計算機繪圖在地質(zhì)工作中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

李同春

(平煤股份勘探工程處，河南 平頂山 467099)

作為計算機應(yīng)用學(xué)科的一個重要分支，計算機繪制圖技術(shù)在工科專業(yè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。一些高質(zhì)量、高水平的礦圖的繪制能夠幫助工程技術(shù)和管理人員正確的指導(dǎo)地質(zhì)工作的進行，使生產(chǎn)進程得到更加合理、科學(xué)的安排。尤其是在科學(xué)技術(shù)得到了飛速發(fā)展的今天，以計算機輔助設(shè)計(CAD)、Surfer、Matlab為代表的繪圖軟件已經(jīng)在航空、航天、汽車、機械、電子、建筑等多個行業(yè)領(lǐng)域得到了重要的應(yīng)用，使得工程設(shè)計發(fā)生了歷史性的變革［1］。在當(dāng)前的地質(zhì)工作中，緊密跟隨現(xiàn)代化的建設(shè)步伐，通過科學(xué)管理進行正確的勘探、設(shè)計，及時可靠的制定施工方案已經(jīng)成為該領(lǐng)域獲得發(fā)展的基本要求，而在這一過程中，現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術(shù)和工程圖件的應(yīng)用，尤其是測繪技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及地理信息技術(shù)的推廣和應(yīng)用，更是將地質(zhì)工作推向了計算輔助的領(lǐng)域，一些專業(yè)類的繪圖軟件開始在地質(zhì)圖中顯示出他們的優(yōu)越性。基于此，本文計算機繪圖在地質(zhì)工作中應(yīng)用與發(fā)展趨勢進行了研究，介紹和分析了常見的計算機繪圖軟件及其在地質(zhì)工作中的應(yīng)用，并對其發(fā)展趨勢進行了預(yù)測和展望。

1 常見的計算機繪圖軟件及其在地址工作中的作用

1.1 AutoCAD軟件及其功能解析

AutoCAD是美國Autodesk公司多年前推出的一款專業(yè)的計算機輔助設(shè)計與繪圖軟件，其繪圖功能強大，使用較為方便，界面友好。尤其是其開放的體系結(jié)構(gòu)，使二次開發(fā)變得更加容易。這些特點使其在地質(zhì)繪圖領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

(1)由于.dwg、.dxf等多種文件格式AutoCAD都支持，因此，在實際工作中能夠?qū)⑵渑c多種軟件結(jié)合，進行數(shù)據(jù)交換。比如，在地質(zhì)測繪方面，可以將其與MapGIS軟件進行數(shù)據(jù)交換［2］。后者能夠?qū)xf格式保存的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為點、線文件，也能夠?qū)Ⅻc、線文件轉(zhuǎn)換回dxf格式。當(dāng)然，AutoCAD軟件的兼容性較好，與多種編程軟件保持良好的接口，在與VBA、ObjectARX等進行結(jié)合后，能夠?qū)崿F(xiàn)二次開發(fā)，豐富和提升軟件的功能。

(2)利用AutoCAD軟件能夠?qū)Σ傻V圖元進行進行簡單的繪制，在礦圖中，可以將圖形轉(zhuǎn)換為塊，塊在AutoCAD軟件中指的是一個或者多個對象組成的對象集合。此外，AutoCAD軟件還可以對復(fù)雜、重復(fù)的圖形進行繪制，在將一組對象轉(zhuǎn)化為“塊”之后，并且在作圖中能夠按照不同的比例，將其插入到圖中的任何位置。當(dāng)然，在地質(zhì)繪圖中，一些常見的產(chǎn)狀、地層等元素符號也能夠?qū)⑵涠x為“塊”，并對其進行反復(fù)的使用，使繪圖工作更加快速和準(zhǔn)確。

(3)在AutoCAD軟件中，能夠插入光柵圖像(位圖)和對其進行矢量化處理。位圖是通過一系列的細小點組成的，從這一點看，與通過填充特定方格的形式，形成圖像的繪圖紙十分相似(所有掃描的圖形或照片都是位圖)。然后，通過對亮度與對比度的調(diào)整，能夠?qū)⒉噬D(zhuǎn)換成黑白色或者灰度，也可以自行創(chuàng)建透明區(qū)域，以及更改位圖圖片的顏色和顯示方式等。這樣一來，繪圖的速度與精度又得到了提升。

