基于CAD 与Excel的电测深曲线类型图的绘制
2021-02-14代方园郭长恩姜巧巧高扬
代方园，郭长恩，姜巧巧，高扬
(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东济南 250013；2.山东省地矿工程勘察院，山东济南 250013；3.山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心，山东济南 250013)
0 前言
电测深法是以岩矿石导电性差异为基础，利用人工电场，通过采集与分析地下电流场的分布规律来解决水文、工程、环境地质等问题的一种电法勘探方法。其成本较低、可操作性强、抗干扰性强、数据处理简便，应用广泛。
CAD 具有成熟的制图功能，Excel 具有强大的数据处理能力，二者的结合将大大提高制图效率及效果。CAD 与Excel 联合并运用到地质制图领域中，前辈及同仁们早已有探索，如在水文工作中（范长玉、尚丽、陈敏虹）、矿产勘查取样（王顺钦）、绘制钻孔柱状图（马江平等）、计算机辅助设计（孙淑贤等）、绘制地质剖面图（薛卫冲）、辐射取样自动绘图（刘金生）、土地质量调查（侯丹丹）等。
1 基于CAD与Excel的方法原理
理正勘察软件在岩土勘察工作中应用广泛，它是把输入的钻孔数据编辑成CAD 格式，在CAD 中实现自动绘制柱状图、剖面图等工作。由此，作者联想到，如果将电测深的原始数据利用Excel 进行处理，编辑成CAD可识别的“坐标”格式的数据，输入到CAD中，理论上应该也能实现电测深曲线的自动绘制及首尾端电阻率值的批量添加。
为得到这一步结果，我们进行了反复计算、验算、绘图，最终获得联合CAD 与Excel 软件的绘图方法。其流程如图1。
图1 基于CAD与Excel的新方法绘图流程Figure 1.New drawing process based on CAD and excel
电测深原始数据包含AB
/2距、电阻率值ρ。CAD软件以坐标为基础，属于算术坐标系，而电测深曲线最常用的是双对数坐标系，因此，要实现电测深曲线类型图及首尾端电阻率值在CAD 中批量绘制需要解决两个问题：一是如何将原始的双对数坐标系数据处理成CAD 软件中的算术坐标格式数据，二是如何将多条曲线数据处理成同一坐标轴中的按点距排列的曲线数据。为便于解释这一方法原理，我们假定有2 条电测深曲线，每条有2 个点。如图2，原始数据1 包含a
、b
点，坐标分别为：a
（X
，Y
）、b
（X
，Y
），相应的转为CAD格式后为A
、B
点，坐标分别为：A
（X
，Y
）、B
（X
，Y
）。原始数据2 包含c
、d
点，坐标分别为：c
（X
，Y
）、d
（X
，Y
），相应的转为CAD 格式后为C
、D
点，坐标分别为：C
（X
，Y
）、D
（X
，Y
）。
图2 基于CAD与Excel的新方法计算原理Figure 2.Calculation principle of the new method based on CAD and excel
如图2，我们需要将A
（X
，Y
）、B
（X
，Y
）、C
（X
，Y
）、D
（X
，Y
）四个点的算术坐标数据在Excel中编辑成双对数坐标数据，再编辑成CAD 软件中的算术坐标A
（X
，Y
）、B
（X
，Y
）、C
（X
，Y
）、D
（X
，Y
），计算公式如下：
A
（X
，Y
）、B
（X
，Y
）、C
（X
，Y
）、D
（X
，Y
）坐标数据复制粘贴到CAD 软件命令行，就可实现曲线自动绘制。其中，k
1、k
2、k
3 为曲线形态调整系数，它与点距、线距有关，需要根据曲线的形态进行增减；△X
为测深点的点距，在项目中为已知数。表1 以山东省1∶50000 水文地质调查项目中某条剖面的两条电测深数据为例，展示如何在Excel 中将数据处理成CAD格式。
表1 Excel中电测深数据处理Table 1.Processing of electrical sounding data in Excel
如表1，根据公式（1）～（4），调整k
1、k
2、k
3的大小，将原始数据处理成CAD 格式数据。本例中，点距△X
=200，经试验，k
1=20、k
2=10、k
3=0.01 时，曲线形态较好，即：X
=44.3，Y
=1.5；X
=47.2，Y
=2.5；X
=359.65，Y
=1.5；X
=319.6，Y
=2.5。将分别其代入式（1）、（2）、（3）、（4），得（X
