基于MicroStation平台的地质剖面图自动绘制研究与实现

摘要：随着计算机技术的发展，计算机辅助制图技术在地质图件编绘方面已有广泛应用。在三维设计手段日益普遍的今天，为了实现内容丰富、质量好、效率高的地质剖面图，该文研究了一种基于MicroStation软件平台的地质剖面图自动绘制方法及关键技术的实现。通过在多个水电站工程中的应用充分验证了该文方法的有效性，大幅提高了绘制地质剖面图的效率和质量。

关键词：MicroStation；地质剖面图；地质三维建模；EC Framework

中圖分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0239-02

地质剖面图是沿地表某一水平直线或折线，以假想的竖直面与地层相切所得的断面图，表示地质剖面上的地质现象及其相互关系的图件。它是地层在垂向上最直观最有效的表达方式，形象直观地表达了地层的结构构造和地层的沉积规律，是系统分析区域或局部的地质条件、正确指导地下资源的开发利用以及工程的实施和建设的依据之一。

90年代以来，随着计算机辅助制图技术的发展，已有较多文献研究了地质剖面图自动绘制技术，主要有两种方式：基于CAD技术和基于GIS组件开发技术[1]。这些技术研究了基于钻孔数据绘制地层界限、地层填充、断层的表达等内容，但也存在不足之处：1）缺少属性数据表达，进而缺少智能化的地质对象标注；2）缺少系统的符号化方案，如线型、点符号、填充符号等；3）内容单一，仅有钻孔数据。

近年来三维建模技术在地质和设计领域发展迅猛，也为地质图件的自动编绘带来了新的思路。Bentley软件公司的产品MicroStation是一个二维+三维工程设计平台，具有统一的图形平台、统一的文件格式、统一的数据架构的技术优势，提供强大的图形处理能力，且文件格式统一，数据表达方式一致，共享效率高。本文基于MicroStation软件平台，研究了一种融合三维建模流程、具有多种数据源的地质剖面图自动绘制方法，对CAD和GIS技术进行有效集成，弥补了以往地质剖面图绘制方法的不足。

1 地质剖面图相关的关键技术

1.1 融合地质三维建模流程

三维地质建模是一个基于数据分析、合成的学科，建立的地质模型汇总了各种信息和解释结果，解译成果是否合理是决定三维地质模型质量高低的关键。当前国内外地质建模的总体思路和方法基本上是一致的，即在广泛收集地质、地震及钻孔资料的基础上，利用计算机来动态地模拟地层的空间变化特征。三维建模一般遵循从点——线——面——体的步骤，即首先将勘探数据（钻孔、平洞等及其一维揭露点数据）投影到附近的剖面上，其次在剖面上通过人工解译，编录各类地质界线，并返回到三维模型，经过多个方向的竖直剖面及解译编录，建立工程范围内的线框模型，然后将同一地质类型、属于同一地质界面的地质线条拟合出地质界面，最后地质界面通过拉伸、裁剪等布尔运算得到地质体，如图1所示。

建模流程里的二维剖面还不是正式的地质剖面图，此处重点表达地质解译和已编录的线条，没有图框、图签和图例等图件辅助要素。同时这些内容其实也是地质剖面图的一部分。通过反复在剖面上编录、编辑校正地质线条，可以不断提高线框模型的精度和可靠性[2]。另一方面，地质剖面图的绘制又需要从三维模型中提取线框模型，以及剖面与地质面、体模型的交线和交面，因此地质剖面图的绘制过程融合了地质三维建模的流程，可以充分利用地质三维建模的成果。

1.2 多源数据获取与绘制

本文将地质剖面图上的数据分为三类：录入地质数据库的勘探孔洞、地质三维模型和地质符号库[3]，如图2所示。

1） 存储在地质数据库中的勘探孔洞

勘探孔洞包括钻孔、平洞、探井、探坑、探槽等。勘探孔洞的空间属性（几何特征）数据和地质属性（专业特征）数据存储在网络服务器的地质数据库中，出图时通过数据服务从数据库中实时提取这些数据，保证了地质图件数据的安全性、准确性和有效性。

2） 地质三维模型

地质三维模型为地质剖面图提供的数据包括两个部分：一是剖面与三维模型元素的交点、交线和交面，例如勘探线交点、地形线、地层面，需要通过布尔剪切计算得到；二是剖面解译阶段编录的各类地质线条，从线框模型直接获取。从模型中提取图形数据，使地质图件继承了地质建模解译的最新成果，确保了成果图件与校审模型的数据一致性，解决了设计生产过程中三维建模与二维出图出现两张皮的问题。

