基于CAD 與Excel的電測(cè)深曲線類型圖的繪制

代方園，郭長(zhǎng)恩，姜巧巧，高揚(yáng)

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東濟(jì)南 250013；2.山東省地礦工程勘察院，山東濟(jì)南 250013；3.山東省地下水環(huán)境保護(hù)與修復(fù)工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南 250013)

0 前言

電測(cè)深法是以巖礦石導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，利用人工電場(chǎng)，通過(guò)采集與分析地下電流場(chǎng)的分布規(guī)律來(lái)解決水文、工程、環(huán)境地質(zhì)等問(wèn)題的一種電法勘探方法。其成本較低、可操作性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。

CAD 具有成熟的制圖功能，Excel 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，二者的結(jié)合將大大提高制圖效率及效果。CAD 與Excel 聯(lián)合并運(yùn)用到地質(zhì)制圖領(lǐng)域中，前輩及同仁們?cè)缫延刑剿?，如在水文工作中（范長(zhǎng)玉、尚麗、陳敏虹）、礦產(chǎn)勘查取樣（王順欽）、繪制鉆孔柱狀圖（馬江平等）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（孫淑賢等）、繪制地質(zhì)剖面圖（薛衛(wèi)沖）、輻射取樣自動(dòng)繪圖（劉金生）、土地質(zhì)量調(diào)查（侯丹丹）等。

1 基于CAD與Excel的方法原理

理正勘察軟件在巖土勘察工作中應(yīng)用廣泛，它是把輸入的鉆孔數(shù)據(jù)編輯成CAD 格式，在CAD 中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制柱狀圖、剖面圖等工作。由此，作者聯(lián)想到，如果將電測(cè)深的原始數(shù)據(jù)利用Excel 進(jìn)行處理，編輯成CAD可識(shí)別的“坐標(biāo)”格式的數(shù)據(jù)，輸入到CAD中，理論上應(yīng)該也能實(shí)現(xiàn)電測(cè)深曲線的自動(dòng)繪制及首尾端電阻率值的批量添加。

為得到這一步結(jié)果，我們進(jìn)行了反復(fù)計(jì)算、驗(yàn)算、繪圖，最終獲得聯(lián)合CAD 與Excel 軟件的繪圖方法。其流程如圖1。

圖1 基于CAD與Excel的新方法繪圖流程Figure 1.New drawing process based on CAD and excel

電測(cè)深原始數(shù)據(jù)包含

AB

/2距、電阻率值ρ。CAD軟件以坐標(biāo)為基礎(chǔ)，屬于算術(shù)坐標(biāo)系，而電測(cè)深曲線最常用的是雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，因此，要實(shí)現(xiàn)電測(cè)深曲線類型圖及首尾端電阻率值在CAD 中批量繪制需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是如何將原始的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系數(shù)據(jù)處理成CAD 軟件中的算術(shù)坐標(biāo)格式數(shù)據(jù)，二是如何將多條曲線數(shù)據(jù)處理成同一坐標(biāo)軸中的按點(diǎn)距排列的曲線數(shù)據(jù)。為便于解釋這一方法原理，我們假定有2 條電測(cè)深曲線，每條有2 個(gè)點(diǎn)。如圖2，原始數(shù)據(jù)1 包含

a

、

b

點(diǎn)，坐標(biāo)分別為：

a

（

X

，

Y

）、

b

（

X

，

Y

），相應(yīng)的轉(zhuǎn)為CAD格式后為

A

、

B

點(diǎn)，坐標(biāo)分別為：

A

（

X

，

Y

）、

B

（

X

，

Y

）。原始數(shù)據(jù)2 包含

c

、

d

點(diǎn)，坐標(biāo)分別為：

c

（

X

，

Y

）、

d

（

X

，

Y

），相應(yīng)的轉(zhuǎn)為CAD 格式后為

C

、

D

點(diǎn)，坐標(biāo)分別為：

C

（

X

，

Y

）、

D

（

X

，

Y

）。

圖2 基于CAD與Excel的新方法計(jì)算原理Figure 2.Calculation principle of the new method based on CAD and excel

