趙 方，周榮福，耿詠梅，汪麗媛

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州 221008）

Surfer與AutoCAD結(jié)合在繪制等值線中的應(yīng)用

趙 方，周榮福，耿詠梅，汪麗媛

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州 221008）

簡(jiǎn)述了等值線的重要性及Surfer繪圖原理；詳細(xì)介紹了使用Surfer與AutoCAD軟件結(jié)合繪制等值線的方法和步驟。研究表明：使用Surfer與AutoCAD軟件結(jié)合繪制等值線的方法準(zhǔn)確、快捷，從而能大大提高制圖的質(zhì)量和效率。

Surfer；AutoCAD；等值線；煤礦；圖件

在地形勘探、地下水監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)控及煤礦生產(chǎn)和建設(shè)等過(guò)程中，各類相關(guān)等值線圖件都是必不可少的基礎(chǔ)圖件，它的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和齊全性直接影響著相應(yīng)部門(mén)的生產(chǎn)和建設(shè)。一般手工繪制的等值線圖，不僅速度慢、效率低，大量消耗著工程技術(shù)人員的時(shí)間，而且經(jīng)常因?yàn)槔L圖人員的技術(shù)水平不同導(dǎo)致繪制的圖件質(zhì)量也大相徑庭。有時(shí)候會(huì)發(fā)生 2幅同一地區(qū)的等值線圖無(wú)法吻合的事情，大大影響了實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成國(guó)家的損失。Surfer是美國(guó)Goldensoftware公司開(kāi)發(fā)的專業(yè)等值線圖繪制軟件，功能強(qiáng)大，插值方法多，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際需要編輯插值公式，迅速將離散的數(shù)據(jù)通過(guò)插值轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)曲面。AutoCAD是交互式微機(jī)繪圖應(yīng)用軟件，具有強(qiáng)大的圖形編輯和二次開(kāi)發(fā)功能，許多圖紙掃描和矢量化可以被CAD軟件編輯，而且可以導(dǎo)入其他軟件的圖形文件，從而得以編輯。

1 Surfer與AutoCAD結(jié)合繪圖原理

Surfer繪制等值線的基本原理：利用空間上若干離散點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)插法生成一系列光滑曲線即等值線，同一等值線上所代表的屬性值是處處相等的。繪制等值線，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，即采用一定的網(wǎng)格化方法對(duì)不規(guī)則分布的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值，生成在原始數(shù)據(jù)分布范圍內(nèi)規(guī)則間距的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布。因此，數(shù)學(xué)模型既插值方法是繪制等值線的核心。Surfer提供了12種網(wǎng)格化模型，通過(guò)對(duì)模型的選擇進(jìn)行靈活的參數(shù)設(shè)置，能迅速地將離散點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)插值轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，進(jìn)一步繪制各種類型的等值線圖。

在等值線圖繪制中用的比較多的插值方法有“克里金”內(nèi)插法和“加權(quán)反距離平方”內(nèi)插法。當(dāng)空間連續(xù)性變化的屬性非常不規(guī)則時(shí)一般用“克里格”插值法，如隔水層等厚線圖、煤層等厚線圖等。當(dāng)離散點(diǎn)較少、空間連續(xù)性變化的屬性比較均勻時(shí)一般用“加權(quán)反距離平方”內(nèi)插法，如煤層底板等高線圖、等水位線圖等。不管哪種方法，收集的離散點(diǎn)越多，繪制的等值線圖越準(zhǔn)確。

Surfer中繪制成圖的等值線以相應(yīng)的格式導(dǎo)入Auto-CAD軟件中，利用其線性編輯功能對(duì)等高線進(jìn)行深一步完善處理，最終可獲得所需要的完美圖件。

本文以繪制夾河礦2煤頂板泥巖等厚線圖為例，詳細(xì)表述surfer與AutoCAD結(jié)合繪制等值線的方法和步驟。

2 繪圖的方法和步驟及實(shí)例分析（見(jiàn)圖1）

圖1 等值線繪制步驟

2.1 數(shù)據(jù)編輯 (建立Excel數(shù)據(jù)庫(kù))

