計(jì)算機(jī)技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

王若虹，張淑影，李冬梅，孫鳳春

（1.吉林省第一地質(zhì)調(diào)查所，長(zhǎng)春130033；2.長(zhǎng)春市國土資源局雙陽分局，長(zhǎng)春130060）

從20世紀(jì)40年代，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)已經(jīng)經(jīng)歷了70多年的發(fā)展歷史。計(jì)算機(jī)技術(shù)幾乎應(yīng)用到了各個(gè)行業(yè)。在地質(zhì)找礦領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在地質(zhì)制圖領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.1 地質(zhì)圖繪制

傳統(tǒng)的地質(zhì)制圖方法主要靠手工進(jìn)行描繪，各地質(zhì)單位都有許多繪圖員專門從事繪制地質(zhì)圖的工作。繪圖工具也主要依靠繪圖筆、三角板、圓規(guī)等原始工具在聚脂薄膜上繪制。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給地質(zhì)制圖領(lǐng)域帶來了翻天覆地的變化。它不需要專門的繪圖員，地質(zhì)技術(shù)人員只要經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，就能輕而易舉地繪出高品質(zhì)的地質(zhì)圖，通過打印機(jī)自動(dòng)打印。

常用的地質(zhì)制圖軟件有 MapGIS，AutoCAD，Surfer，CorelDraw等軟件，現(xiàn)在被廣泛使用的是MapGIS。

MapGIS軟件是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）信息工程學(xué)院研制開發(fā)的適合中國國情的地理信息系統(tǒng)。它是一個(gè)集當(dāng)代最先進(jìn)的圖形、圖像、地質(zhì)、地理、遙感、測(cè)繪、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)于一體的大型智能軟件系統(tǒng)。自1995年MapGIS軟件推出以來，已經(jīng)從4.0、5.0、5.32、6.1、6.5發(fā)展到目前的6.7版本［1］。

MapGIS具有完美的圖形處理功能，即 WT（點(diǎn)）文件，WL（線）文件，WP（區(qū)）文件，并由 MPJ（工程）文件，進(jìn)行統(tǒng)一管理。MapGIS系統(tǒng)以其對(duì)不規(guī)則線條和字符的處理和表達(dá)，以及強(qiáng)大的符號(hào)庫和顏色庫操作系統(tǒng)等功能達(dá)到圖面色調(diào)的統(tǒng)一完整性﹑美觀性和協(xié)調(diào)性［2］。MapGIS提供了近千種不同的顏色庫，為用戶編輯點(diǎn)線區(qū)提供了豐富的選擇，極大地方便了使用者。

MapGIS繪制地質(zhì)圖大致分為如下幾步：首先設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，在 Windows的桌面上，雙擊 Map－GIS圖標(biāo)便進(jìn)入系統(tǒng)，按界面上的“參數(shù)設(shè)置”，設(shè)置好系統(tǒng)的參數(shù)。在圖形處理中點(diǎn)擊輸入編輯，選擇新建工程，然后確定。出現(xiàn)設(shè)置工程的地圖參數(shù)對(duì)話框，選擇確定。在定制新建項(xiàng)目?jī)?nèi)容里，選擇自定義生成可編輯項(xiàng)。將創(chuàng)建選項(xiàng)打上對(duì)號(hào)，輸入點(diǎn)型、線型、區(qū)型的文件名，點(diǎn)擊確定。在相應(yīng)的窗口中即可進(jìn)行地質(zhì)圖形編輯。最后通過保存工程，生成相應(yīng)的工程文件。

1.2 地形圖等高線的自動(dòng)繪制

在地質(zhì)詳查階段，需要對(duì)詳查區(qū)域進(jìn)行地形地質(zhì)圖的測(cè)繪。此過程中根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行等高線的繪制是一項(xiàng)十分繁重的工作。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為我們解決了這個(gè)難題。

目前，許多繪圖軟件都帶有自動(dòng)生成等高線的功能。它們生成等高線的方法主要是通過野外采集的地形點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字地面模型（DTM）。當(dāng)?shù)匦涡螒B(tài)屬性只指高程時(shí)，這種數(shù)字地面模型也叫數(shù)字高程模型（DEM）［3］。它主要通過不規(guī)則三角網(wǎng)法表示。這種方法保持了數(shù)據(jù)點(diǎn)的精度，并在構(gòu)網(wǎng)時(shí)容易引入地性線。三角網(wǎng)法直接由不規(guī)則數(shù)據(jù)點(diǎn)連成三角形網(wǎng)，構(gòu)成三角形網(wǎng)后，再在三角形邊上進(jìn)行等高線點(diǎn)位的尋找，等高線點(diǎn)的追蹤，等高線的光滑和繪制。

