基于AutoCAD的弧段地質(zhì)剖面精確繪制算法與實現(xiàn)

裴麗娜 齊菊梅 劉振紅 侯清波 劉灝

摘要：當?shù)刭|(zhì)平面圖中的剖面線包含弧段時，傳統(tǒng)的基于AutoCAD開發(fā)的繪圖工具繪制出的地質(zhì)剖面圖總是比實際剖面長度短一點。為解決這一問題，利用弧長公式、AutoCAD二次開發(fā)技術(shù)、出圖標準，研究并實現(xiàn)了帶弧段地質(zhì)剖面圖的精確繪制，并結(jié)合工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，自動在剖面圖上繪制勘察信息。應(yīng)用效果表明：繪制出的弧段剖面圖長度、地形高程、地質(zhì)界線特征、相交剖面特征以及勘察點位置與平面圖完全吻合，圖上自動繪制的勘察信息與工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致。該技術(shù)提高了制圖效率，提升了工作質(zhì)量，可在多個平臺的弧段地質(zhì)剖面圖繪制中推廣。

關(guān) 鍵 詞：弧段地質(zhì)剖面; 地質(zhì)剖面圖; 工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫; 精確繪制; 自動繪制; AutoCAD

地質(zhì)剖面圖是地質(zhì)內(nèi)容的重要表現(xiàn)形式之一，其內(nèi)容和精度直接影響工程設(shè)計，進而影響工程質(zhì)量[1-2]。目前，利用AutoCAD技術(shù)和GIS技術(shù)都能自動或半自動生成地質(zhì)剖面圖[3-5]，并且在自動繪制地質(zhì)剖面圖的過程中，對尖滅、斷層、地層缺失等復(fù)雜地層問題也進行了深入的研究[6-8]。但是工程應(yīng)用實踐表明，當?shù)刭|(zhì)平面圖中的剖面線包括弧段時，傳統(tǒng)的軟件繪制出的剖面圖總是比實際剖面短了一點，原因是把弧段部分近似作為無限個小線段之和來處理，并不是真正的弧長，所以長度并不十分精確。因此本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，嚴格推導數(shù)學公式，利用AutoCAD二次開發(fā)技術(shù)、結(jié)合出圖標準，研究并實現(xiàn)了帶弧段地質(zhì)剖面圖的精確繪制，并結(jié)合工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，自動在剖面圖上繪制勘察信息。

1 方法與技術(shù)

1.1 工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

一幅豐富的地質(zhì)剖面圖，不僅要繪制圖形數(shù)據(jù)，也要繪制跟圖形相關(guān)的地質(zhì)屬性數(shù)據(jù)[9-10]，因此第一步是建立工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，在繪圖的過程中，自動從工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中獲取勘察信息，并根據(jù)坐標，用相應(yīng)的標準符號，繪制在相應(yīng)的位置。繪制地質(zhì)剖面圖，根據(jù)要表達的內(nèi)容，包括如下勘察數(shù)據(jù)[11]。

（1） 鉆孔基本數(shù)據(jù)。鉆孔是地質(zhì)勘察中最主要的數(shù)據(jù)，包括鉆孔編號、鉆孔類型、位置描述、孔口高程、預(yù)計孔深、實際孔深、鉆孔方位角、鉆孔傾角、鉆探方法、鉆機類型、負責單位、采用物探方法等信息[12]。

（2） 探坑基本數(shù)據(jù)。包括探坑編號、位置描述、深度、長度、寬度、直徑、開挖方量、素描圖、施工者、地質(zhì)值班。

（3） 小圓井基本數(shù)據(jù)。包括小圓井編號、位置描述、深度、長度、寬度、直徑、開挖方量、素描圖、施工者、地質(zhì)值班。

（4） 探槽基本數(shù)據(jù)，包括探槽編號、位置描述、總長度、開挖方量、素描圖、施工單位、地質(zhì)值班。

（5） 探井編號、位置描述、探井類型、探井深度、一壁寬度、二壁寬度、三壁寬度、四壁寬度、井口直徑、施工方法、施工單位、地質(zhì)值班。

（6） 洛陽鏟基本數(shù)據(jù)，包括洛陽鏟編號、位置描述、深度、施工者、地質(zhì)值班。

（7） 地層數(shù)據(jù)，地層數(shù)據(jù)也是剖面圖要表達的主要內(nèi)容，包括深度、層號、地層代號。

（8） 巖性數(shù)據(jù)，是地層更詳細的描述，包括深度、層次、巖土名稱、花紋編號、地質(zhì)描述。

（9） 地下水數(shù)據(jù)，包括初見水位、初見地下水埋深、初見觀測時間、穩(wěn)定水位、穩(wěn)定地下水埋深、穩(wěn)定觀測時間。

（10） 標貫數(shù)據(jù)，包括深度、桿長、每貫入10 cm的錘擊數(shù)1、每貫入10 cm的錘擊數(shù)2、每貫入10 cm的錘擊數(shù)3、實測錘擊數(shù)、修正錘擊數(shù)。

