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

（中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)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(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、氣象監(jiān)控及煤礦生產(chǎn)和建設(shè)等過程中，各類相關(guān)等值線圖件都是必不可少的基礎(chǔ)圖件，它的及時性、準(zhǔn)確性和齊全性直接影響著相應(yīng)部門的生產(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)人員的時間，而且經(jīng)常因為繪圖人員的技術(shù)水平不同導(dǎo)致繪制的圖件質(zhì)量也大相徑庭。有時候會發(fā)生 2幅同一地區(qū)的等值線圖無法吻合的事情，大大影響了實際的生產(chǎn)應(yīng)用，嚴(yán)重時可能會造成國家的損失。Surfer是美國Goldensoftware公司開發(fā)的專業(yè)等值線圖繪制軟件，功能強大，插值方法多，用戶可以根據(jù)自己實際需要編輯插值公式，迅速將離散的數(shù)據(jù)通過插值轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)曲面。AutoCAD是交互式微機繪圖應(yīng)用軟件，具有強大的圖形編輯和二次開發(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的屬性數(shù)據(jù)，通過內(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)鍵的一點是對原始數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，即采用一定的網(wǎng)格化方法對不規(guī)則分布的原始數(shù)據(jù)點進行插值，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，通過對模型的選擇進行靈活的參數(shù)設(shè)置，能迅速地將離散點的測量數(shù)據(jù)通過插值轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)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(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)離散點較少、空間連續(xù)性變化的屬性比較均勻時一般用“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(jié)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(shù)據(jù)編輯 (建立Excel數(shù)據(jù)庫)

編輯離散點數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)。離散點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)至少包括3個字段，通常前兩個字段是該點的坐標(biāo)(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(biāo) (x，y)，第三個字段是鉆孔和見煤點的頂板泥巖標(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(shù)據(jù)輸入到Excel中建立數(shù)據(jù)庫，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)”選擇收集的離散點數(shù)據(jù)表，單擊確定，在圖2對話框“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“高級選項”中對估值方法的參數(shù)進行設(shè)置。根據(jù)需要輸入完對話參數(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)對話框后選擇先前生成的網(wǎng)格文件 (2.grd)，打開網(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，對等值線等級、標(biāo)注，等值線之間的顏色及坐標(biāo)軸屬性等進行修改，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 144°旋轉(zhuǎn)保持與原圖方位一致。

4）生成張貼圖。張貼圖用來放置數(shù)據(jù)點到一個地圖上。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)點的位置，同時也可以對每個點進行標(biāo)注。選擇菜單命令“地圖”-“張貼圖”-“新建張貼圖”，出現(xiàn)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(xiàn)屬性對話框，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”，這才生成帶有數(shù)據(jù)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(dāng)創(chuàng)建一個張貼圖的時候，在當(dāng)前的繪圖窗口創(chuàng)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(biāo)注來表現(xiàn)X、Y位置。其既可以單獨用來表現(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顯示的時候，會有 2個坐標(biāo)集，每個坐標(biāo)集對應(yīng)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(biāo)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(shù)據(jù)位置放置點符號，得到最終結(jié)果（見圖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“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(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)點與原Auto-CAD圖中相應(yīng)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(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)點自動吻合于原圖上坐標(biāo)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(yīng)用在實際的生產(chǎn)和建設(shè)中了。

3結(jié) 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(shù)，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(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10000×10000，從而使一些超大網(wǎng)格數(shù)據(jù)無法處理，必須另辟蹊徑。但是從總體上來說，應(yīng)用Surfer軟件與AutoCAD進行等值線的繪制，不僅節(jié)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(zhì)量，是傳統(tǒng)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(yīng)用。

[1] 袁會.AutoCAD及Surfer軟件在煤層等厚線圖繪制中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008(8)：357-358

[2] 陳歡歡，李星，丁文秀.Surfer8.0等值線繪制中的十二種插值方法[J].工程地球物理學(xué)報，2001(4):60-61

[3] 毛興華，胡方西.將MapInfo和Surfer結(jié)合繪制等值線[J].測繪通報，2001(10):84-85

[4] 許捍衛(wèi)，程亮.利用AutoCAD與Surfer軟件相結(jié)合繪制等高線[J].北京測繪，2002(2):45-46

[5] 葉寶瑩，沈利霞，郭芳芳，等.ArcGIS與Surfer圖形文件的轉(zhuǎn)換方法實現(xiàn)[J].測繪科學(xué)，2009(9):212-213，209

[6] 劉沂軒，熊彩霞，周保太.Surfer8.0在地下水監(jiān)測管理中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理，2007(6):148-149

[7] 張弛.基于Surfer軟件的地形圖快速繪制方法[J].計算機應(yīng)用，2009(3):41-43

[8] 尹言軍，黃海濤，劉玉春.CASS和Surfer在地形圖等高線自動生成中的應(yīng)用比較[J].城市勘測，2008(4):86-88

[9] 任印國，魏永強.使用Surfer軟件繪制地質(zhì)圖件和處理地質(zhì)數(shù)據(jù)的方法[J].測繪技術(shù)裝備，2006(1):34-36

[10]陸志波，陸雍森.Surfer8.0在環(huán)境評價和規(guī)劃中的應(yīng)用[J].同濟大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005(2):191-195

[11]韓麗娜，石昊蘇.利用Surfer8.0繪制地質(zhì)等值線圖[J].計算機與現(xiàn)代化，2008(11):84-87

[12]王紅亮，張遠智.一種應(yīng)用Surfer軟件快速進行地形圖繪制的方法[J].城市勘測，2007(2):102-104

[13]宋明藝，張春灌.借助Surfer軟件實現(xiàn)快速繪制平面等值線圖[J].工程地球物理學(xué)報，2009(4):244-246

[14]吳坤占，陳堯隆，司政，等.基于VB和Surfer的等值線圖批處理可視化[J].水力發(fā)電學(xué)報，2008(10):84-87

[15]武俊紅，汪云甲.基于Surfer的煤礦等值線空間插值方法有效性評價[J].中國礦業(yè)，2007(1):108-110

[16]王志杰，付麗莉.Surfer在煤礦等值線繪制中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報，2005(11):39-41

[17]王建，白世彪，陳曄.Surfer 8地理信息制圖[M].北京:中國地圖出版社，2004

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(zhì)與GIS相關(guān)領(lǐng)域及相關(guān)軟件繪圖。