计算机技术在地质领域中的应用

王若虹，张淑影，李冬梅，孙凤春

（1.吉林省第一地质调查所，长春130033；2.长春市国土资源局双阳分局，长春130060）

从20世纪40年代，世界上第一台电子计算机诞生到现在，计算机已经经历了70多年的发展历史。计算机技术几乎应用到了各个行业。在地质找矿领域中也得到了广泛的应用。

1 计算机技术在地质制图领域中的应用

1.1 地质图绘制

传统的地质制图方法主要靠手工进行描绘，各地质单位都有许多绘图员专门从事绘制地质图的工作。绘图工具也主要依靠绘图笔、三角板、圆规等原始工具在聚脂薄膜上绘制。计算机技术的发展给地质制图领域带来了翻天覆地的变化。它不需要专门的绘图员，地质技术人员只要经过简单的培训，就能轻而易举地绘出高品质的地质图，通过打印机自动打印。

常用的地质制图软件有 MapGIS，AutoCAD，Surfer，CorelDraw等软件，现在被广泛使用的是MapGIS。

MapGIS软件是中国地质大学（武汉）信息工程学院研制开发的适合中国国情的地理信息系统。它是一个集当代最先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学于一体的大型智能软件系统。自1995年MapGIS软件推出以来，已经从4.0、5.0、5.32、6.1、6.5发展到目前的6.7版本［1］。

MapGIS具有完美的图形处理功能，即 WT（点）文件，WL（线）文件，WP（区）文件，并由 MPJ（工程）文件，进行统一管理。MapGIS系统以其对不规则线条和字符的处理和表达，以及强大的符号库和颜色库操作系统等功能达到图面色调的统一完整性﹑美观性和协调性［2］。MapGIS提供了近千种不同的颜色库，为用户编辑点线区提供了丰富的选择，极大地方便了使用者。

MapGIS绘制地质图大致分为如下几步：首先设置系统参数，在 Windows的桌面上，双击 Map－GIS图标便进入系统，按界面上的“参数设置”，设置好系统的参数。在图形处理中点击输入编辑，选择新建工程，然后确定。出现设置工程的地图参数对话框，选择确定。在定制新建项目内容里，选择自定义生成可编辑项。将创建选项打上对号，输入点型、线型、区型的文件名，点击确定。在相应的窗口中即可进行地质图形编辑。最后通过保存工程，生成相应的工程文件。

1.2 地形图等高线的自动绘制

在地质详查阶段，需要对详查区域进行地形地质图的测绘。此过程中根据测定数据点进行等高线的绘制是一项十分繁重的工作。计算机的出现为我们解决了这个难题。

目前，许多绘图软件都带有自动生成等高线的功能。它们生成等高线的方法主要是通过野外采集的地形点数据建立数字地面模型（DTM）。当地形形态属性只指高程时，这种数字地面模型也叫数字高程模型（DEM）［3］。它主要通过不规则三角网法表示。这种方法保持了数据点的精度，并在构网时容易引入地性线。三角网法直接由不规则数据点连成三角形网，构成三角形网后，再在三角形边上进行等高线点位的寻找，等高线点的追踪，等高线的光滑和绘制。

建立三角网的基本过程是将临近的3个数据点连接成初始三角形，再以这个三角形的每一条边为基础连接邻近的数据点，组成新的三角形，如此继续下去，直至所有的数据点均已连成三角形为止。在三角形网形成后，需要确定等高线点在三角形边上的位置。首先要判断等高线是否通过某一条边，然后通过线性内插方法，求出等高线点的平均位置。依次将高程相同的点连接起来即绘出一条等高线。

