一种通用钻孔柱状图的自动生成技术.pdf

2 0 o 6年 第 4期 工 程 图 学 学 报 J oURNAL OF ENGI NEER G GRAPHI CS 2 0 o 6 NO ． 4 一 种通用钻孑 L 柱状图的自动生成技术 花卫华 ， 邓伟萍2 1 ．中国地质大学信息工程学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ； 2 ． 武汉大学计算机学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ； 3 ． 湖北经济学院计算机科学学院，湖北 武汉 4 3 0 2 0 5 摘 要目前的钻孔柱状图绘图软件大都针对某一专业应用， 生成图形后的编辑工 作量较大，缺乏通用性。通过对多种专业需求及多种柱状图绘图标准的研究，以国产 G I S 软件 Ma p G i s 为平台，采用模板定制与编辑技术、面向对象技术和多层体系结构，实现了一 个能够应用于工程地质、 水文地质、 第四纪地质、 石油地质等多种专业的通用单井柱状图的 生成、编辑与信息管理系统。生成的柱状图能够满足实际工作的要求。 关键词计算机应用；计算机绘图；钻孔柱状图；地质图 中图分类号T P 3 9 1 文献标识码 A 文 章 编 号1 0 0 3 - 0 1 5 8 2 0 0 6 0 4 - 0 0 1 4 - 0 5 A Un i fi e d Ap p r o a c h t o Ge n e r a t e Hi s t o g r a m o f Ge o l o g i c Dr i l l i n g HUA W e i ． h u a1 ， DENG W e i ． pi n g 2 3 1 ． F a c u lt yo f I n f o r ma t i o nE n g in e e r i n g ， C h ina U n iv e r s i t y o f G e o s c ie n c e s ， Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 7 4 ， C h i n a ； 2 ． C o l le g e o f C o mp u t e r ， Wu h a nUn iv e r s i ty Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 7 2 ， C h ina ； 3 ． C o l l e g e o f C o mp u t e r S c i e n c e ， Hu b e i U n i v e r s i ty o f E c o n o mi c s ， Wu h a n H u b e i 4 3 0 2 0 5 ， C h ina Ab s t r a c t At p r e s e n t ． a l l mo s t a l l t h e b o r e h i s t o g r a m d r a wi n g s o ft - wa r e i S l a c k o f u n i v e r s a l a b i l i t y b e c a u s e the y a r e b a s e d o n o n e s p e c i a l ty．T h e r e q u i r e me n t s f o r the b o r e h o l e h i s t o gram g e n e r a t i o n a n d s t a n d a r d s f r o m many g e o l o g i c s p e c i a l t i e s a r e s t u d i e d ， an d t h e n a s y s t e m t o dra w b o r e h o l e h i s t o gram for d i ffe r e n t g e o l o g i c o r p e t r o l i c i n d u s t r i e s i s d e v e l o p e d b a s e d o n Ma p Gi s s o 1 ．