基于AutoCAD的弧段地质剖面精确绘制算法与实现

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摘要：当地质平面图中的剖面线包含弧段时，传统的基于AutoCAD开发的绘图工具绘制出的地质剖面图总是比实际剖面长度短一点。为解决这一问题，利用弧长公式、AutoCAD二次开发技术、出图标准，研究并实现了带弧段地质剖面图的精确绘制，并结合工程地质数据库，自动在剖面图上绘制勘察信息。应用效果表明：绘制出的弧段剖面图长度、地形高程、地质界线特征、相交剖面特征以及勘察点位置与平面图完全吻合，图上自动绘制的勘察信息与工程地质数据库数据一致。该技术提高了制图效率，提升了工作质量，可在多个平台的弧段地质剖面图绘制中推广。

关 键 词：弧段地质剖面; 地质剖面图; 工程地质数据库; 精确绘制; 自动绘制; AutoCAD

地质剖面图是地质内容的重要表现形式之一，其内容和精度直接影响工程设计，进而影响工程质量[1-2]。目前，利用AutoCAD技术和GIS技术都能自动或半自动生成地质剖面图[3-5]，并且在自动绘制地质剖面图的过程中，对尖灭、断层、地层缺失等复杂地层问题也进行了深入的研究[6-8]。但是工程应用实践表明，当地质平面图中的剖面线包括弧段时，传统的软件绘制出的剖面图总是比实际剖面短了一点，原因是把弧段部分近似作为无限个小线段之和来处理，并不是真正的弧长，所以长度并不十分精确。因此本文在前人研究工作的基础上，严格推导数学公式，利用AutoCAD二次开发技术、结合出图标准，研究并实现了带弧段地质剖面图的精确绘制，并结合工程地质数据库，自动在剖面图上绘制勘察信息。

1 方法与技术

1.1 工程地质数据库的建立

一幅丰富的地质剖面图，不仅要绘制图形数据，也要绘制跟图形相关的地质属性数据[9-10]，因此第一步是建立工程地质数据库，在绘图的过程中，自动从工程地质数据库中获取勘察信息，并根据坐标，用相应的标准符号，绘制在相应的位置。绘制地质剖面图，根据要表达的内容，包括如下勘察数据[11]。

（1） 钻孔基本数据。钻孔是地质勘察中最主要的数据，包括钻孔编号、钻孔类型、位置描述、孔口高程、预计孔深、实际孔深、钻孔方位角、钻孔倾角、钻探方法、钻机类型、负责单位、采用物探方法等信息[12]。

（2） 探坑基本数据。包括探坑编号、位置描述、深度、长度、宽度、直径、开挖方量、素描图、施工者、地质值班。

（3） 小圆井基本数据。包括小圆井编号、位置描述、深度、长度、宽度、直径、开挖方量、素描图、施工者、地质值班。

（4） 探槽基本数据，包括探槽编号、位置描述、总长度、开挖方量、素描图、施工单位、地质值班。

（5） 探井编号、位置描述、探井类型、探井深度、一壁宽度、二壁宽度、三壁宽度、四壁宽度、井口直径、施工方法、施工单位、地质值班。

（6） 洛阳铲基本数据，包括洛阳铲编号、位置描述、深度、施工者、地质值班。

（7） 地层数据，地层数据也是剖面图要表达的主要内容，包括深度、层号、地层代号。

（8） 岩性数据，是地层更详细的描述，包括深度、层次、岩土名称、花纹编号、地质描述。

（9） 地下水数据，包括初见水位、初见地下水埋深、初见观测时间、稳定水位、稳定地下水埋深、稳定观测时间。

（10） 标贯数据，包括深度、杆长、每贯入10 cm的锤击数1、每贯入10 cm的锤击数2、每贯入10 cm的锤击数3、实测锤击数、修正锤击数。

（11） 动探数据，包括动探类型、起深度、止深度、贯入深度、杆长、锤击数、修正系数、修正锤击数。

（12） 岩芯采取率、获得率、RQD数据，包括起深度、止深度、岩芯采取长度、岩芯获得长度、岩芯RQD长度、岩芯采取率、岩芯获得率、岩芯RQD。

（13） 岩土取样数据，包括取样编号、位置描述、起深度、止深度、取样类型、取样数量、地层代号、岩土名称、风化程度、取样人、取样时间。

1.2 弧段地质剖面的绘制

绘制剖面图，主要是通过分类计算各个对象与弧段剖面线的交点或勘探点的投影，然后根据这些交点的平面图坐标和剖面线的起点坐标，分别计算出相交地形距离剖面线起点的相对坐标，以及地质界线、地层分界线、岩组分界线、相交剖面等交点距离剖面线起点的相对坐标，然后绘制地形线及地质界线、地层分界线、岩组分界线、相交剖面等[13-14]。其中，交点参数包括交点平面图坐标、剖面图坐标、颜色、交点距离弧段起点的弧长;勘探点投影参数包括投影点平面图坐标、剖面图坐标、投影距离[15]。详细步骤如图1所示。