（11） 動探數(shù)據(jù)，包括動探類型、起深度、止深度、貫入深度、桿長、錘擊數(shù)、修正系數(shù)、修正錘擊數(shù)。

（12） 巖芯采取率、獲得率、RQD數(shù)據(jù)，包括起深度、止深度、巖芯采取長度、巖芯獲得長度、巖芯RQD長度、巖芯采取率、巖芯獲得率、巖芯RQD。

（13） 巖土取樣數(shù)據(jù)，包括取樣編號、位置描述、起深度、止深度、取樣類型、取樣數(shù)量、地層代號、巖土名稱、風化程度、取樣人、取樣時間。

1.2 弧段地質(zhì)剖面的繪制

繪制剖面圖，主要是通過分類計算各個對象與弧段剖面線的交點或勘探點的投影，然后根據(jù)這些交點的平面圖坐標和剖面線的起點坐標，分別計算出相交地形距離剖面線起點的相對坐標，以及地質(zhì)界線、地層分界線、巖組分界線、相交剖面等交點距離剖面線起點的相對坐標，然后繪制地形線及地質(zhì)界線、地層分界線、巖組分界線、相交剖面等[13-14]。其中，交點參數(shù)包括交點平面圖坐標、剖面圖坐標、顏色、交點距離弧段起點的弧長;勘探點投影參數(shù)包括投影點平面圖坐標、剖面圖坐標、投影距離[15]。詳細步驟如圖1所示。

在CAD環(huán)境中，首先選擇參與計算的對象或圖層，獲取到圖層中對象的坐標信息及顏色屬性，由于剖面線可能是折線，剖面線上X坐標的遞增、遞減不定，所以根據(jù)CAD數(shù)據(jù)組織的特點，采取炸開剖面線的方式，炸開前和炸開后的效果如圖2所示。

炸開后，每一個炸開的單元剖面線（弧段部分除外，弧段單獨處理），X坐標的遞增或遞減具有確定性，便于對地形線交點排序，對于弧段部分的交點，采用按交點到弧段起點的弧長給交點排序。其中，計算弧長所需的弧段參數(shù)可通過弧段本身的幾何屬性獲得弧段的起點X坐標、起點Y坐標、終點X坐標、終點Y坐標、圓心X坐標、圓心Y坐標、半徑、凸度等弧段參數(shù)，計算弧長的公式見式（1）。

2 結(jié)果分析

以黃河下游“十三五”防洪工程為例，繪制剖面A-A′的地質(zhì)剖面圖。鼠標落在項目節(jié)點上，點擊“繪制地質(zhì)剖面圖”菜單，彈出圖5所示對話框，選擇參與計算的圖層對象和勘探點塊名，設(shè)置有效投影范圍，選擇剖面線，可批量選擇多條剖面，點擊“成圖”按鈕，計算過程中有進度條提示，待計算完畢，彈出圖6設(shè)置成圖參數(shù)，設(shè)置比例尺、刻度、高程、最高點坐標、最低點坐標、說明欄等成圖參數(shù)，點擊“確定”按鈕，在CAD環(huán)境中繪出地質(zhì)剖面圖，如圖7～8所示。

實踐證明該算法公式符合數(shù)學法則，繪制出的剖面圖中剖面長度與平面圖圖中一致，且操作步驟簡單，可直接將勘察信息繪制出來，且可批量繪制，使得繪制地質(zhì)剖面圖的速度更快。

3 結(jié) 論

比起目前具有繪制地質(zhì)剖面圖功能的應(yīng)用軟件，本文研究弧段地質(zhì)剖面自動繪制功能具有如下優(yōu)點。

（1） 針對具有弧段或圓的工程建筑物軸線，能夠精確生成地質(zhì)剖面。

（2） 直接連接工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，將勘探數(shù)據(jù)也繪在了剖面圖上相應(yīng)的位置，而且本方法操作簡單，只需選擇參與計算的圖層，可批量選擇剖面線，提高了工作效率6～10倍，得到了一線工程師的一致好評。

（3） 弧段地質(zhì)剖面自動繪制功能通用性比較強，對于不同地區(qū)，只要有地形，對于一般的剖面線、部分帶有弧段的剖面線、只有弧段的剖面線都適用。而其他軟件的地質(zhì)剖面圖功能，遇到有弧段的剖面線，繪制出的剖面圖長度不精確。

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（編輯：劉 媛）