a r e ， u s i n g o b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g y , c u s t o mi z e d t e mp l a t e and r e o r g ani z a t i o n t e c hno l o g y ． T h e h i s t o gram g e n e r a t e d c a l l s a t i s f y the r e q u i r e me n t s i n p r a c t i c e ． Ke y wo r d s c o mp u t e r a p p l i c a t i o n ； c o mp u t e r d r a f t i n g ； h i s t o gra m； g e o l o g i c d i a gra m 在各类地质专业研究中，地质结构图是研究 成果的一个重要表达方式，同时也是进行下一步 专业研究的重要依据。因此 ，作为钻探成果的钻 孔柱状图是日常地质勘探和国土资源调查工作 中最基本的、数量最多的图件。为提高效率，迫 切要求这项工作能够实现计算机化【 l】 。实际工程 勘察工作中可能遇到的钻孔柱状图有很多类型。 柱状 图从基本上来 说，都 是采用一 定规 范或标 准 ，对地层 的各类地质物理 、化学等地质信息进 行不同的描述。从绘图的角度来看 ，这些柱状 图 都基本是采用文字描述、符号表示、填充表示、 各种不同的曲线等方法来表示这些地质信息在 收稿 日期j 2 0 0 6 0 3 0 2 作者简介花卫华 1 9 7 7 一 ，男，湖北宜城人，助教，硕士研究生，主要研究方向为三维图形处理、三维地质建模与可视化。 维普资讯 第 4 期 花卫华等一种通用钻孔柱状图的 自 动生成技术 一 定深度 垂直方向上 的变化 。 国内外已经有一些软件如 卡奔软件 能够 自动生成柱状 图，国内有用 Nu r b s曲面模拟生成 地质结构图，再从中直接生成岩芯图【 2 J 。但大部 分系统的成图是半自动模式， 不能灵活修改柱状 图的样式，难 以增加或修改专业数据 以及绘图样 式， 在海量空间数据处理方面和图形交互方面都 有欠缺。本系统采用面向对象技术L3 J和模板定制 技术 ，引入多层体系，以拥有强大海量数据处理 的G I S 软件 Ma p G i s 底层数据管理， 实现了灵活， 通用的柱状 图 自动生成，并能够定制模板【 4 J 、定 制绘图元素、修正 已经生成 的柱状 图，真正做到 柱状 图的通用、灵活，能适应不 同用户的需求 。 并且采用中间格式，只需要其他数据源的钻孔数 据转换到中间格式，即可 自动生成柱状图，并能 将修改后 的柱状 图对应 的数据更新到数据库 中， 真正实现了图与数据的统一[ 。 1 技术框架 整个柱状图生成包括 3大模块数据管理模 块、模板管理模块和柱状图生成与编辑模块 见 图 1 。 图 l 通用柱状 图生成框架体系 数据管理模块主要有两大功能 一是负责将 地质数据中的数据转化成通用格式的数据，以生 成柱状图二是将编辑修改后的柱状图数据更新 到地质数据库中。 该模块主要为柱状图模板提取 数据和将柱状图的数据转化到数据库中。 模板管理模块柱状负责定制钻孔柱状图的 样式和数据源。由于钻孔柱状图的种类繁多，样 式也很复杂。 本模块提供模板素材的管理和钻孔 柱状 图模板的定制功能。柱状 图模板的最小单元 是单元格，通过单元格，可 以构造 出一些基本要 素表头、表尾和图道。通过模板定制，可构造 出工程钻孔、水文钻孔、石油钻井 等的柱状图 图样和数据来源。在模板编辑中，引入了面向对 象技术和多层体系结构，真正实现 了对柱状 图中 每一个元素的有效管理。 柱状图生成与编辑模块实现柱状图的自动 生成与编辑。 本模块采用 G I S技术， 使得柱状图 的每一个元素都带有空间信息和属性信息。由于 GI S的图形编辑和属性数据管理功能部很强大 ， 因此本模块提供的编辑功能也很多，如窗 口操 作、点线区等要素的编辑、属性编辑、文本数据 与图的直接转换等。 柱状 图的数据管理模块与实际的数据源相 关，因此，这一部分需要用户开发，主要完成对 柱状 图通用格式 的支持 。模板管理模块和柱状 图 生成与编辑模块是通用模块， 所有专业的柱状图 生成都可以共用这个模块 。这正体现了本文 “ 通 用 ”二字的特色。 维普资讯 工程图学学报 2 0 0 6 年 2 柱状图生成中的关键技术 本文 的关键技术包括数据通用性设计、模板 定制、面向对象、G I S 技术。