基于netDxf的工程地質剖面自動繪制研究

趙杰 馬文琪 相詩堯

摘要：工程地質剖面繪制是工程地質勘察過程中的主要任務之一，本文闡述了利用開源netDxf類庫對其進行程序實現的思路。對工程地質剖面繪制過程中的各種模式進行了模型梳理，建立了地層連線的程序判別準則，并對地質圖例填充進行方法敘述。提高了工程地質剖面圖的繪制效率。最后對進一步研究方向進行了展望。

關鍵詞：netDxf;地質剖面;自動繪制;工程地質

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0274-03

目前，工程地質勘察軟件眾多，但鉆孔地質剖面地層連線仍然需要人工進行手動連線，即便有地質剖面繪制軟件，其格式轉換和通用性能有所欠缺。netDxf是用c#語言編寫的.Net開源類庫，可以實現讀寫DXF格式文件，DXF文件圖形存儲格式公開，通用性好，數據交互性較好，能滿足BIM應用和出圖需求，能滿足工程快速應用需要。

如何將地質剖面的人工連線規則以程序化的方式實現，提高工作效率，是本文探討的主要內容。

1鉆孔地層分布的特性及判別邏輯

1.1地層分布的特性總結

巖土地層剖面線繪制主要依托鉆孔地質數據，與鉆孔的地層信息密切相關。通過對勘察工作中的地層連線進行梳理和總結，可以發現：除了斷層等構造地層外，巖土體的地層連線分為以下三大類型：

（1）連續地層：地層連續成層，沒有發生間斷或者缺失。

（2）地層尖滅：地層向邊緣變薄以至消失。分為右側尖滅、左側尖滅、兩側尖滅（透鏡體）三種情形。兩側尖滅可以認為是單側尖滅的結合情形。

（3）地層中斷缺失：地層在某一處中斷缺失，分為右側中斷缺失、左側中斷缺失、中斷不連續缺失三種情況。

對于n個鉆孔，m個地層的地質剖面繪制，可以通過構建鉆孔地層矩陣和地層線集合，通過對地層分布模式進行模式判別實現程序化連線處理。

1.2根據地層特征判別連線

我們以n個鉆孔，m個地層的地質剖面繪制為例，對地層特征的判別準則條件進行梳理。

2地層連線的處理

2.1地層點的處理

對于每個鉆孔地層段我們定義8個索引點標識其位置，來處理各種地層連線的情況，索引號分布如下圖所示：

其中0號點為鉆孔地層的頂中心點，7為鉆孔地層的底中心點。1～6號點為距中心偏移一定距離點，3、4號點為地層中心偏移點。1～6號點的偏移距離根據剖面圖比例尺自動設定。

對于地層連續的情況，地層連接點應該為0或7;對于尖滅地層，地層連接點應該為3或4;地層中斷缺失時，地層連接點則為1、2、5、6。

2.2連線接線

（1）連線八鄰域：通過對每個地層塊構件其八鄰域來確定其連線模式，依此對地層矩陣進行遍歷，自左向右來完成各個地層單元的連線。

對于本方法存在一個最小遍歷地層矩陣序列，應至少有3個鉆孔，每個鉆孔應有4個地層層位點作為基本判斷序列，賦給索引值以確定連線的走向。當剖面連線需求小于這個數目可認為是簡單地形，優先按連續地層處理。

（2）地表線連接。通過判斷每個鉆孔的地層號索引值來判斷是否為當前鉆孔的頂部地層，返回該鉆孔頂層地層的頂點，加入地表線連線集合中。

（3）在遍歷過程中存在鄰域不全的情況，如頂層，底層等部分地層。其連線處理基本原則是按以下優先級進行判斷：連續地層>尖滅>中斷缺失。

（4）鉆孔孔底作為層底點參與遍歷和連線，因后續地層圖例填充需要，孔底之間連線但不進行繪制，只在數組中保留，以便使用。

（5）同一地層連續地層線起終點之間不允許存在斷點，在確定其集合后依據索引順序依次繪制。

2.3連線方法的改進

對于鄰近地層高差較大、尖滅或中斷缺失時，直線連接不夠直觀，顯得連線很生硬。根據繪制剖面比例尺，判斷起終點的繪圖高差，根據預先設定的閾值來判斷是否對連線進行平滑擬合。對于需要平滑擬合的直線，我們采用二階緩和曲線進行擬合，改善平滑性和可視化效果。

擬合思路是：對確定起終點，建立直線，對直線進行n等分，計算其斜率和二階系數a，根據二階系數a值計算出n等分點對應的緩和曲線擬合點，擬合曲線的凹凸性由a值決定。實現代碼如下：

（1）單一連續地層邊界為四條線：層頂連線，層底連線，起終點的層頂層底點直線四部分。

（2）尖滅和中斷地層，層頂連線和層底連線在起終點的某處重合，區域組成為三條（單側尖滅）或兩條（透鏡體）線。

（3）對于某一地層，其封閉區域可能是多個不連續的，只要各區域是封閉的，程序通過代碼實現一次填充。

5結論與建議

（1）通過netDxf對繪圖圖元的較好支持，利用c#編程語言進行編程，調用鉆孔數據，可以較好地實現既定規則下的地層自動連線，能較快地提高工程地質剖面的繪制效率和效果。

（2）在開發實現過程中，對鉆孔數據的需要有地層層序的統一性和規范性的要求，對于工程項目應建立統一的地層層序和規范的地層命名，以便地層判別和圖例填充的有序實現。

（3）進一步研究的方向：

該方法的實現暫未考慮斷層等構造要素的影響，斷層等要素的處理應進一步考慮人工經驗知識庫、地質構造的特性特征經驗庫的建立來細化判別實現。

隨著BIM技術的深入應用，地質剖面的三維應用、地層屬性信息的豐富和傳遞是本文繼續深入研究的方向。