3） 从地质符号库中提取的绘图资源数据

地质符号库内容包括地质点符号、线型符号和岩性花纹符号。地质符号库可以基于不同CAD平台和不同行业标准开发制作。地质三维系统图件编绘模块可通过辨识工程类型属性，自动加载地质符号库资源，从而满足不同行业的地质图自动编绘要求。

1.3 地质对象特征化处理

地质三维模型和剖面图上的图形元素只有具备地质属性之后才能发挥强大的使用价值，不仅方便图形元素的管理，支持属性查询，还为实现剖面图上的自动标注对象、自动图例布置提供技术基础。

本文使用EC Framework（EC，Engineering Content的缩写）技术表达并存储各类地质对象的属性。EC Framework技术是Bentley公司为提高不同软件和系统的可互操作性而提出的技术框架[4]，规定了一系列接口，以实现对不同数据源的支持，提高系统的互操作性，实现“统一的数据架构”。

EC Framework中提供了一些数据相关的基本概念，EC Class表示对象类型，每个对象类型包括一组属性（EC Property），使用对象类型可以创建对象实例（EC Instance）。同时EC Framework还提供了向图形元素读写EC Instance数据的方法。EC Class与面向对象开发语言中的Class非常相似（EC Property和EC Instance也是如此），但EC Class是用XML文本来定义和描述的。比如具有“员工编号”和“姓名”属性的“员工”类可以用XML描述如下：endprint

地质模型中涉及的对象分类众多，如表1所示。

程序开发过程中，为了实现开发语言中的Class（以下称.NET Class）和EC Class在概念上的统一，本文使用.NET Reflection技术，将.NET Class 和对应的EC Class互相映射，将.NET Instance 和 EC Instance也互相映射，使得EC Framework的使用更加简便，如图4所示。

1.4 自动标注

地质剖面图中的属性标注要满足地质行业制图规范要求。不同类型的对象的标注方式不尽相同，部分对象只需要标注其编号，但也有几种类型對象对标注的格式、位置有特殊要求，如勘探孔洞既要标注属性编号又要标注孔（洞）口的高程、孔（洞）深度等数据；构造对象除了在远离地形线一端标注属性编号，还要在线条中间标注其产状。因此，需要根据具体地质类型的标注规则，以及通过EC Framework技术写到图形元素上的属性数据，开发对应的自动标注方法。

为了尽量减少标注压盖，减轻后期修图的工作压力，本文使用了记录每个标注所占用范围的缓存。当新标注一个对象时，当标注内容与缓存中的范围无相交时，则在默认位置绘制该标注，否则按照一定规则移动该标注位置，直到与缓存中的范围无相交为止。

1.5 自动排列图例

图例是剖面图上重要的图件辅助要素。图中出现的每一种地质类型都应有对应的图例，并且要用图中对象的真实属性进行图例标注。剖面图中元素上的EC数据是自动排列图例的基础。绘制图例的过程可以分为以下几步：

1） 遍历图件内容，提取各种类型的对象，并根据图件的范围确定第一个图例的位置；

2） 按照预先配置好的各类地质对象绘制图例的先后顺序，依次遍历提取到的对象，如果有某种类型的对象，则进入第3步绘制该类型的图例，记为第n个图例；

3） 根据设置的图例列数、图例序号n和图件高度，计算第n个图例的位置；

4） 在计算出来的位置绘制图例，必要时可根据对象的编号属性从数据库提取需要的详细属性数据。

转入步骤2遍历下一种类型，直到结束。

2 结论

本文介绍了基于MicroStation的地质剖面自动绘制方法已应用于白鹤滩、锦屏二级、龙开口等15个大型水电水利工程。该方法具有一键自动标准化出图、融合三维建模流程、支持数据库和三维模型等多源数据、出图对象特征化、自动标注、图例自动排列等功能特点。通过在多个大型水利水电工程项目中的实际应用，充分验证了这种地质剖面图的实际效果，大幅提高了计算机辅助出图效率，减少了人工工作量，避免了一些人为差错，提高了地质剖面图产品的质量。

参考文献：

[1] 朱莹， 刘学军， 陈锁忠. 基于GIS的地质剖面图自动绘制软件的研究[J]. 南京师范大学报：自然科学版， 2007， 30（4）.

[2] 刘志锋. 基于GeoView三维平台的任意剖面图生成技术研究与应用[D]. 中国地质大学， 2008.

[3] 王国光， 李成翔. GeoStation地质三维系统图件自动编绘方法研究[J]. 工程建设与设计， 2015（7）.

[4] Bentley Systems Incorporated. ECFramework Programmer's Guide[CP/OL]. http：//communities.bentley.com/， 2008.