地测信息系统及其应用

　　摘要　介绍了一个专门为地测部门设计和开发的软件系统——地质、测量信息系统(MSGIS)的应用范围、主要功能，并以系统的具体操作为主线阐述了系统的用户界面、输入输出接口、图形生成、地测图形的自动处理和3D地测模型。
　　关键词　CAD　地质模型　信息系统　计算机应用
　　中国图书资料分类法分类号　TP311.52

GEOLOGCAL INFORMATION SYSTEM AND ITS APPLICATIONS

Sa Xianchun, Jiang Zaibing, Li Bihui,Sun Tao
(Xi'an Branch,CCRI)

　　Abstract　A software system designed and developed specially for mine survey and geologic administration.—MSGIS (Mine Survey and Geologic Information System) is introduced in this paper.It is introduced that the application scope ,main functions and user's interface of this system.Taking concret system operation as major description train ,the interface for input and output,the function of graph generating,the automatic processing and 3D geoloic model are explained in details.
　　Keywords　CAD;Geological Models;information systems;Computer applications

1　引言

　　MSGIS系统是在煤矿地质信息系统(CMGIS—1992)、煤矿地质计算机辅助设计(MGCAD—1994)、MGCAD for Windows—1997的基础上发展起来的，是作者十多年来在计算机地质图形应用技术方面学习和工作的结晶。该系统已先后在兖州、枣庄、平顶山、徐州、肥城、大屯、淮北、大雁、大柳塔等十几个矿务局和煤矿的地测部门推广使用。

2　系统运行环境和功能

　　系统运行环境为Windows95、(98、NT)。
　　系统涉及煤矿地测部门的全部日常工作，有地质、测量、水文和含量数据库72种，可处理台帐和报表46种、地测图件四大类33种。
　　a.　系统可表示任意的坐标系统。(任意轴向、比例、对数、指数)。
　　b.　系统支持True Type字体、数字化仪和各种系统打印设备。
　　c.　任意比例尺：字体大小、各种线型、地质符号或图案可随图形比例尺变化设置为某一固定比例尺。
　　d.　自动成图：直接同原始数据自动生成地测常用的基础图件，包括柱状、剖面、平面和采工图四大类，如单孔柱状图、煤岩层对比图、综合柱状图、勘探线剖面图、矿井地质剖面图、水文地质剖面图、水文充水性图、基岩地质图、地形地质图、等高线及储量计算图、损失量计算图、煤巷岩巷素描地质剖面图、采掘工程平面图……
　　e.　图形数据库和图形编辑系统：通过该专业化图形编辑器，用户可方便地对各种图形对象进行属性修改、几何变换、形态编辑和修剪，方便地生成和修改地层曲线及岩性符号。
　　f.　地质、巷道模型的编辑和修改。
　　此外，还提供了多种作图工具和实用功能，如栅格点网、目标捕捉、等距线、交互式的储量计算、图形的分幅和拼接……

3　系统界面及操作

　　系统由地质、测量、水文、储量基础数据管理模块和一个专业的CAD系统组成，两者均具有Windows的标准用户界面和操作。
3.1　数据管理系统的界面和操作
　　图1除系统主菜单、系统工具栏和状态栏外，包含了数据管理系统的几乎全部的操作对象，系统根据用户当前操作的具体数据库对象中各字段的含义设置其操作方式，如钻孔地层资料中的地层时代、岩性名称和标志层名，既可以弹出式列表框方式，选择一个指定项，亦可转换为代码输入方式，直接键入代码。

图1　数据库操作界面示意

　　通过系统菜单、系统工具栏、各种对话框，用户可以方便地录入、编辑、查询各类有关数据，并包括各种台帐、报表的预览和打印。此外数据管理系统除设定的查询和报表功能之外，还提供了通用的条件件组合式的查询和报表功能。
3.2　MGCAD的界面及操作
　　图2是MGCAD的主操作界面，是一个多文档的CAD系统。这种结构允许用户同时打开多个图形文件进行操作，其好处是平、剖面对应修改。(同时打开一个底板等高线图和几个对应的剖面图)

图2　MGCAD的界面示意图

　　由于该CAD系统是运行在32位Windows系统上的，他继承了windows消息驱动的种种优点，通过消息传递用户的每一个操作所触发的事件都会引起相关界面对象状态和内容的改变，比如操作时的提示信息、图层操作时用户对话框、层控制框和当前图形内容的协调对应、各菜单项和工具按钮的互锁机制……所有这些都使系统的各界面对象和内容保持协调统一，从而引导用户尤其是新用户正确地完成各项操作。
3.3　MGCAD操作
　　MGCAD的主要操作有：图形生成、图形编辑、图形的保存、剪贴、显示和打印输出、数字化图形的录入、dxf接口等。(图3)

