用Surfer軟件制作三維立體地形投影圖的實踐

張靜 胡尊平 陳實 陶鵬飛 牛輝

摘? ?要：利用Surfer軟件實現(xiàn)物探數(shù)據(jù)的三維可視化。通過數(shù)據(jù)網(wǎng)格化利用成果數(shù)據(jù)制作等值線圖、據(jù)高程數(shù)據(jù)制作表面圖、采用點位坐標制作張貼圖，最后通過覆蓋地圖功能將物探異常數(shù)據(jù)投影在三維地形圖上，實現(xiàn)三維可視化。同時介紹了一些成圖細節(jié)，為物探異常推斷解釋提供參考。

關(guān)鍵詞：Surfer;三維可視化;物探異常;物探數(shù)據(jù);立體地形投影

物化探常用軟件成圖效果單一，往往是用鮮明顏色區(qū)分和突出異常成果，多為二維圖形，無法清晰直觀地表達地形和異常數(shù)據(jù)關(guān)系。常用地質(zhì)軟件流程復(fù)雜，不具備將異常成果圖和實際點位圖投影在三維地形圖上的功能。Surfer軟件較好的解決了此問題，其三維成圖功能強大，操作簡便，已廣泛應(yīng)用于教學、科研、測繪、地質(zhì)等領(lǐng)域[1]。由于測區(qū)地形起伏使物探成果數(shù)據(jù)在激發(fā)和采集測量過程中發(fā)生了畸變，原來適用于水平地形條件下的異常解釋方法，如不考慮起伏地形影響，直接用來解釋物探異常，將導(dǎo)致較大誤差。本文將物探異常直接套合在地形圖上，為異常推斷解釋提供直觀參考。

1? Surfer軟件介紹

Surfer軟件是美國Golden Software公司出品的一款著名地理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化繪圖軟件，擁有強大插值功能和繪制圖件能力，是地質(zhì)工作者必備的繪圖軟件之一（圖1）。該軟件簡單易學，可輕松制作基面圖、數(shù)據(jù)點位圖、分類數(shù)據(jù)圖、等值線圖、線框圖、地形地貌圖、趨勢圖、矢量圖及三維表面圖等。Surfer被廣泛用于地形建模、測深建模、景觀可視化、表面分析、等高線測繪、流域和3D曲面的繪制等[2-8]。

2? 數(shù)據(jù)準備

在開始制作三維可視化立體地形投影圖之前，需將投影成果數(shù)據(jù)準備好。本次繪圖之前準備了調(diào)查區(qū)點位數(shù)據(jù)、磁法測量數(shù)據(jù)（ΔT）、視極化率數(shù)據(jù)（M1）、視電阻率數(shù)據(jù)和高程（地形）數(shù)據(jù)，即在excel表格中將橫坐標、縱坐標、成果數(shù)據(jù)分別成列，保存為成果數(shù)據(jù)“.csv”格式。之所以不保存成“.xls”格式，是因為Surfer 8軟件無法較好的識別其格式。而“.csv”格式文件會將其中公式及格式全部清除，方便Surfer軟件識別。

3? 繪圖流程

3.1? 將成果數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理

打開Surfer軟件，點擊菜單欄中的網(wǎng)格→數(shù)據(jù)，選擇準備好的“成果數(shù)據(jù).csv”，將XYZ軸分別對應(yīng)設(shè)置。在高級選項中可根據(jù)實際測量點線距設(shè)置搜索橢圓半徑和角度，其他參數(shù)可根據(jù)需要自行設(shè)置。本次實測數(shù)據(jù)采用線距100 m，點距20 m，方位角20°，將搜索半徑設(shè)置為點線距的2～3倍既能反應(yīng)出細小異常，又能使網(wǎng)格化數(shù)據(jù)較為平滑。選擇“確認”則很快創(chuàng)建了“磁測數(shù)據(jù)（△T）”網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。以此類推，再分別創(chuàng)建“視極化率M1（%）”、“視電阻率（Ω·m）”和“高程（m）”的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。