建立三角網(wǎng)的基本過程是將臨近的3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)連接成初始三角形，再以這個(gè)三角形的每一條邊為基礎(chǔ)連接鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)，組成新的三角形，如此繼續(xù)下去，直至所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)均已連成三角形為止。在三角形網(wǎng)形成后，需要確定等高線點(diǎn)在三角形邊上的位置。首先要判斷等高線是否通過某一條邊，然后通過線性內(nèi)插方法，求出等高線點(diǎn)的平均位置。依次將高程相同的點(diǎn)連接起來即繪出一條等高線。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在物化探領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 K值計(jì)算

在物探中，要測(cè)量巖石的電阻率，必須要用到一個(gè)參數(shù)，就是K值。

電阻率計(jì)算公式

式中K為裝置系數(shù)。

其中AM，AN，BM，BN 都是變量，它們會(huì)隨測(cè)點(diǎn)的位置不同而各不相同。如果按照公式手工計(jì)算，單是一個(gè)點(diǎn)的K值，計(jì)算起來就相當(dāng)麻煩。一個(gè)工程下來，光是計(jì)算K值，就耗費(fèi)了我們大量的人力和時(shí)間，而且出錯(cuò)率極高。我們通過Excel表格編制了相應(yīng)的公式，只要將各參數(shù)輸入到表格中，就可計(jì)算出各點(diǎn)的K值，計(jì)算時(shí)間只需要幾秒鐘。通過幾年的實(shí)踐檢驗(yàn)，節(jié)約了大量計(jì)算時(shí)間，而且準(zhǔn)確率達(dá)到了百分之百。這種工作效率的提高，在計(jì)算機(jī)沒有發(fā)明以前是不可能實(shí)現(xiàn)的。

2.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在大功率機(jī)電測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

大功率激電測(cè)量系統(tǒng)是集地球物理學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體，在物探找礦中應(yīng)用廣泛，測(cè)量地下巖體的電阻率和極化率十分精確。

大功率激電測(cè)量系統(tǒng)包括：接收機(jī)、時(shí)間域激電發(fā)送機(jī)、整流電源、模擬器和假負(fù)載。計(jì)算機(jī)技術(shù)則主要用在時(shí)間域激電發(fā)送機(jī)和接收機(jī)上。

單片機(jī)控制器是發(fā)送機(jī)的核心部件。整個(gè)儀器的電壓檢測(cè)、過流保護(hù)、功率開關(guān)、鍵盤，以及顯示器都依靠單片機(jī)進(jìn)行控制。而時(shí)序發(fā)生電路由單片機(jī)產(chǎn)生秒脈沖，由時(shí)序選擇可以改變各信號(hào)的脈寬。

接收機(jī)是采用微機(jī)技術(shù)的短導(dǎo)線時(shí)間域激電儀。它既能用于普查又能用于詳查，也能進(jìn)行自然電位的測(cè)量。接收機(jī)由單片機(jī)及控制電路、模擬通道電路、控制處理軟件等部分組成。

接收機(jī)采用單片機(jī)作為控制處理單元，配置鍵盤、液晶顯示器、串行口。

控制處理軟件大致分為如下幾個(gè)部分：1）監(jiān)控部分包含鍵盤掃描、預(yù)置參數(shù)、存儲(chǔ)、查詢、傳輸?shù)龋?）測(cè)量部分包含信號(hào)采集等；3）顯示部分包含測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示等。

2.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在化探采樣中的應(yīng)用

目前化探野外生產(chǎn)過程中，采樣的點(diǎn)位以GPS確定，在采樣前以控制點(diǎn)對(duì)GPS進(jìn)行校正，校正后的GPS滿足誤差要求?；讲蓸訒r(shí)存儲(chǔ)采樣點(diǎn)坐標(biāo)，為便于質(zhì)量檢查和異常檢查，每個(gè)采樣點(diǎn)均應(yīng)留有帶點(diǎn)號(hào)的紅布條作為標(biāo)志，保存GPS航跡。