，Y
）、（X
，Y
）、（X
，Y
）、（X
，Y
），分别为32.93，-1.76；33.48，-3.98；34.93，-1.76；33.90，-3.98。由此得到两条曲线的CAD 格式数据，依此类推，可得一条剖面的CAD 格式数据；将数据复制粘贴到CAD 命令行，就自动绘制出该剖面的曲线类型图（如图3）。
图3 电测深曲线类型Figure 3.Electrical sounding curve types
“同表1 pline”是CAD“多段线”命令，输入到CAD后会执行多段线绘制功能。
“（32.93，-1.76）、···”是CAD中的坐标数据。
最后一行是“空格”，这是不可缺少的，表示此条曲线绘制结束，并开始下一条曲线。
初次绘制剖面时，需根据曲线形态，多次调整k
1、k
2、k
3的大小；经过试验，同一项目的其他剖面无须再进行调整，可将原始数据导入Excel 模板中，得到CAD 格式数据。绘图时间由数小时可缩短至10 分钟，极大地提高了工作效率。2 首尾端电阻率值的添加
曲线绘制结束后，需要添加首尾端电阻率值。传统的方法是一个一个的输入，效率较低。通过使用CAD 中添加文本命令“添dtext”，将编辑好的数据复制粘贴在CAD的命令行，可以实现首尾端电阻率值的自动绘制，提高效率。命令行公式如下：
="_dtext j c "&B1&"，"&$B$2 &" "&$B$3&"0 "&B4 CHAR(10)
该公式返回值为“_dtext j c 32.928，-1.260 0.3 0 44.3”。执行过程：读入多行文本命令“_dtext”—选择[对正]j—选择[居中]c—读入要添加文本位置的坐标“32.928，-1.260”—选择文字高度“度.26 —选择旋转角度“0”—输入要添加的文字“44.3”—回车符。
最后一步确认文本输入需要在CAD 命令行输入“回车符”实现，不可用“空格”。这是因为，回车符在Excel 单元格中隐藏了制表符" "，将其粘贴到CAD命令行后，就会显现出来，导致命令无法识别。解决办法是：将返回的数值从Excel复制粘贴到Word 空白文件中，然后在命令与命令之间按“回车键”，具体如下：
_dtext j c 32.928，-1.260 0.3 0 44.3
（注：这一行是“回车”）
_dtext j c 34.928，-1.260 0.3 0 359.65
命令与命令之间用回车换行，再复制粘贴到CAD命令行，即可实现文本的批量添加，这几乎是一瞬间完成的，与一个一个的输入文本相比，不仅无须检查，其效率也可见一斑。
3 涉及公式及命令使用说明
Excel中进行编辑时用到的主要公式：
（1）将多列数据转为一列。“ET(B$111，MOD(ROW(B2)-1，2)，(ROW(B2)-1)/2)ROW(B2)
解释：此公式用于将2 行3 列数据编辑为6 行1列。式中的“2”与实际行数对应，如本例中数据有23行则改为23。
（2）将非空值的两列数据合并。“=IF(COUNT(B1)=1，B1&”，“&-A1，B1)”
解释：此处“IF”函数，起判别作用。如果B1 单元格不是空值，就输出B1 和A1 单元格合并后的数据；若B1 单元格为空值，则输出B1 单元格内容。“COUNT(B1)=1”，表示B1 单元格不是空值。这个公式用在最后一步，将处理后的X
、Y
坐标合成单列数据。返回值为“X，-Y”。（3）将单列数据转为多列。“=INDIRECT("b"&ROW(B111)+(COLUMN(B111)-1)*21)”
解释：“B1”为单列数据的起始数值，“21”为将要转换的数列有多少行。
4 结语
Excel的数据处理与CAD的绘图功能相结合，实现了批量绘制电测深曲线及添加文本，减少了工作中的重复步骤，降低了工作强度，提高了工作效率及准确率。其原理是在Excel 中编辑原始数据，利用Excel函数及公式，将计算结果显示为CAD 命令行中能够识别且可执行的指令。
通过利用Excel 中函数及公式，可整理出计算模板，实现电测深曲线类型图绘制工作的标准化，这不仅可以精简工作步骤，提高工作效率和可操作性，还可增加新手的上手率，也便于查错、纠错。在后续项目中，根据曲线形态，通过调整模板中的参数，即完成了制图工作。
地质行业属传统行业，软件的联合运用可以提高效率，增加精度。Excel 具有强大的数据处理能力，CAD 有强大的绘图功能，二者的结合除了用于电测深工作外，对CSAMT、MT、高精度磁法、电磁波CT同样适用。