3.2? 利用創(chuàng)建的成果數(shù)據(jù)網(wǎng)格? ? ? ? ?化文件，制作等值線圖

在菜單欄中選擇地圖→等值線圖→新建等值線圖，選擇打開“磁測數(shù)據(jù)（△T）.grd”，則在圖形顯示區(qū)生成了磁測等值線圖[10]。右鍵點擊等值線圖，則可以進行標注和屬性的設(shè)置。在屬性設(shè)置中，選擇“常規(guī)”菜單欄，將填充等值線和平滑等值線勾選，在“等級”菜單欄選擇填充→前景色，進行顏色譜的設(shè)置。點擊確定，則完成了等值線圖的“上色”（圖2）。制作其他等值線圖以此類推，分別制作“視極化率M1（%）”、“視電阻率（Ω·m）”等值線圖。

3.3? 利用創(chuàng)建的高程網(wǎng)格化? ? ? ? ?文件（高程.grd），制作? ? ? ? ? ? ? “表面圖”

在菜單欄中選擇地圖→表面圖，選擇打開“高程（m）.grd”文件，則在圖形顯示區(qū)生成三維地形圖（圖3）。

在對象管理器中，右鍵點擊“3D Surface”，選擇屬性，可查看或調(diào)整圖形顯示顏色、網(wǎng)格、光照角度等。在繪圖工具欄中，選擇“3D軌跡球”或菜單欄“地圖→軌跡球”可對圖形進行旋轉(zhuǎn)、翻動等操作，使圖形更直觀。

3.4? 利用“成果數(shù)據(jù).csv”，制作“張貼圖”

在菜單欄中選擇地圖→張貼圖→新建張貼圖，選擇“成果數(shù)據(jù).csv”，則在圖形顯示區(qū)生成張貼圖（圖4）。在對象管理器中，右鍵點擊“Post”，選擇屬性，可查看“X坐標”和“Y坐標”，同時可重新設(shè)置標注的符號類型、顯示頻率及符號大小等。

3.5? 覆蓋地圖，完成三維可視化立體地形投影圖的? ? ? ? ? 制作

參考以上步驟，我們已經(jīng)完成“等值線圖”、“表面圖”和“張貼圖”的制作。接下來我們需將3幅圖進行覆蓋處理，讓各元素呈現(xiàn)在一張圖上。在對象管理器中，同時選中以上3幅圖（利用“ctrl+”功能），然后在菜單欄中選擇地圖→覆蓋地圖，則在圖形顯示區(qū)生成“三維可視化立體地形投影圖”（圖5）。在對象管理器中，我們?nèi)钥梢杂益I點擊修改各類圖件的屬性，這為我們后期調(diào)整一些細節(jié)提供了方便。最后，如對某一幅圖形效果不滿意，可在對象管理器中選定該圖形，然后在菜單欄中選擇地圖→拆解覆蓋，即可將該圖形取消覆蓋。