野外采樣工作結(jié)束后由室內(nèi)人員將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，形成原始數(shù)據(jù)文件。其中包括了采樣點(diǎn)坐標(biāo)以及采樣人員行走的路線（航跡）。工作人員可以利用MapGIS軟件將采樣點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的采樣點(diǎn)展示在工作布置圖上。根據(jù)化探點(diǎn)號(hào)命名原則得出采樣點(diǎn)號(hào)，形成采樣點(diǎn)坐標(biāo)、采樣點(diǎn)號(hào)及其他信息的數(shù)據(jù)文件，作為原始資料文件進(jìn)行保存［4］。

對(duì)于采樣位置的檢查利用計(jì)算機(jī)可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)。利用電腦將工作區(qū)按照比例尺分成若干大格，在將一個(gè)大格分成一定量的小格。按坐標(biāo)將采樣點(diǎn)展現(xiàn)在網(wǎng)格內(nèi)，那么哪個(gè)區(qū)域采樣點(diǎn)過多或出現(xiàn)采樣空格就一目了然。我們可以在電腦上截取坐標(biāo)重新工作，確保工作正確無誤。

3 地質(zhì)制圖軟件的二次開發(fā)

許多地質(zhì)制圖軟件都具有二次開發(fā)功能。利用二次開發(fā)功能可以開發(fā)出許多應(yīng)用程序，達(dá)到我們想要的功能，節(jié)約開發(fā)時(shí)間并降低開發(fā)成本。

3.1 MapGIS的鉆孔柱狀圖自動(dòng)生成軟件開發(fā)

MapGIS不具有專門的鉆孔數(shù)據(jù)的管理分析和鉆孔柱狀圖的自動(dòng)繪制功能。因此，開發(fā)一個(gè)基于MapGIS為二次開發(fā)平臺(tái)的鉆孔柱狀圖自動(dòng)成圖軟件是十分必要的。MapGIS提供完整的二次開發(fā)函數(shù)庫，可以利用程序編程語言調(diào)用這些函數(shù)，設(shè)計(jì)用戶界面，開發(fā)應(yīng)用模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的二次開發(fā)。

本系統(tǒng)以Visual C＋＋6.0為開發(fā)工具，采用MapGIS 6.7SDK為二次開發(fā)平臺(tái)，以SQL Server 2000為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立鉆孔數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)。其開發(fā)步驟主要如下：1）建立鉆孔數(shù)據(jù)庫，并從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中獲取所選鉆孔的屬性和空間信息。2）根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)利用MapGIS制作巖性花紋符號(hào)并構(gòu)建巖性花紋圖案系統(tǒng)庫。3）將獲取的鉆孔信息通過MapGIS二次開發(fā)的繪圖算法，按柱狀圖的模板結(jié)構(gòu)以MapGIS點(diǎn)、線、面圖元可視化的方式展示。

鉆孔柱狀圖通過點(diǎn)擊鉆孔平面圖上的鉆孔點(diǎn)獲得。鉆孔平面圖由一系列文字和子圖組成，在Map－GIS中都被看做點(diǎn)圖元。通過ADO封裝類，從數(shù)據(jù)庫中讀取鉆孔數(shù)據(jù)并在點(diǎn)工作區(qū)寫入數(shù)據(jù)，再遍歷每一條勘探線上的鉆孔，對(duì)各個(gè)鉆孔點(diǎn)圖形附屬性信息，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)寫入鉆孔點(diǎn)文件。該過程中可對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行只讀訪問，從而保證了數(shù)據(jù)庫不被破壞。生成柱狀圖時(shí)，先建立點(diǎn)、線、面3個(gè)工作區(qū)，再讀取點(diǎn)文件中用戶所選擇的點(diǎn)記錄，然后調(diào)用MapGIS加點(diǎn)、加線、加區(qū)函數(shù)，分別往這3個(gè)工作區(qū)中添加文字、線和填充花紋。保存這3個(gè)工作區(qū)即可保存柱狀圖。