如圖2，我們需要將

A

（

X

，

Y

）、

B

（

X

，

Y

）、

C

（

X

，

Y

）、

D

（

X

，

Y

）四個(gè)點(diǎn)的算術(shù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在Excel中編輯成雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再編輯成CAD 軟件中的算術(shù)坐標(biāo)

A

（

X

，

Y

）、

B

（

X

，

Y

）、

C

（

X

，

Y

）、

D

（

X

，

Y

），計(jì)算公式如下：

然后將處理好的

A

（

X

，

Y

）、

B

（

X

，

Y

）、

C

（

X

，

Y

）、

D

（

X

，

Y

）坐標(biāo)數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼到CAD 軟件命令行，就可實(shí)現(xiàn)曲線自動(dòng)繪制。其中，

k

1、

k

2、

k

3 為曲線形態(tài)調(diào)整系數(shù)，它與點(diǎn)距、線距有關(guān)，需要根據(jù)曲線的形態(tài)進(jìn)行增減；△

X

為測(cè)深點(diǎn)的點(diǎn)距，在項(xiàng)目中為已知數(shù)。

表1 以山東省1∶50000 水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目中某條剖面的兩條電測(cè)深數(shù)據(jù)為例，展示如何在Excel 中將數(shù)據(jù)處理成CAD格式。

表1 Excel中電測(cè)深數(shù)據(jù)處理Table 1.Processing of electrical sounding data in Excel

如表1，根據(jù)公式（1）～（4），調(diào)整

k

1、

k

2、

k

3的大小，將原始數(shù)據(jù)處理成CAD 格式數(shù)據(jù)。本例中，點(diǎn)距△

X

=200，經(jīng)試驗(yàn)，

k

1=20、

k

2=10、

k

3=0.01 時(shí)，曲線形態(tài)較好，即：

X

=44.3，

Y

=1.5；

X

=47.2，

Y

=2.5；

X

=359.65，

Y

=1.5；

X

=319.6，

Y

=2.5。將分別其代入式（1）、（2）、（3）、（4），得（

X

，

Y

）、（

X

，

Y

）、（

X

，

Y

）、（

X

，

Y

），分別為32.93，-1.76；33.48，-3.98；34.93，-1.76；33.90，-3.98。

由此得到兩條曲線的CAD 格式數(shù)據(jù)，依此類推，可得一條剖面的CAD 格式數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼到CAD 命令行，就自動(dòng)繪制出該剖面的曲線類型圖（如圖3）。

圖3 電測(cè)深曲線類型Figure 3.Electrical sounding curve types

“同表1 pline”是CAD“多段線”命令，輸入到CAD后會(huì)執(zhí)行多段線繪制功能。

“（32.93，-1.76）、···”是CAD中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

最后一行是“空格”，這是不可缺少的，表示此條曲線繪制結(jié)束，并開始下一條曲線。

初次繪制剖面時(shí)，需根據(jù)曲線形態(tài)，多次調(diào)整

k

1、

k

2、

k

3的大小；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，同一項(xiàng)目的其他剖面無(wú)須再進(jìn)行調(diào)整，可將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel 模板中，得到CAD 格式數(shù)據(jù)。繪圖時(shí)間由數(shù)小時(shí)可縮短至10 分鐘，極大地提高了工作效率。

2 首尾端電阻率值的添加

曲線繪制結(jié)束后，需要添加首尾端電阻率值。傳統(tǒng)的方法是一個(gè)一個(gè)的輸入，效率較低。通過(guò)使用CAD 中添加文本命令“添dtext”，將編輯好的數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼在CAD的命令行，可以實(shí)現(xiàn)首尾端電阻率值的自動(dòng)繪制，提高效率。命令行公式如下：

="_dtext j c "&B1&"，"&$B$2 &" "&$B$3&"0 "&B4 CHAR(10)

