基于Surfer和VBA技術(shù)的自動化繪制技術(shù)研究

賈世俊，周鵬，李朝輝，朱洪瀟，崔彥崗，崔楊洋

(中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，太原 030032)

0 引言

瞬變電磁法又稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic methods，縮寫TEM)因其場源頻帶寬、分辨率高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于金屬、石油勘探，水源、地?zé)峥辈煲约肮こ痰刭|(zhì)勘探勘察等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍涵蓋了地面、地下和海洋，幾乎涉及了地球物理探測的各個領(lǐng)域，已成為重要的地球物理探測方法技術(shù)之一[1-3]。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，地球物理勘探儀器的數(shù)字化和智能化程度不斷提高，瞬變電磁儀器的性能也得到顯著的提升。

目前，市場上較為常見的瞬變電磁儀器主要有加拿大GEON-ICS公司的PROTEM系統(tǒng)(包括PROTEM-37，47，57，67等型號)、PHOENIX公司的V6和V8系統(tǒng)、美國ZONGE公司的GDP-32系統(tǒng)、重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所的WTEM系統(tǒng)等[4]。主流的瞬變電磁儀器基本都配備了相應(yīng)的處理解釋軟件，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、反演、輸出成圖數(shù)據(jù)[5]。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，勘探單位常用Surfer軟件對上述儀器軟件的反演結(jié)果進(jìn)行斷面成圖和整飾。這一過程基本為參數(shù)統(tǒng)一的重復(fù)操作，且修改某一參數(shù)后所有斷面需要重新繪制。尤其在數(shù)據(jù)量較大的工程項目中斷面圖件的整飾、修改需要花費(fèi)大量人力和時間資源。因此，采用計算機(jī)完成圖件批量繪制和整飾顯得尤為需要。本文介紹了一種基于Surfer的數(shù)據(jù)管理和自動化處理功能，利用VBA技術(shù)實(shí)現(xiàn)了瞬變電磁法斷面圖的批量自動化繪制及整飾技術(shù)，并就實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了檢驗。

1 Surfer和VB技術(shù)

1.1 Surfer技術(shù)

Surfer是由美國Golden software公司研發(fā)的一套功能強(qiáng)大的成圖軟件，具有強(qiáng)大的插值功能和圖件繪制能力，被廣泛應(yīng)用于物探工作中等值線圖的繪制[6-8]。Surfer能夠使外部程序通過“對象”去“操縱”Surfer程序，提供了一個從外部程序控制Surfer程序的編程接口。Surfer程序的對象為自動化對象(Automation Object)，VB等程序語言可以通過使用這些對象的屬性(Properties)和方法(Method)實(shí)現(xiàn)控制Surfer程序的目的[9]。Surfer采用層次化的方式組織其自動化對象，各對象屬性和方法參數(shù)可在Surfer程序“help”中獲得。

1.2 VBA技術(shù)

VBA(Visual Basic for Applications)是基于Visual Basic發(fā)展而來的新一代標(biāo)準(zhǔn)宏語言，是微軟公司開發(fā)的用于Microsoft Office應(yīng)用程序執(zhí)行通用自動化(OLE)任務(wù)的編程語言。通過VBA技術(shù)可以有效地擴(kuò)展Excel的功能，設(shè)計和構(gòu)建人機(jī)交互界面，幫助用戶更加高效地完成Excel中公式、函數(shù)等基本操作不能完成的任務(wù)[10]。

2 程序設(shè)計思路

基于Excel的數(shù)據(jù)管理功能，將多條測線中的瞬變電磁反演數(shù)據(jù)、測點(diǎn)信息進(jìn)行排序、篩選、查找匹配并統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，再利用VBA編程技術(shù)按測線輸出固定格式的成圖數(shù)據(jù)。

2.1 Excel數(shù)據(jù)整理

將全區(qū)反演成果數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、目的層高程信息數(shù)據(jù)(如煤層底板等高線)等已知數(shù)據(jù)分別輸入Excel表格中sheet1、sheet2、sheet3、……工作表中，以“線號-點(diǎn)號”為統(tǒng)一標(biāo)識符，利用VLOOKUP函數(shù)將各測點(diǎn)數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一到同一數(shù)據(jù)表中。

VLOOKUP函數(shù)的語法規(guī)則如下：VLOOKUP(lookup_value，table_array，col_index_num，range_lookup)

各參數(shù)說明見表1。

表1 VLOOKUP函數(shù)參數(shù)特征Table 1 Characteristics of parameters of VLOOKUP function