这些技术在柱状图 3个层次的模块中分别有所体现。 2 ． 1 数据通用性设计 要达到系统的通用性，数据的通用性则是关 键的一环。一个完整 的地理信息系统一般还包含 基础信息管理， 三维建模等其它分析和管理功能 的数据，一般包含一个庞大的地理信息数据库。 数据表不可能专门为生成柱状图而设计 ，因此需 要一个专门中间数据管理模块实现从公共数据 库表中提取和写入柱状 图需要的信息。该模块实 现根据提供的钻孔 I D 号从数据库多表中检索数 据生成中间数据接 口，或将柱状图模块生成 的中 间数据块写入到数据库 中。 根据柱状图的数据分析， 柱状图的数据格式 不外乎两种形式，一种是和深度绝对值相关，就 是某一深度对应一个值， 表示该参数在某一深度 的大小，一般是用曲线形式表现。另外一种就是 和地层厚度相关的数据 ，即某一深度段某一参数 的数据值，典型的数据是某一深度段的地层属 性， 可以用文本描述或填充图表示。因此，只需 定义一个包含这两种格式的数据结构，将数据库 数据转换成该结构， 提供给绘图模块即可生成柱 状 图。 此外本系统的数据管理为了增强扩展性，也 增加了文本数据的导入功能，即数据管理模块将 格式化的文本数据导入生成中间格式， 传给柱状 图生成与编辑模块生成柱状图。对剪贴板的操作 支持也是本系统灵活与通用 的设计之一。 中间格式即采用一种公共的数据格式， 将生 成柱状图的各类专业数据先转化为该数据格式， 再根据该数据格式 ，生成指定类型的柱状图。中 间格式可以是明码格式，也可以是二进制格式， 本文采用明码格式。 2 ． 2 模板定制设计 柱状图的模版，顾名思义，就是构成形成柱 状图的最基本的图形单元。就像英文单词，G R E 单词有 2万左右的单词，但 是它们都是由 2 6个 字母构成的。 柱状图的模版就相当于英文单词 2 6 个字母 。对模版进行定制 ，即可形成各种专业所 需要的柱状 图。 在用户使用过程中，一个单位在一定时期 内 的图件格式一般是基本固定的，因此模板是软件 应用中重要和必要的功能。由于本系统主要设计 是要从数据库导入数据， 再而生成柱状图。 因此， 模板还需要记录的是图中某一数据项 可能以各 种图形方式表现 出来 与数据库的对应关系，这 个关系是可 以由用户在定义模板 时或 生成 以后 随时指定的。实现方法是首先每个柱状图图件应 该有个整体设置 ， 包含 了钻孔 I D， 柱状 图绘制比 例等全局参数， 然后在模板中每个需要加载数据 的类 中存储一个宏定义，该宏定义 由数据管理模 块解释成与数据库的某项数据 的对应关系 ，当需 要加载数据的时候， 数据管理模块即可根据柱状 图的整体设置 钻孔 I D，井基本信息等以及该 数据项的宏来取得关联的数据 ，最终由绘图模块 实现 图形元素的绘制L 5 J 。 模板定制和编辑是通用性和易用性的保证 。 在模板定制过程中，首先用户根据企业或行业标 准编辑出柱状图表格，再配置好数据库关联即 可。自动生成柱状图时，在地 图上选择钻孔，再 选择定制好的模板即可生成完整的柱状图，并且 在生成 以后仍然可 以进行编辑柱状 图模版的数 据宏定义或重新加载钻孔数据 。 2 ． 3 面向对象技术的引入 面向对象技术的基本出发点就是按照人类 认识客观世界的方法和思维方式去解决问题。对 象的封装和继承【3 J ，派生等特性可以使程序易于 维护和有效重用。尤其适合解 决一些交互性强的 程序， 将一些要实现一定功能的小模块封装成对 象， 再与其它对象组合或嵌套成一个能实现更多 功能的对象，逐级解决面对的问题。 柱状图的最基本的模版单元是单元格 含有 文本或者图形数据的方块 ，在此基础上可形成 标题、图道、图头、图尾等复合模版单元。图道 是 柱状 图最重要的 图形单元。 图道就像百米跑 道 ，一个钻孔的一类数据就是一个图道，将钻孔 的所有种类 的数据组合起来 ，生成 图道集合，即 形成了可定制的钻孔柱状图。 根据柱状图的交互需求特点， 对柱状图页面 维普资讯 第 4 期 花卫华等一种通用钻孔柱状图的自 动生成技术 的组成及基本概念定义如下 见图 2 1 标题柱状 图的名称。 2 图道是柱状图的主体部分，用来实 现柱状图图形单元的绘制以及实现柱状图表编 辑交互操作，包含图道头和图道体两部分。图道 头用来标示图道名称及一些附加信息。图道体是 钻孔柱状图生成 包含曲线，文本 ， 填充符号等 模块的实现部分。