編輯離散點(diǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)。離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)至少包括3個(gè)字段，通常前兩個(gè)字段是該點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y)，第三個(gè)字段是該點(diǎn)的屬性值。如繪制頂板泥巖厚度等高線，前兩個(gè)字段是鉆孔和見(jiàn)煤點(diǎn)的坐標(biāo) (x，y)，第三個(gè)字段是鉆孔和見(jiàn)煤點(diǎn)的頂板泥巖標(biāo)高。表 1所示為收集的繪制“夾河礦2煤頂板泥巖厚度等值線圖”的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)。第二列為該區(qū)域內(nèi)鉆孔的 x坐標(biāo)，第三列為 y坐標(biāo)，第四列為該點(diǎn)處的頂板泥巖厚度。如果需要生成張貼圖，可以增加 1個(gè)字段說(shuō)明“屬性”，例如“鉆孔編號(hào)”放在第一列。將數(shù)據(jù)輸入到Excel中建立數(shù)據(jù)庫(kù)，準(zhǔn)備生成等值線圖。

表1 數(shù)據(jù)表

2.2 基于Surfer繪制等值線圖

1）生成網(wǎng)格文件（*.grd）。網(wǎng)格文件是 Surfer繪制等值線圖的基礎(chǔ)，在Surfer中選擇菜單欄“網(wǎng)格”-“數(shù)據(jù)”選擇收集的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)表，單擊確定，在圖2對(duì)話框“數(shù)據(jù)列”欄中選擇 x，y列數(shù)據(jù) (注意：在Surfer中使用的是笛卡爾坐標(biāo)系，礦上用的是高斯直角坐標(biāo)系，因此在這里的 x數(shù)據(jù)列要選擇高斯直角坐標(biāo)系的y列，y數(shù)據(jù)列要選擇高斯直角坐標(biāo)系的x列)，在z列中選擇要估值的數(shù)據(jù)，如繪制“頂板泥巖等厚線圖”需輸入 H（頂板泥巖厚度）數(shù)據(jù)列，單擊“查看數(shù)據(jù)”可查看數(shù)據(jù)格式。本例在網(wǎng)格化方法中選擇插值方法是“克里格”，在“高級(jí)選項(xiàng)”中對(duì)估值方法的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)需要輸入完對(duì)話參數(shù)后，單擊確定，生成網(wǎng)格文件（2.grd）。

圖2 網(wǎng)格化數(shù)據(jù)（是否涉密）

2）生成等值線。在Surfer中選擇菜單欄“地圖”-“等值線圖”-“新建等值線圖”或單擊右邊工具欄上的“新建等值線圖”命令按鈕，出現(xiàn)對(duì)話框后選擇先前生成的網(wǎng)格文件 (2.grd)，打開(kāi)網(wǎng)格文件，即完成了最初的等值線繪制。

3）修改完善等值線。左鍵雙擊剛生成的等值線圖，對(duì)等值線等級(jí)、標(biāo)注，等值線之間的顏色及坐標(biāo)軸屬性等進(jìn)行修改，以便完善等值線的修飾和調(diào)整。有些原CAD基礎(chǔ)圖件的坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)，Surfer中選擇菜單命令中“排列”-“旋轉(zhuǎn)”。如本例中“夾河礦2煤頂板泥巖等厚線”圖需經(jīng)過(guò) 144°旋轉(zhuǎn)保持與原圖方位一致。

4）生成張貼圖。張貼圖用來(lái)放置數(shù)據(jù)點(diǎn)到一個(gè)地圖上。包含了 X、Y坐標(biāo)的數(shù)據(jù)文件用于定位地圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置，同時(shí)也可以對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。選擇菜單命令“地圖”-“張貼圖”-“新建張貼圖”，出現(xiàn)對(duì)話框后選擇與生成等值線相同的Excel文件。在生成的張貼圖上雙擊，出現(xiàn)屬性對(duì)話框，X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)也與等值線圖選擇一致，標(biāo)注列選擇“鉆孔編號(hào)”，這才生成帶有數(shù)據(jù)點(diǎn)的張貼圖（見(jiàn)圖3）。