經(jīng)匹配后數(shù)據(jù)格式見表2。其中“#N/A”為VLOOKUP函數(shù)所在列匹配結(jié)果，當(dāng)對應(yīng)“線號-點(diǎn)號”數(shù)據(jù)存在時顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)，不存在時顯示為“#N/A”。

2.2 VBA編程分線輸出

以表2數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用VBA 編程技術(shù)按“線號”分別提取各線數(shù)據(jù)，并輸出為文本格式，并以線號命名。文本數(shù)據(jù)格式為：

表2 Excel數(shù)據(jù)整理Table 2 Excel data collation

“X，Y，Z，H，3#，5#，10#”，便于Surfer軟件網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。

其中，X為點(diǎn)號；Y為目的層標(biāo)高；Z為反演電阻率值；H為地表標(biāo)高；3#，5#，10#分別對應(yīng)相應(yīng)煤層的底板標(biāo)高。

以下為程序分線輸出的主要算法：

Do

X=Sheet1.Cells(i, 3)

Y=Sheet1.Cells(i, 7)

Z=Sheet1.Cells(i, 5)

H=Sheet1.Cells(i, 6)

SanM=Sheet1.Cells(i, 8)

WuM=Sheet1.Cells(i, 9)

ShiM=Sheet1.Cells(i, 10)

If Sheet1.Cells(i, 2)=linename Then

sss=X & "," & Y & "," & Z & "," & H & "," & SanM & "," & WuM & "," & ShiM

Print #1, vbCrLf + sss;

Else

Close #1

linename=Sheet1.Cells(i, 2)

……

End If

Loop While Sheet1.Cells(i, 1) <> ""

2.3 VBA編程控制Surfer軟件自動化繪圖

首先，利用VBA面向?qū)ο缶幊痰奶攸c(diǎn)設(shè)計圖形用戶界面(圖1)，方便使用者輸入繪圖所需的各

圖1 程序圖形用戶界面Fig.1 Program GUI

類參數(shù)[11-19]，如工作區(qū)名稱、盲區(qū)深度、繪圖比例尺、標(biāo)注間隔、色標(biāo)尺寸、濾波次數(shù)等參數(shù)，添加VBA通用對話框引導(dǎo)用戶添加“色標(biāo)文件”、“數(shù)據(jù)文件”和“圖例文件”路徑。

之后，點(diǎn)擊“開始繪圖”按鈕控件進(jìn)行“單擊”事件編程。編程主要實(shí)現(xiàn)VBA對Surfer程序的調(diào)用、數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)入、網(wǎng)格化、濾波、白化、圖件繪制、參數(shù)引用設(shè)置、色標(biāo)文件引用、圖例文件添加、繪圖進(jìn)度提示以及當(dāng)前文件下測線文件的遍歷繪圖，從而實(shí)現(xiàn)瞬變電磁法斷面圖批量自動化繪制。

以下為程序主要功能的代碼：

(1)創(chuàng)建Surfer對象。

Set SurferApp=CreateObject("Surfer.Application") “創(chuàng)建Surfer的ActiveX對象”

SurferApp.Visible=False “設(shè)置Surfer對象不可見”

Set plot=SurferApp.Documents.Add(1) “添加Surfer繪圖窗口”

Set shapes=plot.shapes “創(chuàng)建繪圖對象”

(2)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化。

SurferApp.GridData DataFile:=sfilestem$, xCol:=1, yCol:=2,zCol:=3, Algorithm:=2, DupMethod:=2, _NumCols:= (xmax#-xmin#)/(xinc#/2), NumRows:=(xmax#-xmin#)/(xinc#/2), ShowReport:=False, OutGrid:=CSGrd1File$, ymin:=Text3. Text“數(shù)據(jù)網(wǎng)格化”

其中，DataFile為數(shù)據(jù)文件；xCol:=1，yCol:=2，zCol:=3分別為網(wǎng)格化數(shù)據(jù)時X，Y，Z數(shù)據(jù)所在列；Algorithm為網(wǎng)格化算法；此處的2為克里格法；OutGrid為輸出網(wǎng)格文件；ymin為網(wǎng)格最低深度。

(3)網(wǎng)格濾波。

SurferApp.GridFilter InGrid:=CSGrdbFile$, Filter:=9, OutGrid:=CSGrdbFile$

其中，InGrid為輸入網(wǎng)格文件；Filter濾波方法；此處的“9”為高斯低通濾波；OutGrid為濾波后輸出網(wǎng)格文件。

(4)網(wǎng)格白化。

SurferApp.GridBlank InGrid:=CSGrd1File$, BlankFile:=CSBlnFile$，OutGrid:=CSGrdbFile$