本文中的图道类型包括一个基 本图道和文本道 、曲线道、岩性L 5 J 道 、图片道、 分层道 5 种特殊类型 的图道 ，任意一种用户 定义 的图道都可以从基本 图道派生而来 。 3 图头／ 图尾在表头／ 表尾用 来给用户用 以记录柱状图的一些相关附加信息的表格， 一般 是柱状图的绘制单位，制图人等相关信息，由于 各不 同单位、专业需要 ，可 能要求在表头 ，也可 能在表尾 ，属于可选部分。 4 其它单元格对象包含图道数据单元 格，以及用来修饰或标注的单元格等 。 一 一 、 编号 标高 4 ．2 0 深度 7 5 舯 X - 3 4 3 7 4 ． 2 Y 3 - 5 0 ． 0 图头 ’、 试 验 曲 线 头 ] 土 屠 屠 号 土 层 名 称 辟 k 土 层 描 述 深 度 一 ＼ 1, 1 1 ■ Q 1 啦 U U ／ l’』 粘 住 为 主 1 ／ n 鲫 售 ■ 【化 镄 二二二j ／ 图道体、 一 ～ 一 3 砂质糟土 1 O ．7 0 一_ 一 一 口 1 一 一 善 举泥 劂 I l ／ l l J 簿 I f I 1 - 董宣 t - k 、 土 ⋯ ／ 一 一 1 1 _ 1 粘 土 3 隧麓 古贝 蝴 ． 一 ． ／- - 1 粉威帐土 3 舯 一 1 砂质糟土 4 加 台云母 3 o - ⋯ - { I 乏 三 _ 。 ／ 二 { W 一＼ ⑦2 糟移 3 3 ． O 0 食 嚼石 1 ／ 卯 ～ 一一 了 W ⋯ f 一 t n 图2 柱状图页面划分示意图 2 ． 4 GI S 地理信息系统 技术的引入 要生成通用柱状 图，某些专业柱状 图的海量 数据是柱状 图系统设计必须重点考虑的问题，在 图形的显示 中，图形放大，缩小，移动等操作若 没有一定的优化 ，则容易出现延迟 ，闪烁等不好 的效果。 MA P G I S作为地理信息系统软件平台， 具有 通用 的矢量数据格式，即将柱状图按照点线面 3 种 图元进行管理 ，支持复杂 的可编辑的颜色库、 图案库、符号库和线型库【 6 】 ，并提供了丰富的二 次开发函数库及类库 ，能够帮助用户高效的管理 海量数据，大大方便 了用户系统的开发与集成。 将数据保存成矢量数据格式，能够实现图形数据 分析 ，进一步强化柱状图专业分析功能。比如， 维普资讯 工程图学学报 2 0 0 6 丘 在此基础上对多个钻孔的分层进行分析、比较和 编辑，可以提取某一个勘探区域内钻孔地层的整 体地层信息，从而建立整个地下的钻孔地层三维 分布模型。 3 小结 采用面 向对象 的方法设计 的柱状 图的生成 系统，使得本系统有很大的扩充空间。若需要增 加不同的柱状 图表现方式，只需要扩充图道类即 可实现。模板定制功能，配置岩性方案、配置层 类型、配置符号库等功能的实现，对各专业柱状 图的通用提供了强大的支持。 不同的系统使用本 柱状图生成模块 ，只需要修改配置数据库关联的 宏即可实现，使得本系统有很好的移植性。 各专业的柱状图除了一些如井深度L 7 J ，采样 间隔等技术上的不同外，还有一个明显的方面就 是对同种地层或岩性的表达方式可能不同。要做 到多专业通用，必须做到能够 由用户定义这些填 充和符号库 。 如配置数据库连接 ， 配置岩性方案、 配置层类型、配置符号库等功能。通过在后期的 开发中逐步的完善这些功能， 这种柱状图生成的 通用性将会不断增强 。 参 考 文 献 刘 刚，等．可分幅式柱状 图的参数化计算机辅助 设 计 [ J ] ．计 算 机 工 程 与 设 计 ，2 0 0 5 ，2 6 9 2 2 7 7 2 2 7 8 ． 钟登华，等．复杂地质体 Nu r b s辅助建模与可视化 分析[ J ] ．计算机辅助设计与图形学学报， 2 0 0 5 ， 2 2 8 4 2 9 0 ． 美 Ga mma E ， H e l m L 等．设计模式可复用面 向对象软件的基础【 M】 ．李英军，等译． 北京机械 工业出版社， 2 0 0 0 ． 7 5 9 O ． 金泽 兰．地质 图绘图法[ M】 ．北京地质 出版社 1 9 8 2 ． 4 7 4 9 ． 欧阳健，等．测井地质分析与油气层定量评价【 M】 ． 北京 石油工业出版社， 1 9 9 9 ． 3 8 4 2 ． 周劲辉，李 晖，屠厚泽．钻进时同步显示钻孔地 层柱 图技术探 讨 [ J ] ．地质 与勘 探，2 0 0 1 ，3 7 4 8 5-8 7 ⋯ 维普资讯