【180】IDL 读写 HDF 文件

　　HDF（Hierarchical Data Formats）数据格式由 NCSA 开发。HDF 提供了大量的数据模式，包括多维数组、表格、图像、注解和调色板。在下面的章节中，将描述 HDF 科学数据系列（SDS）的数据模式，因为它是 HDF 中最具灵活性的，并且它和 NetCDF 具有相似性。也就是说，HDF SDS 的基本组成也是变量、属性和维数。

注意：IDL读取数据与在其他软件上显示的数据位置相反，左上对右下！

注意：HDF记录数据与实际数据是通过一个数量关系获取的，如下图所示：

实际结果 = 显示结果 × slope + intercept

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　　数据：可以从 http://www.gumley.com 中下载这些例子的数据文件：

• EarthProbe5_31_99.hdf
• Manassas.hdf

常用的 HDF SDS 程序

名     称	功     能
HDF_SD_START()	打开一个 SDS 模式的 HDF 文件
HDF_SD_END	关闭一个 SDS 模式的 HDF 文件
HDF_SD_NAMETOINDEX()	返回变量索引
HDF_SD_SELECT	返回变量标识符
HDF_SD_GETDATA	读取变量数据
HDF_SD_ENDACCESS	结束到一个变量的通道
HDF_SD_ATTRFIND()	返回属性索引
HDF_SD_ATTRINFO	读取属性数据
HDF_SD_ATTRFIND()	返回全局属性索引
HDF_SD_ATTRINFO	读取全局属性数据
HDF_SD_FILEINFO	返回文件信息
HDF_SD_GETINFO	返回变量信息
HDF_SD_ATTRINFO	返回属性名称
HDF_SD_START()	创建一个 HDF 文件（参数不同）
HDF_SD_CREATE()	创建一个变量
HDF_SD_DIMGETID()	创建一个维度
HDF_SD_DIMSET	设置维度信息
HDF_SD_ADDDATA	写入变量数据
HDF_SD_ATTRSET	写入属性数据

• HDF_SD_START：打开一个 SDS模式的 HDF 文件。
       【函数】返回值是这个 HDF 文件的 SD ID。如果没有设置关键字，则以只读形式打开。
         语法：Result = HDF_SD_START( Filename [, /READ | , /RDWR] [, /CREATE] )
         说明：READ ----- 只读模式，默认模式；
                      RDWR ----- 读写模式；
                      CREATE ----- 创建一个新的 SD 文件。
• HDF_SD_END：关闭一个 SDS 模式的 HDF 文件。
  语法：HDF_SD_END, SDinterface_id

• HDF_SD_NAMETOINDEX：返回变量索引。（通过名称获取相应的索引值）
       【函数】返回值为指定 SD 数据集的索引值。
         语法：Result = HDF_SD_NAMETOINDEX(SDinterface_id, SDS_Name)
         说明：SDinterface_id ----- 由 HDF_SD_START 返回的 SD ID 值；
                      SDS_Name ----- 指定 SD 数据集中某个字符串名称。

  代码说明：读取变量中的数组（hdf_sd_nametoindex、hdf_sd_select、hdf_sd_getdata）

  file='D:\IDL\A20080200505006.L2_LAC'
  hdfid=HDF_SD_START(file, /rdwr)
   
  ;读取数据中的lat数据
  ;通过latitude来获取相应的索引值
  index=HDF_SD_NAMETOINDEX(hdfid, 'latitude')
  ;通过索引值获取ID值
  varid=HDF_SD_SELECT(hdfid, index)
  ;通过ID值获取数组值
  HDF_SD_GETDATA, varid, latdata