現(xiàn)以某礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)庫為例，簡(jiǎn)要說明此軟件的使用效果。該礦區(qū)的鉆孔數(shù)據(jù)已經(jīng)按照固體礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)建立數(shù)據(jù)庫。讀取數(shù)據(jù)庫，生成鉆孔點(diǎn)的平面圖用以顯示整個(gè)礦區(qū)的鉆孔分布，點(diǎn)擊鉆孔平面圖上的某個(gè)鉆孔生成鉆孔柱狀圖，最后將圖件保存為MapGIS點(diǎn)、線、面文件，并保存為工程文件，并通過MapGIS強(qiáng)大的輸出功能進(jìn)行輸出。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，計(jì)算機(jī)自動(dòng)成圖結(jié)果達(dá)到了該礦區(qū)技術(shù)指標(biāo)要求。

3.2 AutoCAD儲(chǔ)量計(jì)算軟件開發(fā)

AutoCAD也具有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能。AutoLISP是AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)最重要的編程語言之一。AutoLISP語言是嵌入在AutoCAD內(nèi)部的LISP編程語言，它是LISP語言與AutoCAD有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。自從AutoLISP嵌入AutoCAD之后，AutoCAD便不再僅僅作為交互式的圖形繪制、編輯軟件，而真正成為能進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖的 CAD 軟件。［5］

AutoLISP編制儲(chǔ)量計(jì)算程序分為如下幾步：1）在AutoCAD窗口中打開Visual LISP編輯器，編制儲(chǔ)量計(jì)算程序源代碼，保存為rc.lsp。2）利用Visual LISP提供的調(diào)試工具排除程序中的錯(cuò)誤。3）點(diǎn)擊AutoCAD工具菜單中的加載應(yīng)用程序命令，即可出現(xiàn)加載對(duì)話框，選擇需要加載的程序文件rc.lsp。點(diǎn)擊內(nèi)容，然后添加。在AutoCAD命令欄里輸入rc，就可執(zhí)行該程序，進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。下面是用于地質(zhì)礦產(chǎn)儲(chǔ)量計(jì)算的部分程序源代碼。

該系統(tǒng)在多個(gè)礦區(qū)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算中得到廣泛應(yīng)用。首先在AutoCAD底圖上用多段線或樣條曲線圈出封閉的儲(chǔ)量塊段范圍，然后運(yùn)行程序文件，依據(jù)命令行提示拾取儲(chǔ)量塊段范圍，輸入塊段編號(hào)、厚度、傾角即可。用此程序進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算精度高、工作量小，形成的文件易于保存和修改。此程序在應(yīng)用中取得了令人滿意的效果。

我們利用AutoLISP開發(fā)了地質(zhì)剖面圖自動(dòng)繪制程序，批量鉆孔展點(diǎn)等程序在實(shí)際工作中都得到了很好的應(yīng)用。

4 結(jié)語

當(dāng)然，計(jì)算機(jī)技術(shù)在地質(zhì)體建模﹑地質(zhì)過程的模擬等其他地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用也極為廣泛。從地質(zhì)技術(shù)的發(fā)展情況來看，各種新方法、新儀器的出現(xiàn)幾乎均與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，而地質(zhì)技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。在地質(zhì)工作中還有許多方面也需要我們對(duì)通用軟件進(jìn)行二次開發(fā)。這就要求我們應(yīng)該對(duì)已開發(fā)的軟件進(jìn)行不斷完善，對(duì)未知領(lǐng)域進(jìn)行不斷探索。每位技術(shù)人員，不僅要掌握扎實(shí)的地質(zhì)專業(yè)技術(shù)，更要努力學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)，借助計(jì)算機(jī)來提高地質(zhì)找礦技術(shù)的發(fā)展，從而推動(dòng)地質(zhì)找礦事業(yè)的進(jìn)步。

［1］余國宏，許春梅.MapGIS地理信息系統(tǒng)實(shí)用教程［M］.武漢：［出版者不詳］，2003：8.

［2］曹玉蓮，劉軍.常用軟件繪制地質(zhì)圖及其相互關(guān)系［J］.中國科技縱橫，2010（4）：51.

［3］張宇.基于不規(guī)則三角網(wǎng)法進(jìn)行等高線繪制的探討［J］.陜西水利，2010（6）：37.

［4］張玉寶，菅德榮，賈林柱.淺談?dòng)?jì)算機(jī)技術(shù)在1：5萬化探野外工作中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2011（5）：88.

［5］趙景亮.AutoCAD2004與AutoLISP二次開發(fā)技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004：1.