該公式返回值為“_dtext j c 32.928，-1.260 0.3 0 44.3”。執(zhí)行過(guò)程：讀入多行文本命令“_dtext”—選擇[對(duì)正]j—選擇[居中]c—讀入要添加文本位置的坐標(biāo)“32.928，-1.260”—選擇文字高度“度.26 —選擇旋轉(zhuǎn)角度“0”—輸入要添加的文字“44.3”—回車符。

最后一步確認(rèn)文本輸入需要在CAD 命令行輸入“回車符”實(shí)現(xiàn)，不可用“空格”。這是因?yàn)椋剀嚪贓xcel 單元格中隱藏了制表符" "，將其粘貼到CAD命令行后，就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，導(dǎo)致命令無(wú)法識(shí)別。解決辦法是：將返回的數(shù)值從Excel復(fù)制粘貼到Word 空白文件中，然后在命令與命令之間按“回車鍵”，具體如下：

_dtext j c 32.928，-1.260 0.3 0 44.3

（注：這一行是“回車”）

_dtext j c 34.928，-1.260 0.3 0 359.65

命令與命令之間用回車換行，再?gòu)?fù)制粘貼到CAD命令行，即可實(shí)現(xiàn)文本的批量添加，這幾乎是一瞬間完成的，與一個(gè)一個(gè)的輸入文本相比，不僅無(wú)須檢查，其效率也可見一斑。

3 涉及公式及命令使用說(shuō)明

Excel中進(jìn)行編輯時(shí)用到的主要公式：

（1）將多列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為一列。“ET(B$111，MOD(ROW(B2)-1，2)，(ROW(B2)-1)/2)ROW(B2)

解釋：此公式用于將2 行3 列數(shù)據(jù)編輯為6 行1列。式中的“2”與實(shí)際行數(shù)對(duì)應(yīng)，如本例中數(shù)據(jù)有23行則改為23。

（2）將非空值的兩列數(shù)據(jù)合并?！?IF(COUNT(B1)=1，B1&”，“&-A1，B1)”

解釋：此處“IF”函數(shù)，起判別作用。如果B1 單元格不是空值，就輸出B1 和A1 單元格合并后的數(shù)據(jù)；若B1 單元格為空值，則輸出B1 單元格內(nèi)容。“COUNT(B1)=1”，表示B1 單元格不是空值。這個(gè)公式用在最后一步，將處理后的

X

、

Y

坐標(biāo)合成單列數(shù)據(jù)。返回值為“X，-Y”。

（3）將單列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為多列?！?INDIRECT("b"&ROW(B111)+(COLUMN(B111)-1)*21)”

解釋：“B1”為單列數(shù)據(jù)的起始數(shù)值，“21”為將要轉(zhuǎn)換的數(shù)列有多少行。

4 結(jié)語(yǔ)

Excel的數(shù)據(jù)處理與CAD的繪圖功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了批量繪制電測(cè)深曲線及添加文本，減少了工作中的重復(fù)步驟，降低了工作強(qiáng)度，提高了工作效率及準(zhǔn)確率。其原理是在Excel 中編輯原始數(shù)據(jù)，利用Excel函數(shù)及公式，將計(jì)算結(jié)果顯示為CAD 命令行中能夠識(shí)別且可執(zhí)行的指令。

通過(guò)利用Excel 中函數(shù)及公式，可整理出計(jì)算模板，實(shí)現(xiàn)電測(cè)深曲線類型圖繪制工作的標(biāo)準(zhǔn)化，這不僅可以精簡(jiǎn)工作步驟，提高工作效率和可操作性，還可增加新手的上手率，也便于查錯(cuò)、糾錯(cuò)。在后續(xù)項(xiàng)目中，根據(jù)曲線形態(tài)，通過(guò)調(diào)整模板中的參數(shù)，即完成了制圖工作。

地質(zhì)行業(yè)屬傳統(tǒng)行業(yè)，軟件的聯(lián)合運(yùn)用可以提高效率，增加精度。Excel 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，CAD 有強(qiáng)大的繪圖功能，二者的結(jié)合除了用于電測(cè)深工作外，對(duì)CSAMT、MT、高精度磁法、電磁波CT同樣適用。