)目public顏色數(shù)目saTimesNumber;saPositionsNumber;saDisplayColorUsed;saDisplayColorEach;//每個位置測量遍次數(shù)量//測量位置表項數(shù)量//譜曲線數(shù)據(jù)在顯示時使用的顏色//每條譜曲線數(shù)據(jù)在顯示時使用的publicInt32saPaletteIdentifier;//對應(yīng)彩色表索引號publicInt32saPaletteNumber;//對應(yīng)彩色表顏色數(shù)量}publicstructSpmDataRelationHeader{publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型publicInt32saParametersSize;//插件表字節(jié)數(shù)publicInt32saParametersNumber;//插件表數(shù)據(jù)的項數(shù)publicInt32saParametersOffset;//插件表數(shù)據(jù)的偏移量(從關(guān)聯(lián)表頭開始)[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray,Sipublicbyte[]saDataIdentifier;//數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArrapublicbyte[]saAuxiliaryIdentifier;//數(shù)據(jù)的輔助標(biāo)識publicUInt16saSubdataCoordinates1;publicUInt16saSubdataCoordinates2;publicUInt16saSubdataCoordinates3;publicUInt16saSubdataCoordinates4;}}//<auto-generated>//Generatedbytheprotocolbuffercompiler.DONOTEDIT!//source:proto/SPMDataPto//</auto-generated>#pragmawarningdisable1591,0612,3021,8981#regionDesignergeneratedcodeusingpb=global::Google.Protobuf;usingpbc=global::Google.Protobuf.Collections;usingpbr=global::Google.Protobuf.Reflection;usingscg=global::System.Collections.Generic;namespaceSPMController.ProtoData{///<summary>Holderforreflectioninformationgeneratedfromproto/SPMDataPto</summary>publicstaticpartialclassSPMDataParametersReflection{#regionDescriptor///<summary>Filedescriptorforproto/SPMDataPto</summary>publicstaticpbr::FileDescriptorDescriptor{}privatestaticpbr::FileDescriptordescriptor;staticSPMDataParametersReflection(){byte[]descriptorData=global::System.Convert.FromBase64String(string.Concat("Ch1wcm90by9TUE1EYXRhUGFyYW1ldGVycy5wcm90bxIXU1BNQ29udHJvbGxl","ci5Qcm90b0RhdGEiJAoRU3BtQmFzZVBhcmFtZXRlcnMSDwoHc3BMYWJlbBgB","IAMoCSKHAQoWU3BtRXhwZXJpbWVudFBhcmFtZXRlchIPCgdzcExhYmVsGAEg","ASgJEg4KBnNwVW5pdBgCIAEoCRIPCgdzcFZhbHVlGAMgASgBEhUKDXNwQ2Fs","aWJyYXRpb24YBCABKAESFgoJc3BDb21tZW50GAUgASgJSACIAQFCDAoKX3Nw","Q29tbWVudCJYChdTcG1FeHBlcmltZW50UGFyYW1ldGVycxI9CgRkYXRhGAEg","AygLMi8uU1BNQ29udHJvbGxlci5Qcm90b0RhdGEuU3BtRXhwZXJpbWVudFBh","cmFtZXRlciLiAgoPU3BtSW1hZ2VEaXNwbGF5Eg8KB3NwTGFiZWwYASABKAkS",syntax="proto3";optioncc_enable_arenas=true;packageSPMController.ProtoData;messageSpmBaseParameters{repeatedstringspLabel=1;}messageSpmExperimentParameter{stringspUnit=2;doublespValue=3;doublespCalibration=4;optionalstringspComment=5;}messageSpmExperimentParameters{repeatedSpmExperimentParameterdata=1;}messageSpmImageDisplay{stringspUnit=2;int32spChannelNo=3;int32spPassNo=4;doublespDataStart=5;doublespDisplayStart=7;doublespDisplayEnd=8;doublespImportantStart=9;doublespImportantEnd=10;int32spDisplayColorUsed=11;int32spDisplayColorImportant=12;int32spPaletteIndex=13;int32spPaletteNumber=14;}打開掃描模塊，設(shè)置需要的掃描范圍、掃描分辨率、成像通道，選擇自動字段序號字段標(biāo)識字段名稱驗證情況1數(shù)據(jù)文件類型標(biāo)識符通過2數(shù)據(jù)部分的大小通過3通過4BitmapDataOffset圖像數(shù)據(jù)偏移量通過字段序號字段標(biāo)識字段名稱驗證情況1數(shù)據(jù)信息頭的長度通過2bitmapwidth位圖寬度通過3位圖高度通過4bitmapplanes位圖的位面數(shù)通過5bitcount像素數(shù)據(jù)位數(shù)通過6datacompression數(shù)據(jù)的壓縮方式通過7位圖數(shù)據(jù)的大小通過8bitmapXscale位圖的水平分辨率通過9bitmapYscale位圖的垂直分辨率通過colorused使用的顏色索引數(shù)通過colorImportant重要的顏色索引數(shù)通過字段序號字段標(biāo)識字段名稱驗證情況1TotalParametersIdentifier參數(shù)表標(biāo)識符='PARS'通過2TotalParametersSize整個參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過3TotalParametersNumber整個參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過4BitmapDataMaximum位圖數(shù)據(jù)最大值通過5BaseParametersOffset從參數(shù)表頭開始到基本參數(shù)表之間的字節(jié)的偏移量通過6ExtendParametersOffset從參數(shù)表頭開始到擴(kuò)展參數(shù)表開始之間的字節(jié)的偏移量通過7RelationParametersOffset從參數(shù)表頭開始到關(guān)聯(lián)參數(shù)表開始之間的字節(jié)的偏移量通過字段序號字段標(biāo)識字段名稱驗證情況1BaseParametersIdentifier參數(shù)表標(biāo)識符='BASE'通過2BaseParametersSize基本參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過3BaseParametersNumber基本參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過字段序號字段標(biāo)識字段名稱驗證情況1ExtendParametersIdentifier擴(kuò)展參數(shù)表標(biāo)識符='EXTD'通過2ExtendParametersSize擴(kuò)展參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過3ExtendParametersNumber擴(kuò)展參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過字段序號字段標(biāo)識字段名稱驗證情況1RelationParameters關(guān)聯(lián)參數(shù)表標(biāo)識符='RELA'通過2RelationParametersSize關(guān)聯(lián)參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過3RelationParametersNumber關(guān)聯(lián)參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過4DataIdentifierSPM數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識通過5SPM數(shù)據(jù)的輔助標(biāo)識67SubdataCoordinates28SubdataCoordinates39字段序號字段標(biāo)識23字段序號字段標(biāo)識123字段序號字段標(biāo)識1ParametersListIden處理參數(shù)表標(biāo)識符=TRMT'2處理參數(shù)表的字節(jié)數(shù)3處理參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)接觸原子力_%area18_18_%fd100_100_30_0202312271935l+7@現(xiàn)伊類理標(biāo)思008E3700008E371000080002B00數(shù)據(jù)部分的龍小0000接觸原子力_%area18_18_%fd100_100_30_0202312271AlaL圖4.2-4多通道圖像數(shù)據(jù)信息頭文件截圖接觸原子力_%area18_18_%fd100_100_30_02023122719Nn個參數(shù)表子A本能數(shù)表偏移最57220關(guān)解參敬關(guān)一驗方面，中山大學(xué)物理學(xué)院主要完成了本標(biāo)準(zhǔn)中格式中24位編碼的格式類型的編程實現(xiàn)、測試、試驗和應(yīng)用，以及32位編碼格式標(biāo)準(zhǔn)的測試驗證和應(yīng)用，內(nèi)探針類型：Akiyama-probe驗證格式類型：24位編碼的格式類型、32位編碼格式標(biāo)準(zhǔn)在上述掃描探針顯微鏡產(chǎn)品上進(jìn)行方法格式驗證，采用Akiyama壓電自感應(yīng)探針，對各種樣品進(jìn)行掃描成像，本標(biāo)準(zhǔn)中格式中24位編碼的格式類型進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和讀出，以及32位格式標(biāo)準(zhǔn)的使用。圖像掃描的驗證結(jié)果如下。下主口生票1回西截空Ⅱ國維率0工a人圖4.3-2存儲后讀出的磁盤形貌圖，采用24位編碼的格式圖4.3-3光柵形貌掃描，采用32位編碼的格式類型中山大學(xué)分析測試中心負(fù)責(zé)儀器系統(tǒng)(掃描探針顯微鏡)中標(biāo)準(zhǔn)格式的分要完成了24位編碼的格式類型、32位編碼格式標(biāo)準(zhǔn)的測試和驗證(包括圖像和譜數(shù)據(jù)),使用音叉型自感應(yīng)探針和激光探針，funny光柵、磁盤等樣品。驗證格式類型：24位編碼的格式類型、32位編碼格式標(biāo)