AutoCAD Map 3D软件在地质工作中的应用

王小锋,完颜亚飞

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,昆明　650051)

摘　要：本文主要介绍AutoCAD Map 3D软件在地质工作中的应用,使用的软件功能包括“Raster Tools”菜单功能、“地图设置”菜单中的指定、附着、连接等功能,主要解决和实现了区域地质图件的校正、不同坐标系地质图件的叠加、GIS数据的引用、栅格图件的叠加,以及地形曲面渲染等遇到的问题及工作需求,从而提高了区域地质图的校正精度,减少了内业数据处理工作量,完成了地形曲面渲染地质图,提高了工作效率。

关键词：AutoCAD Map 3D；区域地质图；GIS数据

作者简介：王小锋,男,1980年11月出生,高级工程师,主要从事工程地质勘察工作,wwxf2001@163.com。

1　引言

地质工作的前期阶段,地质工作者会收集相关的各类地质图件,如1:20万区域地质图、1:5万区域地质图、地震动参数区划图、工程所在地的交通图以及一些GIS数据格式图件等,要将各种图件应用于实际工作中,需要解决纸质图件的坐标配准,不同坐标系图件的相互叠加问题。然而,现在使用广泛的AutoCAD软件不具有坐标系设置的功能,无法对不同坐标系图件进行处理,在实际工程中使用特征点进行图件叠加,误差较大[1-3],给图件的使用带来了很大的阻碍。

2　AutoCAD Map 3D软件介绍

AutoCAD Map 3D是一种GIS地图制作软件,包括AutoCAD的工具和功能。它是一个功能更加强大的CAD软件,同时也是一个开发平台,可以在专业地图绘制、土地规划和技术设施管理应用方面发挥重要的作用。软件的文件接口格式更加广泛,可直接访问各类资源的CAD、GIS和光栅数据格式。王锦邦[4]利用AutoCAD Map 3D软件强大的图形编辑、数据处理功能,并结合Map GIS强大的图形整饰、成果输出的优点,实现了图形、数据、文件共享,完成了高效率、高质量的城市旅游图。闵静雅[5]运用C#开发语言,在AutoCAD Map 3D 2008平台上构建了一个与社区各项管理事务相适应的社区信息业务管理应用系统。袁生礼等[6]结合地形图实际生产现状,提出一种基于AutoCAD Map 3D软件的地形图信息图形化技术。AutoCAD Map 3D软件的应用多集中于地图绘制和信息管理平台的开发,而在地质工作方面的应用研究相对较少。笔者利用该软件所具有的GIS功能、空间显示等功能,在实际的地质工作中解决了涉及坐标系的一些问题,并完成了简单信息管理及空间数据展示等方面的应用,取得了较好效果。

3　软件应用

以下主要介绍AutoCAD Map 3D软件提供的Raster Tools(光栅工具)、地图设置、分析等菜单提供功能的应用,解决地质工作中遇到的相关问题。

3.1　Raster Tools

本菜单主要功能如图1所示,主要功能是对光栅图像进行处理,本文主要介绍对图像进行校正以纠正图像扫描时的倾斜、局部扭曲等错误并匹配相应的坐标。原有的光栅图像校正的方法是以两点来定位进行校正,受到人为操作中的误差影响很多,匹配精度和本菜单中提供的“Match”功能类似。“Rubber Sheet”功能在“Match”校正后的基础上采用网格状节点对图像进行进一步校正,如图2和图3所示。由于采用了分块多点匹配的方法,有效地降低了“Match”匹配的误差,大大提高了图像校正的精度。如某个水库位于一幅1:20万区域地质图的东部边界,为了分析该水库的区域地质情况,需要叠加东侧的1:20万区域地质图,而叠加后的成果图片的重合度及图片的精度取决于校正的手段和方法,仅仅采用两点进行校正不仅无法校正地质图,其重合部位会更加不重合,更不匹配。笔者使用Raster Tools的功能分布完成了两张区域地质图的配准及校正,校正后的效果如图4和图5所示。从两张区域地质图交界的部位来看,两张区域图上的地形线在交界部位连接较好,可见两张区域地质图校正后的精度进一步提高。相比于原有的匹配方法,匹配过程虽然更复杂,但精度却得到了大幅提升。

图1　“Raster Tools”菜单功能

图2　Rubber Sheet功能菜单

图3　Rubber Sheet校正过程

3.2　地图设置

本菜单主要功能如图6所示,工作中主要应用了“指定”“附着”“连接”等功能。

图4　区域地质图交界处校正结果(一)

图5　区域地质图交界处校正结果(二)

图6　“地图设置”菜单功能

3.2.1　“指定”功能

通过“指定”功能可以对图件进行坐标系设置,功能界面如图7所示,提供的坐标系包括LL84、Beijing1954、Xian80等常用坐标系,且可以设置自定义坐标系,可完全满足在实际工作中坐标系设置的要求。通过该功能可以对所有图纸进行坐标系设置,为图纸后期的利用提供了基础。

