Surfer与AutoCAD结合在绘制等值线中的应用

赵 方，周荣福，耿咏梅，汪丽媛

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221008）

Surfer与AutoCAD结合在绘制等值线中的应用

赵 方，周荣福，耿咏梅，汪丽媛

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221008）

简述了等值线的重要性及Surfer绘图原理；详细介绍了使用Surfer与AutoCAD软件结合绘制等值线的方法和步骤。研究表明：使用Surfer与AutoCAD软件结合绘制等值线的方法准确、快捷，从而能大大提高制图的质量和效率。

Surfer；AutoCAD；等值线；煤矿；图件

在地形勘探、地下水监测、气象监控及煤矿生产和建设等过程中，各类相关等值线图件都是必不可少的基础图件，它的及时性、准确性和齐全性直接影响着相应部门的生产和建设。一般手工绘制的等值线图，不仅速度慢、效率低，大量消耗着工程技术人员的时间，而且经常因为绘图人员的技术水平不同导致绘制的图件质量也大相径庭。有时候会发生 2幅同一地区的等值线图无法吻合的事情，大大影响了实际的生产应用，严重时可能会造成国家的损失。Surfer是美国Goldensoftware公司开发的专业等值线图绘制软件，功能强大，插值方法多，用户可以根据自己实际需要编辑插值公式，迅速将离散的数据通过插值转化为数据曲面。AutoCAD是交互式微机绘图应用软件，具有强大的图形编辑和二次开发功能，许多图纸扫描和矢量化可以被CAD软件编辑，而且可以导入其他软件的图形文件，从而得以编辑。

1 Surfer与AutoCAD结合绘图原理

Surfer绘制等值线的基本原理：利用空间上若干离散点的属性数据，通过内插法生成一系列光滑曲线即等值线，同一等值线上所代表的属性值是处处相等的。绘制等值线，最关键的一点是对原始数据进行网格化，即采用一定的网格化方法对不规则分布的原始数据点进行插值，生成在原始数据分布范围内规则间距的数据点分布。因此，数学模型既插值方法是绘制等值线的核心。Surfer提供了12种网格化模型，通过对模型的选择进行灵活的参数设置，能迅速地将离散点的测量数据通过插值转换为连续的数据曲面，进一步绘制各种类型的等值线图。

在等值线图绘制中用的比较多的插值方法有“克里金”内插法和“加权反距离平方”内插法。当空间连续性变化的属性非常不规则时一般用“克里格”插值法，如隔水层等厚线图、煤层等厚线图等。当离散点较少、空间连续性变化的属性比较均匀时一般用“加权反距离平方”内插法，如煤层底板等高线图、等水位线图等。不管哪种方法，收集的离散点越多，绘制的等值线图越准确。

Surfer中绘制成图的等值线以相应的格式导入Auto-CAD软件中，利用其线性编辑功能对等高线进行深一步完善处理，最终可获得所需要的完美图件。

本文以绘制夹河矿2煤顶板泥岩等厚线图为例，详细表述surfer与AutoCAD结合绘制等值线的方法和步骤。

2 绘图的方法和步骤及实例分析（见图1）

图1 等值线绘制步骤

2.1 数据编辑 (建立Excel数据库)

编辑离散点数据及相关参数。离散点的数据结构至少包括3个字段，通常前两个字段是该点的坐标(x，y)，第三个字段是该点的属性值。如绘制顶板泥岩厚度等高线，前两个字段是钻孔和见煤点的坐标 (x，y)，第三个字段是钻孔和见煤点的顶板泥岩标高。表 1所示为收集的绘制“夹河矿2煤顶板泥岩厚度等值线图”的离散点数据。第二列为该区域内钻孔的 x坐标，第三列为 y坐标，第四列为该点处的顶板泥岩厚度。如果需要生成张贴图，可以增加 1个字段说明“属性”，例如“钻孔编号”放在第一列。将数据输入到Excel中建立数据库，准备生成等值线图。

表1 数据表

2.2 基于Surfer绘制等值线图

1）生成网格文件（*.grd）。网格文件是 Surfer绘制等值线图的基础，在Surfer中选择菜单栏“网格”-“数据”选择收集的离散点数据表，单击确定，在图2对话框“数据列”栏中选择 x，y列数据 (注意：在Surfer中使用的是笛卡尔坐标系，矿上用的是高斯直角坐标系，因此在这里的 x数据列要选择高斯直角坐标系的y列，y数据列要选择高斯直角坐标系的x列)，在z列中选择要估值的数据，如绘制“顶板泥岩等厚线图”需输入 H（顶板泥岩厚度）数据列，单击“查看数据”可查看数据格式。本例在网格化方法中选择插值方法是“克里格”，在“高级选项”中对估值方法的参数进行设置。根据需要输入完对话参数后，单击确定，生成网格文件（2.grd）。