2 计算机技术在物化探领域中的应用

2.1 K值计算

在物探中，要测量岩石的电阻率，必须要用到一个参数，就是K值。

电阻率计算公式

式中K为装置系数。

其中AM，AN，BM，BN 都是变量，它们会随测点的位置不同而各不相同。如果按照公式手工计算，单是一个点的K值，计算起来就相当麻烦。一个工程下来，光是计算K值，就耗费了我们大量的人力和时间，而且出错率极高。我们通过Excel表格编制了相应的公式，只要将各参数输入到表格中，就可计算出各点的K值，计算时间只需要几秒钟。通过几年的实践检验，节约了大量计算时间，而且准确率达到了百分之百。这种工作效率的提高，在计算机没有发明以前是不可能实现的。

2.2 计算机技术在大功率机电测量系统中的应用

大功率激电测量系统是集地球物理学、电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体，在物探找矿中应用广泛，测量地下岩体的电阻率和极化率十分精确。

大功率激电测量系统包括：接收机、时间域激电发送机、整流电源、模拟器和假负载。计算机技术则主要用在时间域激电发送机和接收机上。

单片机控制器是发送机的核心部件。整个仪器的电压检测、过流保护、功率开关、键盘，以及显示器都依靠单片机进行控制。而时序发生电路由单片机产生秒脉冲，由时序选择可以改变各信号的脉宽。

接收机是采用微机技术的短导线时间域激电仪。它既能用于普查又能用于详查，也能进行自然电位的测量。接收机由单片机及控制电路、模拟通道电路、控制处理软件等部分组成。

接收机采用单片机作为控制处理单元，配置键盘、液晶显示器、串行口。

控制处理软件大致分为如下几个部分：1）监控部分包含键盘扫描、预置参数、存储、查询、传输等；2）测量部分包含信号采集等；3）显示部分包含测量结果数据显示、曲线显示等。

2.3 计算机技术在化探采样中的应用

目前化探野外生产过程中，采样的点位以GPS确定，在采样前以控制点对GPS进行校正，校正后的GPS满足误差要求。化探采样时存储采样点坐标，为便于质量检查和异常检查，每个采样点均应留有带点号的红布条作为标志，保存GPS航迹。

野外采样工作结束后由室内人员将数据传输到计算机中，形成原始数据文件。其中包括了采样点坐标以及采样人员行走的路线（航迹）。工作人员可以利用MapGIS软件将采样点坐标转换成相应的采样点展示在工作布置图上。根据化探点号命名原则得出采样点号，形成采样点坐标、采样点号及其他信息的数据文件，作为原始资料文件进行保存［4］。

对于采样位置的检查利用计算机可以轻而易举地实现。利用电脑将工作区按照比例尺分成若干大格，在将一个大格分成一定量的小格。按坐标将采样点展现在网格内，那么哪个区域采样点过多或出现采样空格就一目了然。我们可以在电脑上截取坐标重新工作，确保工作正确无误。

3 地质制图软件的二次开发

许多地质制图软件都具有二次开发功能。利用二次开发功能可以开发出许多应用程序，达到我们想要的功能，节约开发时间并降低开发成本。

3.1 MapGIS的钻孔柱状图自动生成软件开发

MapGIS不具有专门的钻孔数据的管理分析和钻孔柱状图的自动绘制功能。因此，开发一个基于MapGIS为二次开发平台的钻孔柱状图自动成图软件是十分必要的。MapGIS提供完整的二次开发函数库，可以利用程序编程语言调用这些函数，设计用户界面，开发应用模型，实现系统的二次开发。

本系统以Visual C＋＋6.0为开发工具，采用MapGIS 6.7SDK为二次开发平台，以SQL Server 2000为数据库管理系统建立钻孔数据库进行开发。其开发步骤主要如下：1）建立钻孔数据库，并从关系型数据库中获取所选钻孔的属性和空间信息。2）根据地质矿产相关行业标准利用MapGIS制作岩性花纹符号并构建岩性花纹图案系统库。3）将获取的钻孔信息通过MapGIS二次开发的绘图算法，按柱状图的模板结构以MapGIS点、线、面图元可视化的方式展示。