其中，InGrid為輸入網(wǎng)格文件；BlankFile為白化文件；OutGrid為白化后輸出網(wǎng)格文件。

白化文件由程序根據(jù)盲區(qū)深度和斷面截取深度結(jié)合網(wǎng)格數(shù)據(jù)計算，輸出為以線號命名的后綴為“bln”的文件，提取過程主要為獲取網(wǎng)格文件邊界值和白化范圍，并讀取相應(yīng)位置標(biāo)高。編程以文件讀寫為主，不作詳細(xì)論述。此過程同時生成各煤層底板線文件用于等值線圖添加煤層底板線。

(5)圖件繪制。

Set mapframe=shapes.AddContourMap(CSGrdFile$)“添加等值線圖”

Set ContourMap=mapframe.overlays(1)

With ContourMap“設(shè)置等值線圖各種參數(shù)”

Name="InvMod Contour"

Levels.LoadFile (CSLvlFile$)“添加色標(biāo)文件”

SmoothContours=3

……

With plot.Selection“設(shè)置色標(biāo)尺寸及位置”

Height=Text13.Text

Width=Text14.Text

Left=((mapframe.xmax-mapframe.xmin)/Text6.Text)/2+14

Top=13

DeselectAll

End With

End With

Set basemap=shapes.AddBasemap(ImportFileName:=CSBasFile$)“添加粘貼圖，地形線及煤層底板線”

(6)圖例文件添加。

采用復(fù)制統(tǒng)一圖例文件到斷面圖的方法，圖例位置的設(shè)置與色標(biāo)位置類似。主要代碼為：

plot.Selection.Copy“復(fù)制圖例”

shapes.Paste“粘貼圖例”

(7)繪圖進(jìn)度提示。

進(jìn)度提示利用VB控件ProgressBar實(shí)現(xiàn)，通過設(shè)置繪圖過程中ProgressBar的值來顯示繪圖進(jìn)度，使用戶實(shí)時掌握繪圖進(jìn)度。

ProgressBar1.Value=“ ”

(8)測線文件的遍歷。

上述過程為完成單幅斷面圖的過程，為達(dá)到批量自動化繪制當(dāng)前文件夾下所有測線斷面圖的目的，需要使程序自動遍歷當(dāng)前目錄下的所有測線文件，并循環(huán)繪圖過程。筆者采用了VB中的Dir函數(shù)返回當(dāng)前目錄下的指定類型的文件，并用循環(huán)語句使繪圖過程自動執(zhí)行，直到完成所有斷面圖繪制。

3 應(yīng)用效果

將上述編輯好的程序應(yīng)用于山西某礦區(qū)瞬變電磁勘查項目，該項目瞬變電磁測量面積15.2 km2，資料處理需要繪制斷面圖600余幅。人工繪圖是一個極其耗時費(fèi)力的工程，且圖件修改不方便；采用本程序，成圖數(shù)據(jù)整理、繪圖全部實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動化，圖面信息統(tǒng)一，修改方便。

圖2為工作區(qū)13線瞬變電磁、地質(zhì)綜合剖面圖，即為采用本程序繪制，圈出的采空區(qū)異常經(jīng)ZK1301驗證，110 m埋深處確為采空。該方法與人工繪圖相比效率高，繪圖結(jié)果可靠，應(yīng)用效果明顯。

圖2 ××煤業(yè)瞬變電磁13線視電阻率、地質(zhì)綜合剖面Fig.2 Integrated Transicient electromagnetic and geological section of electromagnetic line 13 in a coal industry1.物探推測2#煤層；2.物探推測采空區(qū)；3.馬蘭組黃土；4.二疊系下石盒子組；5.二疊系山西組；6.黃土；7.砂質(zhì)泥巖；8.砂巖； 9.煤層；10.煤層采空區(qū)；11.鉆孔及編號

4 結(jié)論

(1)基于Surfer和VBA技術(shù)的瞬變電磁斷面圖的自動化繪制技術(shù)，利用Surfer和Office公司自帶的VBA編程技術(shù)進(jìn)行再次開發(fā)，形成的繪制程序界面友好、使用方便、快捷、可操作性強(qiáng)，為后續(xù)項目的順利開展提供了技術(shù)支持。

(2)相比手動逐幅繪制，該技術(shù)功能貼近野外生產(chǎn)實(shí)踐需要，圖件格式統(tǒng)一，易于統(tǒng)一修改，有效地提高了工作效率，節(jié)約了時間及人工成本，具有較大的實(shí)踐應(yīng)用價值。

(3)該處理技術(shù)還可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如繪制氣象部門的降雨量等值線圖、地球化學(xué)領(lǐng)域的污染物擴(kuò)散濃度圖等，應(yīng)用前景廣闊。