基于netDxf的工程地質(zhì)剖面自動繪制研究

趙杰 馬文琪 相詩堯

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

關(guān)鍵詞：netDxf;地質(zhì)剖面;自動繪制;工程地質(zhì)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0274-03

目前，工程地質(zhì)勘察軟件眾多，但鉆孔地質(zhì)剖面地層連線仍然需要人工進(jìn)行手動連線，即便有地質(zhì)剖面繪制軟件，其格式轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)讀寫DXF格式文件，DXF文件圖形存儲格式公開，通用性好，數(shù)據(jù)交互性較好，能滿足BIM應(yīng)用和出圖需求，能滿足工程快速應(yīng)用需要。

如何將地質(zhì)剖面的人工連線規(guī)則以程序化的方式實(shí)現(xiàn)，提高工作效率，是本文探討的主要內(nèi)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(jié)

巖土地層剖面線繪制主要依托鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)，與鉆孔的地層信息密切相關(guān)。通過對勘察工作中的地層連線進(jìn)行梳理和總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)：除了斷層等構(gòu)造地層外，巖土體的地層連線分為以下三大類型：

（1）連續(xù)地層：地層連續(xù)成層，沒有發(fā)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(cè)尖滅、左側(cè)尖滅、兩側(cè)尖滅（透鏡體）三種情形。兩側(cè)尖滅可以認(rèn)為是單側(cè)尖滅的結(jié)合情形。

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

對于n個(gè)鉆孔，m個(gè)地層的地質(zhì)剖面繪制，可以通過構(gòu)建鉆孔地層矩陣和地層線集合，通過對地層分布模式進(jìn)行模式判別實(shí)現(xiàn)程序化連線處理。

1.2根據(jù)地層特征判別連線

我們以n個(gè)鉆孔，m個(gè)地層的地質(zhì)剖面繪制為例，對地層特征的判別準(zhǔn)則條件進(jìn)行梳理。

2地層連線的處理

2.1地層點(diǎn)的處理

對于每個(gè)鉆孔地層段我們定義8個(gè)索引點(diǎn)標(biāo)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(diǎn)為鉆孔地層的頂中心點(diǎn)，7為鉆孔地層的底中心點(diǎn)。1～6號點(diǎn)為距中心偏移一定距離點(diǎn)，3、4號點(diǎn)為地層中心偏移點(diǎn)。1～6號點(diǎn)的偏移距離根據(jù)剖面圖比例尺自動設(shè)定。

對于地層連續(xù)的情況，地層連接點(diǎn)應(yīng)該為0或7;對于尖滅地層，地層連接點(diǎn)應(yīng)該為3或4;地層中斷缺失時(shí)，地層連接點(diǎn)則為1、2、5、6。

2.2連線接線

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

對于本方法存在一個(gè)最小遍歷地層矩陣序列，應(yīng)至少有3個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔應(yīng)有4個(gè)地層層位點(diǎn)作為基本判斷序列，賦給索引值以確定連線的走向。當(dāng)剖面連線需求小于這個(gè)數(shù)目可認(rèn)為是簡單地形，優(yōu)先按連續(xù)地層處理。

（2）地表線連接。通過判斷每個(gè)鉆孔的地層號索引值來判斷是否為當(dāng)前鉆孔的頂部地層，返回該鉆孔頂層地層的頂點(diǎn)，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(yōu)先級進(jìn)行判斷：連續(xù)地層>尖滅>中斷缺失。

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

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

2.3連線方法的改進(jìn)

對于鄰近地層高差較大、尖滅或中斷缺失時(shí)，直線連接不夠直觀，顯得連線很生硬。根據(jù)繪制剖面比例尺，判斷起終點(diǎn)的繪圖高差，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值來判斷是否對連線進(jìn)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(jìn)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(diǎn)，建立直線，對直線進(jìn)行n等分，計(jì)算其斜率和二階系數(shù)a，根據(jù)二階系數(shù)a值計(jì)算出n等分點(diǎn)對應(yīng)的緩和曲線擬合點(diǎn)，擬合曲線的凹凸性由a值決定。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

（1）單一連續(xù)地層邊界為四條線：層頂連線，層底連線，起終點(diǎn)的層頂層底點(diǎn)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(diǎn)的某處重合，區(qū)域組成為三條（單側(cè)尖滅）或兩條（透鏡體）線。

（3）對于某一地層，其封閉區(qū)域可能是多個(gè)不連續(xù)的，只要各區(qū)域是封閉的，程序通過代碼實(shí)現(xiàn)一次填充。

5結(jié)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(jìn)行編程，調(diào)用鉆孔數(shù)據(jù)，可以較好地實(shí)現(xiàn)既定規(guī)則下的地層自動連線，能較快地提高工程地質(zhì)剖面的繪制效率和效果。

（2）在開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程中，對鉆孔數(shù)據(jù)的需要有地層層序的統(tǒng)一性和規(guī)范性的要求，對于工程項(xiàng)目應(yīng)建立統(tǒng)一的地層層序和規(guī)范的地層命名，以便地層判別和圖例填充的有序?qū)崿F(xiàn)。

（3）進(jìn)一步研究的方向：

該方法的實(shí)現(xiàn)暫未考慮斷層等構(gòu)造要素的影響，斷層等要素的處理應(yīng)進(jìn)一步考慮人工經(jīng)驗(yàn)知識庫、地質(zhì)構(gòu)造的特性特征經(jīng)驗(yàn)庫的建立來細(xì)化判別實(shí)現(xiàn)。

隨著BIM技術(shù)的深入應(yīng)用，地質(zhì)剖面的三維應(yīng)用、地層屬性信息的豐富和傳遞是本文繼續(xù)深入研究的方向。