Surfer與AutoCAD結合在繪制等值線中的應用

趙 方，周榮福，耿詠梅，汪麗媛

（中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇徐州 221008）

Surfer與AutoCAD結合在繪制等值線中的應用

趙 方，周榮福，耿詠梅，汪麗媛

（中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇徐州 221008）

簡述了等值線的重要性及Surfer繪圖原理；詳細介紹了使用Surfer與AutoCAD軟件結合繪制等值線的方法和步驟。研究表明：使用Surfer與AutoCAD軟件結合繪制等值線的方法準確、快捷，從而能大大提高制圖的質量和效率。

Surfer；AutoCAD；等值線；煤礦；圖件

在地形勘探、地下水監測、氣象監控及煤礦生產和建設等過程中，各類相關等值線圖件都是必不可少的基礎圖件，它的及時性、準確性和齊全性直接影響著相應部門的生產和建設。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人員的時間，而且經常因為繪圖人員的技術水平不同導致繪制的圖件質量也大相徑庭。有時候會發生 2幅同一地區的等值線圖無法吻合的事情，大大影響了實際的生產應用，嚴重時可能會造成國家的損失。Surfer是美國Goldensoftware公司開發的專業等值線圖繪制軟件，功能強大，插值方法多，用戶可以根據自己實際需要編輯插值公式，迅速將離散的數據通過插值轉化為數據曲面。AutoCAD是交互式微機繪圖應用軟件，具有強大的圖形編輯和二次開發功能，許多圖紙掃描和矢量化可以被CAD軟件編輯，而且可以導入其他軟件的圖形文件，從而得以編輯。

1 Surfer與AutoCAD結合繪圖原理

Surfer繪制等值線的基本原理：利用空間上若干離散點的屬性數據，通過內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，最關鍵的一點是對原始數據進行網格化，即采用一定的網格化方法對不規則分布的原始數據點進行插值，生成在原始數據分布范圍內規則間距的數據點分布。因此，數學模型既插值方法是繪制等值線的核心。Surfer提供了12種網格化模型，通過對模型的選擇進行靈活的參數設置，能迅速地將離散點的測量數據通過插值轉換為連續的數據曲面，進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”內插法和“加權反距離平方”內插法。當空間連續性變化的屬性非常不規則時一般用“克里格”插值法，如隔水層等厚線圖、煤層等厚線圖等。當離散點較少、空間連續性變化的屬性比較均勻時一般用“加權反距離平方”內插法，如煤層底板等高線圖、等水位線圖等。不管哪種方法，收集的離散點越多，繪制的等值線圖越準確。

Surfer中繪制成圖的等值線以相應的格式導入Auto-CAD軟件中，利用其線性編輯功能對等高線進行深一步完善處理，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，詳細表述surfer與AutoCAD結合繪制等值線的方法和步驟。

2 繪圖的方法和步驟及實例分析（見圖1）

圖1 等值線繪制步驟

2.1 數據編輯 (建立Excel數據庫)

編輯離散點數據及相關參數。離散點的數據結構至少包括3個字段，通常前兩個字段是該點的坐標(x，y)，第三個字段是該點的屬性值。如繪制頂板泥巖厚度等高線，前兩個字段是鉆孔和見煤點的坐標 (x，y)，第三個字段是鉆孔和見煤點的頂板泥巖標高。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”的離散點數據。第二列為該區域內鉆孔的 x坐標，第三列為 y坐標，第四列為該點處的頂板泥巖厚度。如果需要生成張貼圖，可以增加 1個字段說明“屬性”，例如“鉆孔編號”放在第一列。將數據輸入到Excel中建立數據庫，準備生成等值線圖。

表1 數據表

2.2 基于Surfer繪制等值線圖

1）生成網格文件（*.grd）。網格文件是 Surfer繪制等值線圖的基礎，在Surfer中選擇菜單欄“網格”-“數據”選擇收集的離散點數據表，單擊確定，在圖2對話框“數據列”欄中選擇 x，y列數據 (注意：在Surfer中使用的是笛卡爾坐標系，礦上用的是高斯直角坐標系，因此在這里的 x數據列要選擇高斯直角坐標系的y列，y數據列要選擇高斯直角坐標系的x列)，在z列中選擇要估值的數據，如繪制“頂板泥巖等厚線圖”需輸入 H（頂板泥巖厚度）數據列，單擊“查看數據”可查看數據格式。本例在網格化方法中選擇插值方法是“克里格”，在“高級選項”中對估值方法的參數進行設置。根據需要輸入完對話參數后，單擊確定，生成網格文件（2.grd）。

