HhGiCAD各地質(zhì)圖件的程序設(shè)計(jì)思路及效果

工程地質(zhì)圖是工程地質(zhì)工作全部成果的綜合表達(dá)，所以它是工程地質(zhì)工作的重點(diǎn)之一，也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用較為活躍的領(lǐng)域。工程地質(zhì)圖質(zhì)量標(biāo)志著編圖者對(duì)各種地質(zhì)條件，自然因素及工程作用相互關(guān)系認(rèn)識(shí)的深度，也體現(xiàn)著編圖者對(duì)工程地質(zhì)問(wèn)題的預(yù)測(cè)水平。工程地質(zhì)圖是工程地質(zhì)人員為規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理人員提供直接應(yīng)用的主要資料，它對(duì)工程的布局，選址，設(shè)計(jì)及工程進(jìn)展起到?jīng)Q定性的影響，因此用計(jì)算機(jī)繪制工程地質(zhì)圖必須表達(dá)明確，而且使用方便，準(zhǔn)確可靠。

工程地質(zhì)圖件是各式各樣的，不同的工程類型使用不同的圖件表達(dá)，但總體來(lái)看，按圖件的表達(dá)形式可分為：平面圖、剖面圖、柱狀圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖和立體圖(3D)，，除立體圖（3D）外，HhGiCAD系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)，圖1為HhGiCAD<個(gè)地質(zhì)圖件>的功能菜單。下面結(jié)合HhGiCAD軟件介紹幾種常用的工程地質(zhì)圖件的計(jì)算機(jī)制程序設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)效果。

HhGiCAD平面圖

平面圖是反應(yīng)地表地質(zhì)條件的圖，是最基本的圖件。但根據(jù)水利水電工程地質(zhì)的特點(diǎn)和工程師的繪圖習(xí)慣，要在地形圖上加入的基本地質(zhì)內(nèi)容為：指北針、巖層產(chǎn)狀、鉆孔位置、探坑位置、平硐位置、泉水點(diǎn)位置、以及各種地質(zhì)界線，下表為HhGiCAD軟件功能的鏈表，圖2為運(yùn)行產(chǎn)生的效果。圖3為圖框信息，軟件提供60多種必要的地質(zhì)線型庫(kù)。

HhGiCAD剖面圖

2.2.1工程地質(zhì)剖面圖

一般是沿勘探線方向切繪的剖面圖，圖形反映出該剖面上的巖性、地層分界、地層時(shí)代、含水層的位置和構(gòu)造形態(tài)。它是分析地質(zhì)構(gòu)造，布置工程建筑物的基礎(chǔ)資料，是地質(zhì)測(cè)繪工作最重要的表達(dá)方式，也是工程地質(zhì)中使用最廣泛的圖件之一。

工程地質(zhì)剖面圖信息量大，反映在剖面圖上的實(shí)體有鉆孔及其標(biāo)注、剖面方位、探坑、探槽、平硐、巖性、巖芯質(zhì)量指標(biāo)(RQD)、巖芯采取率、呂榮值、原狀樣、擾動(dòng)樣、標(biāo)貫、取樣編號(hào)、地下水位、風(fēng)化線、地層界限、斷層、裂隙、斷層破碎帶、透鏡體、溶洞、傾斜巖層、等多種。程序設(shè)置的變量多，字符串多，數(shù)組多，由于地質(zhì)條件千變?nèi)f化，隨機(jī)現(xiàn)象多，例如：一條地質(zhì)剖面少則無(wú)一個(gè)鉆孔，多則幾十個(gè)鉆孔，無(wú)法確定數(shù)組元素?cái)?shù)目，增加數(shù)組，容易引起內(nèi)存不夠，減少數(shù)組，程序不能正常運(yùn)行。因此采用功能模塊結(jié)構(gòu)覆蓋技術(shù)。系統(tǒng)程序既可以連起來(lái)運(yùn)行，也可以分開運(yùn)行。軟件繪制剖面地形線有兩種方式：1、根據(jù)測(cè)量人員提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（平距和高程）；2、根據(jù)地形圖切剖面圖（對(duì)話框見(jiàn)圖4）。剖面圖說(shuō)明欄提供有：一般剖面圖、壩址區(qū)剖面圖、渠道剖面圖、輸水隧洞剖面圖、溢洪道剖面圖5種，包括了水利水電工程地質(zhì)所有剖面圖的繪制。巖性花紋的充填軟件提供了500多種，基本能滿足水利水電工程地質(zhì)勘察的需要。