图2 网格化数据（是否涉密）

2）生成等值线。在Surfer中选择菜单栏“地图”-“等值线图”-“新建等值线图”或单击右边工具栏上的“新建等值线图”命令按钮，出现对话框后选择先前生成的网格文件 (2.grd)，打开网格文件，即完成了最初的等值线绘制。

3）修改完善等值线。左键双击刚生成的等值线图，对等值线等级、标注，等值线之间的颜色及坐标轴属性等进行修改，以便完善等值线的修饰和调整。有些原CAD基础图件的坐标系经过旋转，Surfer中选择菜单命令中“排列”-“旋转”。如本例中“夹河矿2煤顶板泥岩等厚线”图需经过 144°旋转保持与原图方位一致。

4）生成张贴图。张贴图用来放置数据点到一个地图上。包含了 X、Y坐标的数据文件用于定位地图上数据点的位置，同时也可以对每个点进行标注。选择菜单命令“地图”-“张贴图”-“新建张贴图”，出现对话框后选择与生成等值线相同的Excel文件。在生成的张贴图上双击，出现属性对话框，X坐标与Y坐标也与等值线图选择一致，标注列选择“钻孔编号”，这才生成带有数据点的张贴图（见图3）。

图3 张贴图属性对话框

5）覆盖等值线图与张贴图。当创建一个张贴图的时候，在当前的绘图窗口创建了一个完全独立于其他地图的一个新的地图。它用符号和标注来表现X、Y位置。其既可以单独用来表现原始数据的空间分布特征，也可以将其覆盖到一个基于网格的地图（如等值线图）上，以得到更完美的数据可视化效果。当张贴图与等值线图同时显示的时候，会有 2个坐标集，每个坐标集对应一个地图。我们要使用覆盖地图的命令，将 2个地图被组合为1个单独的地图，拥有且仅仅有1个坐标集。按键盘的F2键，选择 2个地图，点击“地图”-“覆盖地图”命令，2个地图被组合到1个覆盖中，这将在每个数据位置放置点符号，得到最终结果（见图4）。

图4 带有坐标数据的等厚线图

6）输出等值线图。得到最终的等值线完善图后，打开“文件”-“输出”保存成 AutoCAD能够打开的(2.dxf)格式的图形文件。但是需要注意的是，在输出对话框中的“DXF矩形”（见图5）一栏中，左下角与右上角的X、Y坐标值需要输入原CAD基础矿图中的相应值，才能保证输出的图形文件中的坐标点与原Auto-CAD图中相应点吻合。

图5 DXF输出对话框

2.3 基于AutoCAD对生成的等值线图进行制图分析

启动AutoCAD软件，打开原有的基础图件，建立名为 “2煤顶板泥岩等厚线”的新图层并设置为当前图层；再打开利用 Surfer绘制并转出的（2.dxf）格式的 2煤顶板泥岩等厚线图，把该图复制并粘贴到原图中，则该图坐标点自动吻合于原图上坐标点；再利用AutoCAD强大的图形编辑功能，得到我们所需要的最终等值线图，并可以应用在实际的生产和建设中了。

3结 语

Surfer本身还存在着一些不足。比如，在Surfer输出时，DXF输出选项有许多控制参数，虽然可以精细地控制输出的DXF文件，但是选项字符串是不能太长的，否则执行不了。在Surfer中，网格 [*.grd]文件是有限制的，其网格密度不能超过10000×10000，从而使一些超大网格数据无法处理，必须另辟蹊径。但是从总体上来说，应用Surfer软件与AutoCAD进行等值线的绘制，不仅节省时间、提高工作效率,而且避免由于人为原因造成的误差,提高了等值线绘制的质量，是传统手绘方法的重要改进和突破，进一步拓宽了我们解决问题的思路，值得应用。

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Application of Auto CAD and Surfer to the Contour Draw ing

by ZHAO Fang

This paper described the significance of contour and the principle of Surfer drawing.Details of the use of Surfer and Auto CAD combined contour drawing methods and procedures.Because of its accuracy and rapidity,it improved the graphics quality and efficiency.

Surfer,Auto CAD,contour,coal mine,Map （Page:46）

P208

B

1672-4623(2011)02-0046-03

2010-10-15

项目来源：国家973计划资助项目（2009CB219605）。

赵方，硕士，主要研究煤矿地质与GIS相关领域及相关软件绘图。