3.2.2　“附着”功能

图7　坐标系指定界面

图8　坝址、输水线路区地形及坐标系

地质各类图件的坐标系不同,如果直接在AutoCAD软件中通过复制粘贴到原坐标,由于各种坐标系的投影参数不同,必然会导致图纸无法完全匹配。例如某水库工程工作中坝址区地形图坐标系为Xian80,水库区地形图为购买的1:1万地形图,坐标系为Beijing1954,已有的1:20万区域地质图坐标系为Beijing1954,已有的地震动参数区划图为LL84坐标系。已有坐标系为Xian80的坝址区地形图,如图8所示,如何利用已有的区域地质图及地质动参数区划图等来辅助地质工作在AutoCAD软件制图过程中会成为比较复杂的问题,原来多采用特征点匹配,如河流交叉点,道路交叉点等,但是由于坐标系的不同,往往不可避免会出现相对较大的误差。AutoCAD Map 3D软件提供的“附着”功能提供了坐标系自动转换功能,在导入图纸过程中选择图纸相应的坐标系即可实现坐标系的自动转换,从而可以将多张不同坐标系图纸叠加到一张图上,如图9和图10所示。从图纸叠加后的结果来看,各种特征点和地形线均匹配较好,且图纸匹配的速度快,大大提高了利用已有区域地质成果的效率。

图9　坝址区地形叠加区域地质图及水库区地形

图10　坝址区地形叠加动参数图片

随着地质资料不断增加,且项目不断增多,对于各种地质图件的管理也变得越来越重要,图件的管理需要快速查询已有的地质图件,高效找到需要的地质图件。由于不同的项目使用的坐标系都不一样,虽然可以集中大量的图纸,但是却无法将大量的图纸范围集中于一张图纸上,不利于在实际工作中查询所关注区域的地质图纸的情况,且不易查询对应的图纸的作图者或项目设总。先对收集到的所有图纸进行对应坐标设置,提取图纸的范围成封闭线段,对线段增加对应的属性,包括图纸比例,项目名称,项目地质专业设总等信息。通过附着的功能,可以将所有的图纸调用到一张图上,本文采用LL84坐标系,可以更大范围、更多地加载图纸的范围线段,基本可以把所有项目的图纸的信息集中于一张图上,提供了一个快速查询相关图件的图纸。由于软件界面熟悉,查询相对简单,图纸的使用较为方便,且应用相对高效。

图11　“连接数据”功能界面

3.2.3　“连接”功能

该功能提供了图纸与其他多种格式文件的连接功能,可以将其他图纸按照坐标系进行连接,以用于数据的查询和导入,数据连接提供的数据连接的格式包括SHP、SDF等格式,如图11所示。

由于各种填图软件的GIS功能及图纸叠加功能,使得地质填图的野外定点效率大大提高,也极大地提高了野外填图的效率。但是野外填图成果如何导入已有的地质图上成为一个重要的问题,笔者使用填图软件导出的填图成果为KML或KMZ格式文件,其坐标系也与实际工作中使用的直角坐标系不一致,导致了填图成果无法直接用于CAD作图软件,一般需要通过ArcGIS软件对KML或KMZ文件进行坐标转换,然后导入CAD作图软件中,虽然可以叠加部分属性,但是依然会丢失大量的属性,后期需要对照CAD图纸和KML文件进行比对,逐个整理已有的地质点,资料整理的效率低下。

AutoCAD Map 3D软件本身无法直接导入KML和KMZ文件,在软件中添加一个FDO插件才可增加“添加KML连接”功能。如某水库的野外地质测绘得到了大量的地质测绘点,导出成KML文件。通过“连接”功能将KML文件导入,导入过程中设置坐标系为LL84,填图成果与坐标系为Xian80的已有地形图的叠加效果较好。同时通过对于地质点属性的设置,可以将野外填图信息直接调用显示在地形图上,便于资料的快速获取和直接利用,如图12所示。通过叠加地质点编号可以快速完成地质测绘点的位置输入,通过地质点的地质界线的属性显示,可以方便地编辑各类地质界线,通过地质点产状属性信息可以快速完成各类产状点的录入。通过添加光栅图像或曲面连接可以将TIF格式文件直接导入地形图中,且通过坐标系转换,地形图与光栅图像的匹配较好,满足实际工作中精度要求。由于地质点信息、光栅图像、地形图等各类的信息的叠加,使得滑坡、崩塌等不良物理地质界线的绘制更加准确、快速,而且一些卫片的解译成果可以更加准确、高效地融于现有的地质图中,提高工作的效率和成果的准确性。

图12　野外填图数据导入地形图

3.3　分析

“分析”菜单主要功能如图13所示,以下主要介绍“样式编辑器”及“曲面阴影”功能的应用。现有的地形图多为二维地形图,其空间的效果不明显,无法清楚显示地形及地貌的特征。利用“样式编辑器”及“曲面阴影”功能可完成对地形曲面的渲染,渲染效果可满足地形分析及展示的需要。

图13　“分析”菜单功能

功能应用实例选择了一个水库,通过地形的特点来分析水库的渗漏问题。将已有的等高线文件在Civil 3D软件中打开,通过软件的曲面功能将地形线转换为三维曲面,如图14和图15所示,将曲面转换成AutoCAD Map 3D软件支持导入的曲面格式文件,即DEM格式文件。在AutoCAD Map 3D软件中,通过“连接数据”功能将DEM格式文件导入,即可得到三维曲面,在“样式编辑器”中,默认生成即可得到渲染后的地形曲面,得到地形高程专题图,如图16所示。根据蓄水位高程及适当的高程间隔,并对不同高程数据赋予不同的颜色,可以制作满足工程需要的地形曲面渲染图,如图17所示。从图上可以清晰地看出水库坝址附近左侧存在低邻谷,且分水岭较为单薄,右岸也存在低邻谷,但分水岭较为宽厚,在水库的库尾存在低于正常蓄水位的洼地,从岩性上分析,该洼地为一个岩溶洼地,需作为重点研究区域,了解水库渗漏的问题。