3.6? 細節(jié)調(diào)整

顯示高程差? 在對象管理器中右鍵點擊3D Surface→屬性→勾選顯示基面，可用所需顏色顯示高程差。

增加圖例單位? 在圖形顯示區(qū)右鍵點擊圖例，選擇屬性→格式，在“后綴”欄輸入對應(yīng)的單位。

增加XYZ軸坐標? 在對象管理器相應(yīng)的軸屬性中可顯示、隱藏、調(diào)整、加密刻度值。

成果圖件的輸出? 點擊菜單欄→文件→輸出，可將成果圖件保存成20多種格式的文件。

白化文件的建立與應(yīng)用? 成圖后，圖形有時會出現(xiàn)邊界有毛刺現(xiàn)象，這是因為在開始數(shù)據(jù)網(wǎng)格化時，選擇的網(wǎng)格搜索半徑過大或過小，這時就需進行白化處理，即將某范圍內(nèi)或以外線條進行剪裁。方法如下：①利用Excel（如用WPS軟件，可能出現(xiàn)無法復(fù)制數(shù)據(jù)現(xiàn)象）建立白化節(jié)點表格，節(jié)點要有順序（表1）;②在菜單欄點擊文件→新建→工作表，將Excel中的數(shù)據(jù)復(fù)制到上表中，文件→另存為，在保存類型中選擇“*.bln”格式;③在菜單欄點擊網(wǎng)格→白化，選擇需要白化的“*.grd”文件，再打開相應(yīng)的“*.bln”文件，修改文件名，保存;④在菜單欄點擊地圖→等值線圖→新建等值線圖，選擇并打開上述完成的文件，即可得到白化后的圖形。

4? 成圖效果分析

利用以上流程，可將各項異常成果進行三維可視化處理，并按需排列放置在一個Surfer文件中，利于成果對比分析研究。圖6-a反應(yīng)了調(diào)查區(qū)地形變化情況，同時也反應(yīng)了物探測量點位在不同海拔高度上的位置情況;圖6-b為磁測異常在調(diào)查區(qū)空間位置上的反應(yīng)，由此可較清晰判斷磁異常形態(tài)分布特征是否與地形變化有關(guān);圖6-c，e分別為視極化率和視電阻率特征，它們主要分布在地形較低的南部，異常走向為EW向。同時，調(diào)查區(qū)東部云海調(diào)查區(qū)均能看到弱異常反應(yīng)。圖6-d，f分別為布格重力和剩余重力異常特征。圖6-e顯示布格重力異常值由南向北，由低到高逐漸增大;圖6-f顯示剩余重力異常在云海礦區(qū)及海拔不同地區(qū)均有所反應(yīng)。

綜上，三維立體地形投影圖清晰、直觀的反應(yīng)了各類物探異常的空間位置及分布形態(tài)，為物探解釋和地質(zhì)推斷工作提供了助力。

5? 結(jié)語

（1） 利用Surfer軟件分別生成等值線圖、張貼圖、表面圖。通過調(diào)整圖形屬性及覆蓋地圖功能，很好地實現(xiàn)了將物探異常成果投影在三維地形圖上的功能。且可在軟件中任意角度旋轉(zhuǎn)圖件，成圖過程簡單易學，成圖效果美觀易懂，是物化探工作者展示成果的又一得力助手。存在的不足之處，主要有：生成的成果文件無法直接使用“MapGIS”軟件打開，不能進一步加工，需進行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換。

（2） 同一巖性相同地質(zhì)條件下，地形凹陷與地形隆起處對應(yīng)的物探異常，認為是由地形參與引起的變化，這為排除干擾異常，消減多解性，研究異常原因，做出推斷解釋具重要作用。

（3） 三維地形圖的制作對高程數(shù)據(jù)要求較高，普通的GPS精度可能無法滿足數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求，建議采用RTK（高精度測量儀）進行高程數(shù)據(jù)的采集。

參考文獻

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Application of Surfer Software in Making 3D Visualization Stereo Topographic Projection Map

——Take Geophysical Data of Yunhai as an Example

Zhang Jing，Hu Zunping，Chen Shi，Tao Pengfei，Niu Hui

（Geological Survey Institute of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：Surfer software is used to realize the three-dimensional visualization of geophysical data. Through data gridding， contour map is made by using results data， surface map is made by using elevation data， and post map is made by using point coordinates. Finally， the geophysical anomaly data is mapped on the three-dimensional topographic map by covering map function to realize three-dimensional visualization. At the same time， some drawing details are introduced to make the results figures more beautiful and high-definition. It provides a reference for geophysical anomaly inference and interpretation.

Key words：Surfer;Three-dimensional visualization;Geophysical anomaly;Geophysical data;Stereo terrain projection