1.2 Surfer軟件及其功能解析

Surfer軟件是Gold Software公司開發(fā)的軟件產(chǎn)品，其工作背景是Windows操作系統(tǒng)。這種插值繪圖軟件支持多種數(shù)據(jù)格式，在二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)和圖像顯示方面具有強大的功能。Surfer繪圖軟件的主要功能表現(xiàn)在以下方面:(1)Surfer繪圖軟件提供多種數(shù)據(jù)網(wǎng)格化方法，常用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算方法都含在其中，并能夠?qū)W(wǎng)格化數(shù)據(jù)進行圓滑、函數(shù)等計算和轉(zhuǎn)換;(2)Surfer繪圖軟件能夠通過人為操作改變圖的比例，還能夠為圖形加注標(biāo)記、標(biāo)題以及圖例等內(nèi)容;(3)該軟件能夠通過自由旋轉(zhuǎn)與體積計算的方式，對三維形式顯示立體表面進行呈現(xiàn);(4)由于軟件自身帶有電子表格，在對原始數(shù)據(jù)進行處理有明顯的優(yōu)勢;(5)能夠?qū)?shù)據(jù)進行數(shù)字化處理和人工讀取，也能夠?qū)嶋H測繪得到的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，便于分析和計算;(6)Surfer繪圖軟件能夠向用戶提供腳本語言，用戶能夠借此控制Surfer軟件繪圖，或者在其他應(yīng)用程序中調(diào)用Surfer軟件的繪圖功能;(7)Surfer繪圖軟件向用戶提供了各種常用的圖形圖像文件格式的輸入輸出接口，極大的方便了文件與數(shù)據(jù)交流和交換。

1.3 Matlab軟件及其功能解析

Matlab是一款功能強大的軟件，由于人工調(diào)整的功能強，能較為客觀的反映地質(zhì)現(xiàn)象與地質(zhì)問題，分析出的數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確。它能夠進行二維的等值線圖、直方圖、面積圖、餅狀圖、柱狀圖以及離散數(shù)據(jù)圖形的繪制，還能夠繪制三維的等值線圖、網(wǎng)格圖和曲面圖等［3］。在三維圖的繪制中，可以通過調(diào)用“camera”屬性對圖形的觀察點、觀察目標(biāo)點、觀察目標(biāo)點的上軸以及視野范圍進行設(shè)定，以實現(xiàn)對圖形的縮放和按照任意角度進行旋轉(zhuǎn)等。也能夠直接通過圖形窗口工具欄中的“insert”添加孔號、地質(zhì)點編號等文本，以及標(biāo)高和文字說明等;也可以據(jù)此添加地質(zhì)剖面線、勘探線和各種短線，并通過添加箭頭的方式添加方位標(biāo)注;此外，通過工具欄中的“edit”(該功能與其他的繪圖軟件基本一致)對圖形進行復(fù)制、剪切、粘貼和旋轉(zhuǎn)操作。當(dāng)然，為了規(guī)范，用戶還能夠?qū)ξ谋緝?nèi)容的字號、字體、狀態(tài)以及網(wǎng)格線類型和線寬等進行人為的控制。

當(dāng)然，在一般情況下，地質(zhì)工程點以不規(guī)則的離散數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來。此時就需要調(diào)用能夠生成均勻分布數(shù)據(jù)的函數(shù)“l(fā)inspace”與插值函數(shù)“griddata”來對數(shù)據(jù)進行處理。而為了繪制比例不同的圖件，用戶還能夠調(diào)用“set”與“xlim”函數(shù)對數(shù)軸的刻度線間距和刻度范圍進行調(diào)整。當(dāng)然，對于同一個地質(zhì)勘探區(qū)域，即便工程點的地理坐標(biāo)相同，繪制的內(nèi)容也可能存在差異。為了避免出現(xiàn)重復(fù)或者錯誤數(shù)據(jù)的輸入，就需要在“history window”中選擇所需要的程序段，將其復(fù)制到“command window”中，然后利用其它程序的數(shù)據(jù)將其粘貼至“command window”中即可。而通過此種模式完成的圖形，會以位圖的根文件形式輸出，調(diào)整比例后就可以直接運用［4］。

2 計算機繪圖軟件在地質(zhì)工作中的應(yīng)用——以 Auto-CAD在某煤礦中的應(yīng)用為例

2.1 繪制巷道

在繪制巷道時，首先需要輸入導(dǎo)線點坐標(biāo)，調(diào)用“point”命令，根據(jù)井下實測的導(dǎo)線點坐標(biāo)，通過鍵盤鍵入x和y。導(dǎo)線點錄入完畢后，需要用一條直線將導(dǎo)線點連接起來。然后，根據(jù)實際情況，比如導(dǎo)線點離巷道兩幫的距離，對導(dǎo)線點連線進行“偏移”，得到巷道兩幫［5］。然后，刪除中間的導(dǎo)線點連線，通過“文本”命令，在導(dǎo)線點旁標(biāo)出點號、標(biāo)高，巷道的繪制完畢。