圖2 網格化數據（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，出現對話框后選擇先前生成的網格文件 (2.grd)，打開網格文件，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，對等值線等級、標注，等值線之間的顏色及坐標軸屬性等進行修改，以便完善等值線的修飾和調整。有些原CAD基礎圖件的坐標系經過旋轉，Surfer中選擇菜單命令中“排列”-“旋轉”。如本例中“夾河礦2煤頂板泥巖等厚線”圖需經過 144°旋轉保持與原圖方位一致。

4）生成張貼圖。張貼圖用來放置數據點到一個地圖上。包含了 X、Y坐標的數據文件用于定位地圖上數據點的位置，同時也可以對每個點進行標注。選擇菜單命令“地圖”-“張貼圖”-“新建張貼圖”，出現對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，出現屬性對話框，X坐標與Y坐標也與等值線圖選擇一致，標注列選擇“鉆孔編號”，這才生成帶有數據點的張貼圖（見圖3）。

圖3 張貼圖屬性對話框

5）覆蓋等值線圖與張貼圖。當創建一個張貼圖的時候，在當前的繪圖窗口創建了一個完全獨立于其他地圖的一個新的地圖。它用符號和標注來表現X、Y位置。其既可以單獨用來表現原始數據的空間分布特征，也可以將其覆蓋到一個基于網格的地圖（如等值線圖）上，以得到更完美的數據可視化效果。當張貼圖與等值線圖同時顯示的時候，會有 2個坐標集，每個坐標集對應一個地圖。我們要使用覆蓋地圖的命令，將 2個地圖被組合為1個單獨的地圖，擁有且僅僅有1個坐標集。按鍵盤的F2鍵，選擇 2個地圖，點擊“地圖”-“覆蓋地圖”命令，2個地圖被組合到1個覆蓋中，這將在每個數據位置放置點符號，得到最終結果（見圖4）。

圖4 帶有坐標數據的等厚線圖

6）輸出等值線圖。得到最終的等值線完善圖后，打開“文件”-“輸出”保存成 AutoCAD能夠打開的(2.dxf)格式的圖形文件。但是需要注意的是，在輸出對話框中的“DXF矩形”（見圖5）一欄中，左下角與右上角的X、Y坐標值需要輸入原CAD基礎礦圖中的相應值，才能保證輸出的圖形文件中的坐標點與原Auto-CAD圖中相應點吻合。

圖5 DXF輸出對話框

2.3 基于AutoCAD對生成的等值線圖進行制圖分析

啟動AutoCAD軟件，打開原有的基礎圖件，建立名為 “2煤頂板泥巖等厚線”的新圖層并設置為當前圖層；再打開利用 Surfer繪制并轉出的（2.dxf）格式的 2煤頂板泥巖等厚線圖，把該圖復制并粘貼到原圖中，則該圖坐標點自動吻合于原圖上坐標點；再利用AutoCAD強大的圖形編輯功能，得到我們所需要的最終等值線圖，并可以應用在實際的生產和建設中了。

3結 語

Surfer本身還存在著一些不足。比如，在Surfer輸出時，DXF輸出選項有許多控制參數，雖然可以精細地控制輸出的DXF文件，但是選項字符串是不能太長的，否則執行不了。在Surfer中，網格 [*.grd]文件是有限制的，其網格密度不能超過10000×10000，從而使一些超大網格數據無法處理，必須另辟蹊徑。但是從總體上來說，應用Surfer軟件與AutoCAD進行等值線的繪制，不僅節省時間、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量，是傳統手繪方法的重要改進和突破，進一步拓寬了我們解決問題的思路，值得應用。

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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

項目來源：國家973計劃資助項目（2009CB219605）。

趙方，碩士，主要研究煤礦地質與GIS相關領域及相關軟件繪圖。