• HDF_SD_SELECT：返回变量标识符。（根据索引值返回相应的 SD 数据集 ID 值）
       【函数】返回值为指定 SD 数据集 ID 值。
         语法：Result = HDF_SD_SELECT(SDinterface_id, Number)
         说明：SDinterface_id ----- 由 HDF_SD_START 返回的 SD ID 值；
                      Number ----- SD 数据集索引值。
• HDF_SD_GETDATA：读取变量数据
         语法：HDF_SD_GETDATA, SDdataset_id, Data [, COUNT=vector] [, /NOREVERSE] [, START=vector] [, STRIDE=vector]
         说明：START ----- 每维中读取的第一个元素（从零开始；默认为 [0, 0, ..., 0]）
                      COUNT -----每维中读取元素的数目（默认情况是从当前 start 的位置到每维的最后一个元素）
                      STRIDE ----- 在每维中提取的间隔（默认为 [1, 1, ..., 1]，意味着每个元素都被选中）
         注意：如果 START、COUNT 或 STRIDE 导致变量超出了范围，则 IDL 在读取时将舍去超出的部分，并给出错误信息。
         在下面的例子中，从 0 列、100 行开始读取 100×1 的变量子集，读取时在列的维度上元素一个隔一个地读取（左右）。

  代码说明：读取变量数据（hdf_sd_nametoindex、hdf_sd_select、hdf_sd_getdata）

  IDL> hdfid = hdf_sd_start('EarthProbe5_31_99.hdf')
  IDL> index = hdf_sd_nametoindex(hdfid, 'TOTAL_OZONE')
  IDL> varid = hdf_sd_select(hdfid, index)
  IDL> hdf_sd_getdata, varid, data, start=[0, 100], count=[100,1], stride=[2,1]
  IDL> help, data
  DATA            INT       = Array[100]
  IDL> data[0:3]
       257       0       0     258
  IDL> hdf_sd_endaccess, varid
  IDL> hdf_sd_end, hdfid
  IDL> tvscl, data

• HDF_SD_ENDACCESS：结束到一个变量的通道。
         语法：HDF_SD_ENDACCESS, SDinterface_id
  
         代码说明：访问变量数据后，需要结束（hdf_sd_endaccess、hdf_sd_end）
  

  IDL> cd, '..\HDF'
  IDL> hdfid = hdf_sd_start('EarthProbe5_31_99.hdf')
  IDL> index = hdf_sd_nametoindex(hdfid, 'TOTAL_OZONE')
  IDL> hdfid
       1441793
  IDL> index
             0
  IDL> varid = hdf_sd_select(hdfid, index)
  IDL> varid
       1310720
  IDL> hdf_sd_getdata, varid, data
  IDL> help, data
  DATA            INT       = Array[288, 180]
  IDL> data[0:3,0:3]
       415     415     415     415
       411     411     411     411
       395     395     395     395
       386     386     386     386
  IDL> hdf_sd_endaccess, varid
  IDL> hdf_sd_end, hdfid
  IDL> tvscl, data

• HDF_SD_ATTRFIND：返回属性索引。（使用 hdfid 读取全局属性）
         语法：Result = HDF_SD_ATTRFIND(SD_id, Name)
         说明：SD_id ----- 由 HDF_SD_START, or HDF_SD_SELECT/HDF_SD_CREATE 得到的 SD ID 值，可以是 hdfid 或者 varid；
                      Name ----- 属性的名称。
• HDF_SD_ATTRINFO：读取属性数据。（使用 hdfid 读取全局属性）
         语法：HDF_SD_ATTRINFO, SD_id, Attr_Index [, COUNT=variable] [, DATA=variable] [, HDF_TYPE=variable] [, NAME=variable] [, TYPE=variable]
         说明：SD_id ----- 由 HDF_SD_START, or HDF_SD_SELECT/HDF_SD_CREATE 得到的 SD ID 值，可以是 hdfid 或者 varid；
                      Attr_Index ----- 索引值；
                     COUNT ----- Set this keyword to a named variable in which the total number of values in the specified attribute is returned.
                     DATA ----- 返回属性数据；
                     HDF_TYPE ----- 返回属性的 HDF type；
                     NAME ----- 返回属性的名称；
                     TYPE ----- 返回数据的类型。
  
