計算機繪圖在地質工作中的應用與發(fā)展趨勢

李同春

(平煤股份勘探工程處，河南 平頂山 467099)

作為計算機應用學科的一個重要分支，計算機繪制圖技術在工科專業(yè)領域得到了越來越廣泛的應用。一些高質量、高水平的礦圖的繪制能夠幫助工程技術和管理人員正確的指導地質工作的進行，使生產進程得到更加合理、科學的安排。尤其是在科學技術得到了飛速發(fā)展的今天，以計算機輔助設計(CAD)、Surfer、Matlab為代表的繪圖軟件已經在航空、航天、汽車、機械、電子、建筑等多個行業(yè)領域得到了重要的應用，使得工程設計發(fā)生了歷史性的變革［1］。在當前的地質工作中，緊密跟隨現代化的建設步伐，通過科學管理進行正確的勘探、設計，及時可靠的制定施工方案已經成為該領域獲得發(fā)展的基本要求，而在這一過程中，現代數據分析技術和工程圖件的應用，尤其是測繪技術、計算機技術、通信技術以及地理信息技術的推廣和應用，更是將地質工作推向了計算輔助的領域，一些專業(yè)類的繪圖軟件開始在地質圖中顯示出他們的優(yōu)越性?；诖耍疚挠嬎銠C繪圖在地質工作中應用與發(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工作中的應用，并對其發(fā)展趨勢進行了預測和展望。

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構，使二次開發(fā)變得更加容易。這些特點使其在地質繪圖領域得到了廣泛的應用。

(1)由于.dwg、.dxf等多種文件格式AutoCAD都支持，因此，在實際工作中能夠將其與多種軟件結合，進行數據交換。比如，在地質測繪方面，可以將其與MapGIS軟件進行數據交換［2］。后者能夠將dxf格式保存的數據文件轉化為點、線文件，也能夠將點、線文件轉換回dxf格式。當然，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等進行結合后，能夠實現二次開發(fā)，豐富和提升軟件的功能。

(2)利用AutoCAD軟件能夠對采礦圖元進行進行簡單的繪制，在礦圖中，可以將圖形轉換為塊，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軟件還可以對復雜、重復的圖形進行繪制，在將一組對象轉化為“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。當然，在地質繪圖中，一些常見的產狀、地層等元素符號也能夠將其定義為“塊”，并對其進行反復的使用，使繪圖工作更加快速和準確。

(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整，能夠將彩色轉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據格式，在二維數據、三維數據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在以下方面:(1)Surfer繪圖軟件提供多種數據網格化方法，常用的數據統(tǒng)計計算方法都含在其中，并能夠對網格化數據進行圓滑、函數等計算和轉換;(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記、標題以及圖例等內容;(3)該軟件能夠通過自由旋轉與體積計算的方式，對三維形式顯示立體表面進行呈現;(4)由于軟件自身帶有電子表格，在對原始數據進行處理有明顯的優(yōu)勢;(5)能夠對數據進行數字化處理和人工讀取，也能夠將實際測繪得到的三維數據轉換為網格數據，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，或者在其他應用程序中調用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據交流和交換。

1.3 Matlab軟件及其功能解析

Matlab是一款功能強大的軟件，由于人工調整的功能強，能較為客觀的反映地質現象與地質問題，分析出的數據相對準確。它能夠進行二維的等值線圖、直方圖、面積圖、餅狀圖、柱狀圖以及離散數據圖形的繪制，還能夠繪制三維的等值線圖、網格圖和曲面圖等［3］。在三維圖的繪制中，可以通過調用“camera”屬性對圖形的觀察點、觀察目標點、觀察目標點的上軸以及視野范圍進行設定，以實現對圖形的縮放和按照任意角度進行旋轉等。也能夠直接通過圖形窗口工具欄中的“insert”添加孔號、地質點編號等文本，以及標高和文字說明等;也可以據此添加地質剖面線、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)對圖形進行復制、剪切、粘貼和旋轉操作。當然，為了規(guī)范，用戶還能夠對文本內容的字號、字體、狀態(tài)以及網格線類型和線寬等進行人為的控制。