圖3 張貼圖屬性對(duì)話框

5）覆蓋等值線圖與張貼圖。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)張貼圖的時(shí)候，在當(dāng)前的繪圖窗口創(chuàng)建了一個(gè)完全獨(dú)立于其他地圖的一個(gè)新的地圖。它用符號(hào)和標(biāo)注來(lái)表現(xiàn)X、Y位置。其既可以單獨(dú)用來(lái)表現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的空間分布特征，也可以將其覆蓋到一個(gè)基于網(wǎng)格的地圖（如等值線圖）上，以得到更完美的數(shù)據(jù)可視化效果。當(dāng)張貼圖與等值線圖同時(shí)顯示的時(shí)候，會(huì)有 2個(gè)坐標(biāo)集，每個(gè)坐標(biāo)集對(duì)應(yīng)一個(gè)地圖。我們要使用覆蓋地圖的命令，將 2個(gè)地圖被組合為1個(gè)單獨(dú)的地圖，擁有且僅僅有1個(gè)坐標(biāo)集。按鍵盤(pán)的F2鍵，選擇 2個(gè)地圖，點(diǎn)擊“地圖”-“覆蓋地圖”命令，2個(gè)地圖被組合到1個(gè)覆蓋中，這將在每個(gè)數(shù)據(jù)位置放置點(diǎn)符號(hào)，得到最終結(jié)果（見(jiàn)圖4）。

圖4 帶有坐標(biāo)數(shù)據(jù)的等厚線圖

6）輸出等值線圖。得到最終的等值線完善圖后，打開(kāi)“文件”-“輸出”保存成 AutoCAD能夠打開(kāi)的(2.dxf)格式的圖形文件。但是需要注意的是，在輸出對(duì)話框中的“DXF矩形”（見(jiàn)圖5）一欄中，左下角與右上角的X、Y坐標(biāo)值需要輸入原CAD基礎(chǔ)礦圖中的相應(yīng)值，才能保證輸出的圖形文件中的坐標(biāo)點(diǎn)與原Auto-CAD圖中相應(yīng)點(diǎn)吻合。

圖5 DXF輸出對(duì)話框

2.3 基于AutoCAD對(duì)生成的等值線圖進(jìn)行制圖分析

啟動(dòng)AutoCAD軟件，打開(kāi)原有的基礎(chǔ)圖件，建立名為 “2煤頂板泥巖等厚線”的新圖層并設(shè)置為當(dāng)前圖層；再打開(kāi)利用 Surfer繪制并轉(zhuǎn)出的（2.dxf）格式的 2煤頂板泥巖等厚線圖，把該圖復(fù)制并粘貼到原圖中，則該圖坐標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)吻合于原圖上坐標(biāo)點(diǎn)；再利用AutoCAD強(qiáng)大的圖形編輯功能，得到我們所需要的最終等值線圖，并可以應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)和建設(shè)中了。

3結(jié) 語(yǔ)

Surfer本身還存在著一些不足。比如，在Surfer輸出時(shí)，DXF輸出選項(xiàng)有許多控制參數(shù)，雖然可以精細(xì)地控制輸出的DXF文件，但是選項(xiàng)字符串是不能太長(zhǎng)的，否則執(zhí)行不了。在Surfer中，網(wǎng)格 [*.grd]文件是有限制的，其網(wǎng)格密度不能超過(guò)10000×10000，從而使一些超大網(wǎng)格數(shù)據(jù)無(wú)法處理，必須另辟蹊徑。但是從總體上來(lái)說(shuō)，應(yīng)用Surfer軟件與AutoCAD進(jìn)行等值線的繪制，不僅節(jié)省時(shí)間、提高工作效率,而且避免由于人為原因造成的誤差,提高了等值線繪制的質(zhì)量，是傳統(tǒng)手繪方法的重要改進(jìn)和突破，進(jìn)一步拓寬了我們解決問(wèn)題的思路，值得應(yīng)用。

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Application of Auto CAD and Surfer to the Contour Draw ing

by ZHAO Fang

This paper described the significance of contour and the principle of Surfer drawing.Details of the use of Surfer and Auto CAD combined contour drawing methods and procedures.Because of its accuracy and rapidity,it improved the graphics quality and efficiency.

Surfer,Auto CAD,contour,coal mine,Map （Page:46）

P208

B

1672-4623(2011)02-0046-03

2010-10-15

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家973計(jì)劃資助項(xiàng)目（2009CB219605）。

趙方，碩士，主要研究煤礦地質(zhì)與GIS相關(guān)領(lǐng)域及相關(guān)軟件繪圖。