         代码实现：读取属性数据（hdf_attrfind、hdf_sd_attrinfo、hdf_sd_nametoindex、hdf_sd_select、hdf_sd_getdata）

  IDL> hdfid = hdf_sd_start('Manassas.hdf')
  IDL> index = hdf_sd_nametoindex(hdfid, 'CEL0: ELEVATION')
  IDL> varid = hdf_sd_select(hdfid, index)
  IDL> attindex = hdf_sd_attrfind(varid, 'valid_range')
  IDL> hdf_sd_attrinfo, varid, attindex, data=attvalue
  IDL> attvalue
     17134   17394
  IDL> hdf_sd_attrinfo, varid, attindex, COUNT=count , DATA=data, HDF_TYPE=HDF_type , NAME=name , TYPE=type
  IDL> count
             2
  IDL> data
     17134   17394
  IDL> hdf_type
  DFNT_INT16
  IDL> name
  valid_range
  IDL> type
  INT

• HDF_SD_FILEINFO：返回文件信息。
         语法：HDF_SD_FILEINFO, SDinterface_id, Datasets, Attributes
         说明：SDinterface_id ----- 由 HDF_SD_START 返回的 SD ID 值；
                      Datasets ----- 变量的总数；
                      Attributes ----- 全局属性的总数。
• HDF_SD_GETINFO：返回变量信息。
         语法：HDF_SD_GETINFO, SDdataset_id [, CALDATA=variable] [, COORDSYS=variable] [, DIMS=variable] [, FILL=variable] [, FORMAT=variable] [, HDF_TYPE=variable] [, LABEL=variable] [, NAME=variable] [, NATTS=variable] [, NDIMS=variable] [, /NOREVERSE] [, RANGE=variable] [, TYPE=variable] [, UNIT=variable]
         说明：SDdataset_id ----- varid，SD 数据集 ID，变量 ID；
                      NATTS ----- 属性的数目；
                      NDIMS ----- 维度的数目；
                      DIMS ----- 具体的维度。

         代码实现：获取变量信息（hdf_sd_getinfo、hdf_sd_select）

  IDL> hdfid = hdf_sd_start('Manassas.hdf')
  IDL> hdf_sd_fileinfo, hdfid, nvars, ngatts
  IDL> nvars
             1
  IDL> ngatts
             6
  IDL> hdfid = hdf_sd_start('EarthProbe5_31_99.hdf')
  IDL> hdf_sd_fileinfo, hdfid, nvars, ngatts
  IDL> nvars
             4
  IDL> ngatts
             0
  IDL> varid = hdf_sd_select(hdfid, 0)
  IDL> hdf_sd_getinfo, varid, name=name, ndims=ndims, type=type, dims=dims
  IDL> name
  TOTAL_OZONE
  IDL> ndims
             2
  IDL> type
  INT
  IDL> dims
           288         180
  IDL> hdf_sd_getinfo, varid, name=name, ndims=ndims, type=type, dims=dims, unit=unit, format=format
  IDL> unit
  MATM_CM
  IDL> format
  I3

• HDF_SD_ATTRINFO：返回属性名称（使用 hdfid 读取全局属性）
         语法：HDF_SD_ATTRINFO, SD_id, Attr_Index [, COUNT=variable] [, DATA=variable] [, HDF_TYPE=variable] [, NAME=variable] [, TYPE=variable]
         说明：SD_id ----- 由 HDF_SD_START, or HDF_SD_SELECT/HDF_SD_CREATE 得到的 SD ID 值，可以是 hdfid 或者 varid；
  