钻孔柱状图通过点击钻孔平面图上的钻孔点获得。钻孔平面图由一系列文字和子图组成，在Map－GIS中都被看做点图元。通过ADO封装类，从数据库中读取钻孔数据并在点工作区写入数据，再遍历每一条勘探线上的钻孔，对各个钻孔点图形附属性信息，将数据库中的数据写入钻孔点文件。该过程中可对数据库进行只读访问，从而保证了数据库不被破坏。生成柱状图时，先建立点、线、面3个工作区，再读取点文件中用户所选择的点记录，然后调用MapGIS加点、加线、加区函数，分别往这3个工作区中添加文字、线和填充花纹。保存这3个工作区即可保存柱状图。

现以某矿区钻孔数据库为例，简要说明此软件的使用效果。该矿区的钻孔数据已经按照固体矿产数据库标准建立数据库。读取数据库，生成钻孔点的平面图用以显示整个矿区的钻孔分布，点击钻孔平面图上的某个钻孔生成钻孔柱状图，最后将图件保存为MapGIS点、线、面文件，并保存为工程文件，并通过MapGIS强大的输出功能进行输出。经实际验证，计算机自动成图结果达到了该矿区技术指标要求。

3.2 AutoCAD储量计算软件开发

AutoCAD也具有强大的二次开发功能。AutoLISP是AutoCAD进行二次开发最重要的编程语言之一。AutoLISP语言是嵌入在AutoCAD内部的LISP编程语言，它是LISP语言与AutoCAD有机结合的产物。自从AutoLISP嵌入AutoCAD之后，AutoCAD便不再仅仅作为交互式的图形绘制、编辑软件，而真正成为能进行计算机辅助设计、绘图的 CAD 软件。［5］

AutoLISP编制储量计算程序分为如下几步：1）在AutoCAD窗口中打开Visual LISP编辑器，编制储量计算程序源代码，保存为rc.lsp。2）利用Visual LISP提供的调试工具排除程序中的错误。3）点击AutoCAD工具菜单中的加载应用程序命令，即可出现加载对话框，选择需要加载的程序文件rc.lsp。点击内容，然后添加。在AutoCAD命令栏里输入rc，就可执行该程序，进行储量计算。下面是用于地质矿产储量计算的部分程序源代码。

该系统在多个矿区矿产资源储量计算中得到广泛应用。首先在AutoCAD底图上用多段线或样条曲线圈出封闭的储量块段范围，然后运行程序文件，依据命令行提示拾取储量块段范围，输入块段编号、厚度、倾角即可。用此程序进行储量计算精度高、工作量小，形成的文件易于保存和修改。此程序在应用中取得了令人满意的效果。

我们利用AutoLISP开发了地质剖面图自动绘制程序，批量钻孔展点等程序在实际工作中都得到了很好的应用。

4 结语

当然，计算机技术在地质体建模﹑地质过程的模拟等其他地质领域中的应用也极为广泛。从地质技术的发展情况来看，各种新方法、新仪器的出现几乎均与计算机技术的发展密切相关，而地质技术的发展也推动了计算机技术的进步。在地质工作中还有许多方面也需要我们对通用软件进行二次开发。这就要求我们应该对已开发的软件进行不断完善，对未知领域进行不断探索。每位技术人员，不仅要掌握扎实的地质专业技术，更要努力学习计算机知识，借助计算机来提高地质找矿技术的发展，从而推动地质找矿事业的进步。

［1］余国宏，许春梅.MapGIS地理信息系统实用教程［M］.武汉：［出版者不详］，2003：8.

［2］曹玉莲，刘军.常用软件绘制地质图及其相互关系［J］.中国科技纵横，2010（4）：51.

［3］张宇.基于不规则三角网法进行等高线绘制的探讨［J］.陕西水利，2010（6）：37.

［4］张玉宝，菅德荣，贾林柱.浅谈计算机技术在1：5万化探野外工作中的应用［J］.内蒙古科技与经济，2011（5）：88.

［5］赵景亮.AutoCAD2004与AutoLISP二次开发技术［M］.北京：清华大学出版社，2004：1.