基于netDxf的工程地质剖面自动绘制研究
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作者:赵杰 马文琪 相诗尧
摘要：工程地质剖面绘制是工程地质勘察过程中的主要任务之一，本文阐述了利用开源netDxf类库对其进行程序实现的思路。对工程地质剖面绘制过程中的各种模式进行了模型梳理，建立了地层连线的程序判别准则，并对地质图例填充进行方法叙述。提高了工程地质剖面图的绘制效率。最后对进一步研究方向进行了展望。
关键词：netDxf;地质剖面;自动绘制;工程地质
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）01-0274-03
目前，工程地质勘察软件众多，但钻孔地质剖面地层连线仍然需要人工进行手动连线，即便有地质剖面绘制软件，其格式转换和通用性能有所欠缺。netDxf是用c#语言编写的.Net开源类库，可以实现读写DXF格式文件，DXF文件图形存储格式公开，通用性好，数据交互性较好，能滿足BIM应用和出图需求，能满足工程快速应用需要。
如何将地质剖面的人工连线规则以程序化的方式实现，提高工作效率，是本文探讨的主要内容。
1钻孔地层分布的特性及判别逻辑
1.1地层分布的特性总结
岩土地层剖面线绘制主要依托钻孔地质数据，与钻孔的地层信息密切相关。通过对勘察工作中的地层连线进行梳理和总结，可以发现：除了断层等构造地层外，岩土体的地层连线分为以下三大类型：
（1）连续地层：地层连续成层，没有发生间断或者缺失。
（2）地层尖灭：地层向边缘变薄以至消失。分为右侧尖灭、左侧尖灭、两侧尖灭（透镜体）三种情形。两侧尖灭可以认为是单侧尖灭的结合情形。
（3）地层中断缺失：地层在某一处中断缺失，分为右侧中断缺失、左侧中断缺失、中断不连续缺失三种情况。
对于n个钻孔，m个地层的地质剖面绘制，可以通过构建钻孔地层矩阵和地层线集合，通过对地层分布模式进行模式判别实现程序化连线处理。
1.2根据地层特征判别连线
我们以n个钻孔，m个地层的地质剖面绘制为例，对地层特征的判别准则条件进行梳理。
2地层连线的处理
2.1地层点的处理
对于每个钻孔地层段我们定义8个索引点标识其位置，来处理各种地层连线的情况，索引号分布如下图所示：
其中0号点为钻孔地层的顶中心点，7为钻孔地层的底中心点。1～6号点为距中心偏移一定距离点，3、4号点为地层中心偏移点。1～6号点的偏移距离根据剖面图比例尺自动设定。
对于地层连续的情况，地层连接点应该为0或7;对于尖灭地层，地层连接点应该为3或4;地层中断缺失时，地层连接点则为1、2、5、6。
2.2连线接线
（1）连线八邻域：通过对每个地层块构件其八邻域来确定其连线模式，依此对地层矩阵进行遍历，自左向右来完成各个地层单元的连线。
对于本方法存在一个最小遍历地层矩阵序列，应至少有3个钻孔，每个钻孔应有4个地层层位点作为基本判断序列，赋给索引值以确定连线的走向。当剖面连线需求小于这个数目可认为是简单地形，优先按连续地层处理。
（2）地表线连接。通过判断每个钻孔的地层号索引值来判断是否为当前钻孔的顶部地层，返回该钻孔顶层地层的顶点，加入地表线连线集合中。
（3）在遍历过程中存在邻域不全的情况，如顶层，底层等部分地层。其连线处理基本原则是按以下优先级进行判断：连续地层>尖灭>中断缺失。
（4）钻孔孔底作为层底点参与遍历和连线，因后续地层图例填充需要，孔底之间连线但不进行绘制，只在数组中保留，以便使用。
（5）同一地层连续地层线起终点之间不允许存在断点，在确定其集合后依据索引顺序依次绘制。
2.3连线方法的改进
对于邻近地层高差较大、尖灭或中断缺失时，直线连接不够直观，显得连线很生硬。根据绘制剖面比例尺，判断起终点的绘图高差，根据预先设定的阈值来判断是否对连线进行平滑拟合。对于需要平滑拟合的直线，我们采用二阶缓和曲线进行拟合，改善平滑性和可视化效果。
拟合思路是：对确定起终点，建立直线，对直线进行n等分，计算其斜率和二阶系数a，根据二阶系数a值计算出n等分点对应的缓和曲线拟合点，拟合曲线的凹凸性由a值决定。实现代码如下：
（1）单一连续地层边界为四条线：层顶连线，层底连线，起终点的层顶层底点直线四部分。
（2）尖灭和中断地层，层顶连线和层底连线在起终点的某处重合，区域组成为三条（单侧尖灭）或两条（透镜体）线。
（3）对于某一地层，其封闭区域可能是多个不连续的，只要各区域是封闭的，程序通过代码实现一次填充。
5结论与建议
（1）通过netDxf对绘图图元的较好支持，利用c#编程语言进行编程，调用钻孔数据，可以较好地实现既定规则下的地层自动连线，能较快地提高工程地质剖面的绘制效率和效果。
（2）在开发实现过程中，对钻孔数据的需要有地层层序的统一性和规范性的要求，对于工程项目应建立统一的地层层序和规范的地层命名，以便地层判别和图例填充的有序实现。
（3）进一步研究的方向：
该方法的实现暂未考虑断层等构造要素的影响，断层等要素的处理应进一步考虑人工经验知识库、地质构造的特性特征经验库的建立来细化判别实现。
随着BIM技术的深入应用，地质剖面的三维应用、地层属性信息的丰富和传递是本文继续深入研究的方向。
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