         代码实现：读取指定属性的信息（hdf_sd_attrinfo）

  IDL> hdf_sd_attrinfo, varid, 0, count=count, data=data, HDF_type=hdf_type, name=name, type=type
  IDL> count
             1
  IDL> data
         1.0000000000000000
  IDL> hdf_type
  DFNT_FLOAT64
  IDL> name
  scale_factor
  IDL> type
  DOUBLE

• HDF_SD_CREATE：创建一个变量
         【函数】The HDF_SD_CREATE function creates and defines a Scientific Dataset (SD) for an HDF file. Keywords can be set to specify the data type. If no keywords are present a floating-point dataset is created.
           语法：Result = HDF_SD_CREATE( SDinterface_id, Name, Dims [, /BYTE] [, /DFNT_CHAR8] [, /DFNT_FLOAT32] [, /DFNT_FLOAT64] [, /DFNT_INT8] [, /DFNT_INT16] [, /DFNT_INT32] [, /DFNT_UINT8] [, /DFNT_UINT16] [, /DFNT_UINT32] [, /DOUBLE] [, /FLOAT] [, HDF_TYPE=type] [, /INT] [, /LONG] [, /SHORT] [, /STRING] )

  参考：idl下Hdf5格式文件的读取并转换为hdf
           参考：Adding a product to l1a - l2 processing sequence
           代码实现：新建HDF文件，并添加变量值（hdf_sd_create、hdf_sd_adddata）

    ;新建HDF的文件路径
    file='D:\IDL\sst13.hdf'
    ;以create的形式打开文件
    hdfid=HDF_SD_START(file, /create)
    ;新建latitude变量，在HDF上显示1354列，2040行，默认是浮点型数组
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'latitude', [1354, 2040], /float)
    ;由于从HDF中读取的数据与实际数据存在一个中心对称的关系，因此通过两个reverse实现
    ;latdata就是从其他HDF中读取的数组，将数组的结果添加到变量latitude中去
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(latdata), 2)
   
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'longitude', [1354, 2040], /float)
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(londata), 2)
   
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'sst', [1354, 2040], /float)
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(sstdata1), 2)
   
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'sd', [1354, 2040], /float)
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(sddata1), 2)
   
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'tsm', [1354, 2040], /float)
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(tsmdata1), 2)
   
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'chl', [1354, 2040], /float)
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(chldata1), 2)
   
    sds_id=HDF_SD_CREATE(hdfid, 'chlor_a', [1354, 2040], /float)
    HDF_SD_ADDDATA, sds_id, reverse(reverse(chlordata1), 2)
   
    HDF_SD_ENDACCESS, sds_id
    HDF_SD_END, hdfid

• HDF_SD_DIMGETID：创建一个维度
       【函数】返回值为维度标识符。
         语法：Result = HDF_SD_DIMGETID(SDdataset_id, Dimension_Number)
• HDF_SD_DIMSET：设置维度信息
         语法：HDF_SD_DIMSET, Dim_ID [, /BW_INCOMP] [, FORMAT=string] [, LABEL=string] [, NAME=string] [, SCALE=vector] [, UNIT=string]
• HDF_SD_ADDDATA：写入变量数据（修改变量的值）
         语法：HDF_SD_ADDDATA, SDdataset_id, Data [, COUNT=vector] [, /NOREVERSE] [, START=vector] [, STRIDE=vector]

  代码实现：参见 hdf_sd_create 代码实现

• HDF_SD_ATTRSET：写入属性数据（将某个变量的某个属性值进行修改）
         语法：HDF_SD_ATTRSET, SD_id, Attr_Name, Values [, Count] [, /BYTE] [, /DFNT_CHAR] [, /DFNT_FLOAT32] [, /DFNT_FLOAT64] [, /DFNT_INT8] [, /DFNT_INT16] [, /DFNT_INT32] [, /DFNT_UINT8] [, /DFNT_UINT16] [, /DFNT_UINT32] [, /DOUBLE] [, /FLOAT] [, /INT] [, /LONG] [, /SHORT] [, /STRING]
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