在CAD环境中，首先选择参与计算的对象或图层，获取到图层中对象的坐标信息及颜色属性，由于剖面线可能是折线，剖面线上X坐标的递增、递减不定，所以根据CAD数据组织的特点，采取炸开剖面线的方式，炸开前和炸开后的效果如图2所示。

炸开后，每一个炸开的单元剖面线（弧段部分除外，弧段单独处理），X坐标的递增或递减具有确定性，便于对地形线交点排序，对于弧段部分的交点，采用按交点到弧段起点的弧长给交点排序。其中，计算弧长所需的弧段参数可通过弧段本身的几何属性获得弧段的起点X坐标、起点Y坐标、终点X坐标、终点Y坐标、圆心X坐标、圆心Y坐标、半径、凸度等弧段参数，计算弧长的公式见式（1）。

2 结果分析

以黄河下游“十三五”防洪工程为例，绘制剖面A-A′的地质剖面图。鼠标落在项目节点上，点击“绘制地质剖面图”菜单，弹出图5所示对话框，选择参与计算的图层对象和勘探点块名，设置有效投影范围，選择剖面线，可批量选择多条剖面，点击“成图”按钮，计算过程中有进度条提示，待计算完毕，弹出图6设置成图参数，设置比例尺、刻度、高程、最高点坐标、最低点坐标、说明栏等成图参数，点击“确定”按钮，在CAD环境中绘出地质剖面图，如图7～8所示。

实践证明该算法公式符合数学法则，绘制出的剖面图中剖面长度与平面图图中一致，且操作步骤简单，可直接将勘察信息绘制出来，且可批量绘制，使得绘制地质剖面图的速度更快。

3 结 论

比起目前具有绘制地质剖面图功能的应用软件，本文研究弧段地质剖面自动绘制功能具有如下优点。

（1） 针对具有弧段或圆的工程建筑物轴线，能够精确生成地质剖面。

（2） 直接连接工程地质数据库，将勘探数据也绘在了剖面图上相应的位置，而且本方法操作简单，只需选择参与计算的图层，可批量选择剖面线，提高了工作效率6～10倍，得到了一线工程师的一致好评。

（3） 弧段地质剖面自动绘制功能通用性比较强，对于不同地区，只要有地形，对于一般的剖面线、部分带有弧段的剖面线、只有弧段的剖面线都适用。而其他软件的地质剖面图功能，遇到有弧段的剖面线，绘制出的剖面图长度不精确。

参考文献：

[1] 王德筑.工程地质剖面图软件的开发与应用[J].工程地质计算机应用，2000（2）：6-9.

[2] 欧湘萍.工程地质岩性剖面图绘图软件的研制[J].武汉水运工程学院学报，1990，4（2）：199-203.

[3] 陆娟.基于组件式GIS的水文地质剖面图自动生成方法研究[D].南京：南京师范大学，2003.

[4] 韩俊卿.基于GIS的地质剖面图自动生成研究[J].科技情报开发与经济，2007，17（31）：203-204.

[5] 王丽芳，张宝一，陈国良，等.基于OpenGL的立体地质剖面图自动生成方法[J].资源环境与工程，2007，21（5）：589-592.

[6] 王家伟，郭甲腾，张荣兵.含尖灭地层的地质剖面图自动生成与2D/3D绘制[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2012，28（3）：405-409.

[7] 陈嶷瑛，李文斌，武强，等.地质剖面图中复杂断层的自动生成方法[J].煤田地质与勘探，2010，38（5）：7-12.

[8] Van Dam A Puk D.The history of computer graphics standards development[J].Computer Graphics，1998，32（1） ：34-38.

[9] 朱莹，刘学军，陈锁忠.地质剖面自动绘制系统设计与实现[J].人民长江，2008，39（8）：72-74.

[10] 张军强，吴冲龙，刘军旗.三峡库区灾害地质立体图数据库的设计与实现[J].人民长江，2012，43（7） ：47-49.

[11] 钱莉莉，罗文行，杨红，等.一个实用的地质科学管理工具[J].人民长江，2015，46（19） ：105-108.

[12] 杨丽.地质平/剖面图自动成图系统研究与实现[D].长沙：中南大学，2013.

[13] 唐春艳，王玉兰，彭继兵，等.地质剖面图自动绘制方法[J].世界地质，2004，23（4）：348-353.

[14] 门桂珍，萨贤春，雷宝林.地质剖面图的计算机绘制技术[J].煤田地质与勘探，1995，23（1）：34-37.

[15] 盖迎春，郭建文，馮敏.基于面向对象方法实现地质剖面图的自动生成[J].计算机应用研究，2005（5）：132-134.

（编辑：刘 媛）