图3　系统主要光标和工具按钮示意

　　图形生成：单个图素或复合图素的生成，单个图素以用鼠标或键盘交互的方式完成；复合图素生成泛指一条命令中由专业图件生成器或用户建立的命令批处理生成多个格式化的图形，如单孔柱状、等值线、剖面图和煤层小柱状等。这里需特别指出的是，采掘工程平面图是由巷道模型直接输出得到的。
　　图形编辑：MGCAD系统是一个面向对象的图形系统，故其编辑操作十分简单。对用户而言只需选择一个或多个图形对象，然后发出你所需的编辑操作命令即可。各类不同的图形对象将根据其自身的特点和属性显示不同的操作界面、提示信息及所需数据信息。这里：
　　a.　选择操作以光标指向被选图素，按下鼠标左按钮，若需同时选多个图素则同时按下Ctr1键，否则只能选择一个图素，以前的选择被放弃。
　　b.　图素选择可在用户发出编辑命令之前，亦可在其后。
　　c.　用户发出命令的方式主要是用系统菜单、工具按钮、键入命令三种方式。三者作用完全相同，用户可随个人的喜好决定采取那种方式。
　　从图3不难看出，光标具备很强的指义性，通过它用户可大致了解其当前的工作状态。
　　关于图形的保留、剪贴、显示和打印输出、数字化仪图形录入、dxf接口等，基于篇幅不详细介绍，其中的图形剪裁和粘贴主要是系统的窗口剪切输出和图形几何变换功能。对一个所见即所得和与设备无关的系统来说显示和打印输出两者几乎是同一项功能的两个不同菜单项。TrueType字体亦为Windows的成熟技术，作为它的系统应用无需大肆渲染。数字化仪接口关键是怎样好用和实用，这点取决于数字化仪接口的实现途径和系统结构。dxf则为 AutoCAD定义的一种图形交换文件格式，现为实际上的工业标准。

4　地测图件自动生成

　　MSGIS的系统结构如图4所示，其中图形自动生成模块是MGCAD的一个极其重要的组成部分。地测常用的图形都可以全部或部分地找到一个或多个自动生成模块来组合构造框架，甚至是全部内容。(根据其内容的复杂和规范程度而定)
　　由图4可见，MGCAD系统与数据管理系统之间是以ODBC(开放数据库互联)为桥梁的，自动生成模块所需用的用户数据来源除这四个数据管理系统的数据库之外，还可以数据文件的方式来获取，而其所需少量的控制参数则由对话框中的各操作对象获取。以图5的柱状为例，其中的柱状图格式、比例尺、物测数学曲线的报告、输出区颜色、柱状岩性描述中的每行最大字数等均由用户操作时根据实际情况指定。图5中的按钮均弹出一个相应的对话框以完成对钻孔名、水文、测井数据文件名、颜色、线型、用户自定义柱状图格式设定的进一步操作。采工图则由模型输出功能实现。

图4　系统结构示意图

图5　柱状图对话框

　　各组合图形在用户输入正确的参数后(除错误和警告信息外，无中间步骤)，按下OK键即一次生成。

5　地质曲线、地质曲面和地测模型

　　作为一个海量的图形数据库，为表示复杂的图形对象，其内部结构是相当复杂的。过于简单的结构不可能很好的表现图形对象及其之间的组织和结构关系，地质体作为一个复杂的实体对象，组成元素的形态、属性及相互关系存在不确定性，其数学表示、数据结构也将相当复杂，所以MGCAD将地测模型单独另立。(图4)在系统数据组织结构上图形数据库主要按Unix文件的间接链表技术分为5层来存储，地测模型按GIS的空间数据模型以点—线—面—体的方式来组织。
5.1　地质曲线
　　是个十分有用的基本组成图素，用来绘制图6所示的常见地层／岩层图形，系统以三次参数样条曲线表示之，其结点数据结构中除坐标、倾角之外，还包含层厚信息，以表示地层／岩层厚度变化。

图6　地质曲线

5.2　地质曲面和地测模型
　　空间上的矩形域参数曲面可由其角点位值矢量、切矢和边界曲线来表示，这种曲面称为Coons曲面。它是 MGCAD构造多层地质模型的最基本的组成单元，即系统把地层看成是 Coons曲面片的拼接，如图7。图中的直线／折线是地质剖面线的平面投影，曲线为等值线。

图7　曲面及拼接

　　不难看出这种地质曲面的分片拼合表示方法可精确地表达地质曲面的空间形态和变化，同时具备局部可编辑性，数据结构简单且节约存储。图中的阴影区域表示了三种常见情形下的曲面片。MGCAD建立地质模型的步骤如图8。

图8　地质模型建立步骤

　　巷道模型可由原始巷道数据点直接生成，为一网状数据结构。巷道模型的编辑修改同地质模型，其主要作用是调整巷道的空间位置及其相互间的拓朴关系。模型输出功能可实现采工图的自动生成。

6　结束语

　　地测信息系统(MGCAD)经十多年的开发和应用业已达到了商品化程度，成为我国煤炭系统第一个具自主版权的CAD系统。它有如下的特点和优势：
　　a.　功能全面，系统化程度高，可满足日常地测工作对各类数据录入、存储、修改、查询、报表和制图的需要。
　　b.　是一个适用于地测专业的面向对象的海量图形数据库和图形编辑系统。
　　c.　成图自动化，由格式化数据文件和基础数据库直接生成地测常用的基础图件，包括柱状图、对比图、剖面图和等值线图。
　　d.　三维多层地质模型和网状巷道模型，由此基础上，实现平—剖面数据的双向传递和自动对应，并可由模型直接生成剖面、平面和采掘工程平面图。
　　e.　系统稳定，容错能力强，系统对各种地质情况有着很好的自适应性。面向对象的程序设计和编程使系统对各种类型的病态数据和数据错误有着极强的容错能力。

作者简介　萨贤春　男　37岁　高级工程师　计算机应用
作者单位：煤炭科学研究总院西安分院　710054