當然，在一般情況下，地質工程點以不規(guī)則的離散數據表現出來。此時就需要調用能夠生成均勻分布數據的函數“l(fā)inspace”與插值函數“griddata”來對數據進行處理。而為了繪制比例不同的圖件，用戶還能夠調用“set”與“xlim”函數對數軸的刻度線間距和刻度范圍進行調整。當然，對于同一個地質勘探區(qū)域，即便工程點的地理坐標相同，繪制的內容也可能存在差異。為了避免出現重復或者錯誤數據的輸入，就需要在“history window”中選擇所需要的程序段，將其復制到“command window”中，然后利用其它程序的數據將其粘貼至“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，調整比例后就可以直接運用［4］。

2 計算機繪圖軟件在地質工作中的應用——以 Auto-CAD在某煤礦中的應用為例

2.1 繪制巷道

在繪制巷道時，首先需要輸入導線點坐標，調用“point”命令，根據井下實測的導線點坐標，通過鍵盤鍵入x和y。導線點錄入完畢后，需要用一條直線將導線點連接起來。然后，根據實際情況，比如導線點離巷道兩幫的距離，對導線點連線進行“偏移”，得到巷道兩幫［5］。然后，刪除中間的導線點連線，通過“文本”命令，在導線點旁標出點號、標高，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線點作一條垂直巷道的輔助線段，然后，根據實際打鉆位置與最近的導線點的距離，再次調用“偏移”命令，據此繪制煤厚點，最后調用“文本”命令標注煤厚點的煤厚，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線點做一條垂直于巷道的輔助線段，然后根據實測的斷層面和巷道兩幫的交點位置，調用“插入”命令將斷層插入，最后調用“旋轉”和“移動”命令，使之和所得的兩交點位置重合，并調用“文本”命令標注出斷層的名稱、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，作為一個對象出現在圖形中。在煤礦地質工作中，需要對一些經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勞動，提高繪圖效率。為此，首先要將所需的圖元畫好，調用“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”，當線型改為虛線后，便可以繪制圖形。

2.4 對圖案進行填充

當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，在繪圖時根據相應的標準繪好圖框，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、巖性描述可以調用“文本”命令完成。其次，在進行地質圖的繪制時，要做到精度高、誤差小，滿足一線生產和服務的需要，盡量減小因資料不準確而帶來的經濟損失;最后，對于一些基本的地質圖形，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 計算機繪圖技術在地址工作中的發(fā)展趨勢與展望

目前，地質繪圖已由手工繪圖逐步轉變?yōu)橛嬎銠C繪圖，AutoCAD軟件、Surfer軟件、Matlab軟件開始在地質圖中顯示出它們快速、精確地優(yōu)越性。此外，許多現代化的礦業(yè)集團已經構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的數據信息系統(tǒng)。信息化的發(fā)展，使得煤礦安全生產管理上了一個新的臺階。用礦圖數字化新技術是地質工作中迫切需要的。這項技術可使復雜繁瑣的礦圖處理和采礦設計變的輕松、簡單、快捷，設計圖紙和文字說明標準、規(guī)范、系統(tǒng)，設計成果可永久保存并可隨時調用和修改［6］。

此外，建立地質圖紙資料信息資源庫，對企業(yè)實現信息化和現代化管理經營具有深遠的影響。隨著采礦工程設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，伴隨著信息技術和自動控制技術的發(fā)展，屆時，可在電腦上實時監(jiān)控地質勘測等工作的安全生產情況，并自動生成實時的三維圖形和圖象，為礦領導決策提供更加科學準確的依據。相信，伴隨著AutoCAD軟件、Surfer軟件、Matlab軟件的不斷發(fā)展，地質工作信息化建設會取得更大的成效。

［1］田利，關鈴，付忠云.Matlab在煤田地質勘探中的應用［J］.西部探礦工程，2008(4):127－129.

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

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

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

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

［6］陳高君.計算機輔助設計(CAD)技術在十一礦的應用［J］.煤炭技術，2006(10):33－34.