2.2 繪制煤厚點和斷層

在煤厚點繪制方面，首先要通過距離最近的導(dǎo)線點作一條垂直巷道的輔助線段，然后，根據(jù)實際打鉆位置與最近的導(dǎo)線點的距離，再次調(diào)用“偏移”命令，據(jù)此繪制煤厚點，最后調(diào)用“文本”命令標(biāo)注煤厚點的煤厚，并刪除輔助線段;對斷層的繪制來說，首先要要通過距離最近的導(dǎo)線點做一條垂直于巷道的輔助線段，然后根據(jù)實測的斷層面和巷道兩幫的交點位置，調(diào)用“插入”命令將斷層插入，最后調(diào)用“旋轉(zhuǎn)”和“移動”命令，使之和所得的兩交點位置重合，并調(diào)用“文本”命令標(biāo)注出斷層的名稱、傾向以及落差等(輔助線段刪除)。

2.3 圖塊的制作與圖層、線型的運用

圖塊指的是將多個圖元集成一體，作為一個對象出現(xiàn)在圖形中。在煤礦地質(zhì)工作中，需要對一些經(jīng)常使用的圖元制作成一個圖塊，這樣能夠極大的減少繪圖時的重復(fù)勞動，提高繪圖效率。為此，首先要將所需的圖元畫好，調(diào)用“定義塊”命令，按彈出的對話框的提示逐步進行，完成后保存。在圖層和線型的運用方面，有時需要用其它類型的線型，這時需要調(diào)用“線型”命令，在對話框中選擇“加載”選項，選擇虛線后點擊“確定”，當(dāng)線型改為虛線后，便可以繪制圖形。

2.4 對圖案進行填充

當(dāng)選擇的對象為全封閉時，選擇插入點法更快捷。選擇填充對象后確定，在對話框中選擇填充的圖案、角度和大小比例，確定即完成填充。具體工作步驟為:首先要查鉆孔資料，得到煤層上下巖層的真厚度、名稱與巖性特征，在繪圖時根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)繪好圖框，按照各巖層厚度按比例進行逐層偏移，得到柱狀。巖層名稱、厚度、巖性描述可以調(diào)用“文本”命令完成。其次，在進行地質(zhì)圖的繪制時，要做到精度高、誤差小，滿足一線生產(chǎn)和服務(wù)的需要，盡量減小因資料不準(zhǔn)確而帶來的經(jīng)濟損失;最后，對于一些基本的地質(zhì)圖形，比如煤層底板等高線圖、采掘工程平面圖等，可以直接進行使用。

3 計算機繪圖技術(shù)在地址工作中的發(fā)展趨勢與展望

目前，地質(zhì)繪圖已由手工繪圖逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C繪圖，AutoCAD軟件、Surfer軟件、Matlab軟件開始在地質(zhì)圖中顯示出它們快速、精確地優(yōu)越性。此外，許多現(xiàn)代化的礦業(yè)集團已經(jīng)構(gòu)建礦山地理信息系統(tǒng)，采集、存儲、管理、分析和描述礦山底面和井下與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。信息化的發(fā)展，使得煤礦安全生產(chǎn)管理上了一個新的臺階。用礦圖數(shù)字化新技術(shù)是地質(zhì)工作中迫切需要的。這項技術(shù)可使復(fù)雜繁瑣的礦圖處理和采礦設(shè)計變的輕松、簡單、快捷，設(shè)計圖紙和文字說明標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、系統(tǒng)，設(shè)計成果可永久保存并可隨時調(diào)用和修改［6］。

此外，建立地質(zhì)圖紙資料信息資源庫，對企業(yè)實現(xiàn)信息化和現(xiàn)代化管理經(jīng)營具有深遠的影響。隨著采礦工程設(shè)計三維建模和在計算機繪圖軟件上的二次開發(fā)工作的進行，伴隨著信息技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，屆時，可在電腦上實時監(jiān)控地質(zhì)勘測等工作的安全生產(chǎn)情況，并自動生成實時的三維圖形和圖象，為礦領(lǐng)導(dǎo)決策提供更加科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)。相信，伴隨著AutoCAD軟件、Surfer軟件、Matlab軟件的不斷發(fā)展，地質(zhì)工作信息化建設(shè)會取得更大的成效。

［1］田利，關(guān)鈴，付忠云.Matlab在煤田地質(zhì)勘探中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2008(4):127－129.

［2］姬猜.計算機繪圖在礦井地質(zhì)中的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2004(5):85－86.

［3］馬莉，劉旭.計算機繪圖軟件在礦山地質(zhì)專業(yè)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2012(9):16.

［4］鄭西貴，李學(xué)華.采礦AutoCAD2006入門與提高［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.10

［5］趙慧敏.水流數(shù)值模擬后處理的方法與實現(xiàn)［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

［6］陳高君.計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)在十一礦的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2006(10):33－34.