2.2.2剖面中巖石傾角的計(jì)算

巖石視傾角是巖層上任意一點(diǎn)與走向斜交的直線和該線在水平面上的投影間的夾角，凡不是垂直走向線所測(cè)得的傾角全部為視傾角，天然剖面上的巖層傾角，大多為視傾角，真傾角與視傾角的關(guān)系，以往都是采用查表的方法求得，麻煩還容易出錯(cuò)，筆者結(jié)合計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和教科書的公式，提出以下公式的計(jì)算方法求視傾角，其特點(diǎn)是：方便，準(zhǔn)確，直接可以在CAD中進(jìn)行繪制，不需要轉(zhuǎn)換坐標(biāo)（大地坐標(biāo)和數(shù)學(xué)坐標(biāo)不一樣）。

式中：

------繪制剖面圖時(shí)巖石的視傾角（度）；

從剖面前進(jìn)方向水平面起逆時(shí)針為正；

n------垂直比例尺與水平比例尺的比值；

------巖石的真傾角（度）；

從水平面到巖面的角度，該角度0￡￡90；

------計(jì)算時(shí)的換算角度（度）；

------巖石的傾向（度）；

從正北到傾向線，順時(shí)針為正，（0￡<180）；

------剖面線的方位角（度）；

從正北到剖線的角度，（0￡<360）；順時(shí)針為正；

根據(jù)以上公式，HhGiCAD視傾角轉(zhuǎn)換程序中采用Excel強(qiáng)大的宏功能，采集野外數(shù)據(jù)后可以直接轉(zhuǎn)換出與標(biāo)準(zhǔn)的水利水電剖面方位、剖面產(chǎn)狀、和視傾角。見(jiàn)圖5。

HhGiCAD柱狀圖部分

鉆孔柱狀圖的編制主要根據(jù)鉆孔地質(zhì)記錄進(jìn)行。鉆孔柱狀圖的內(nèi)容主要有地層代號(hào)、巖土分層序號(hào)、層頂深度、層頂標(biāo)高、層厚、地質(zhì)柱狀圖、鉆孔結(jié)構(gòu)、巖心采取率、巖土取樣深度和樣號(hào)、原位測(cè)試深度和相關(guān)數(shù)據(jù)。在地質(zhì)柱狀圖上,第四系與下伏基巖應(yīng)表示出不整合接觸關(guān)系。在柱狀圖的上方,應(yīng)標(biāo)明鉆孔編號(hào)、坐標(biāo)、孔口標(biāo)高、地下水靜止水位埋深、施工日期等。柱狀圖比例尺一般采用1∶100或1∶200。比例尺的選擇以能清楚地表達(dá)主要地質(zhì)現(xiàn)象為準(zhǔn)，一般不采用1：200--1：500。柱狀圖應(yīng)按比例繪出，但對(duì)于巖性簡(jiǎn)單的厚大巖層可以用縮減的方法表示。根據(jù)水利水電工程地質(zhì)的特點(diǎn)，HhGiCAD系統(tǒng)中可以繪制鉆孔柱狀圖和探坑小柱狀圖兩種格式，詳見(jiàn)圖6和圖7。

下表為軟件鉆孔柱狀圖部分設(shè)計(jì)的功能模塊鏈表。

HhGiCAD數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖

HhGiCAD提供了兩種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖：節(jié)理玫瑰圖和極射赤平投影圖。節(jié)理玫瑰圖是以半徑方向表示節(jié)理方位，半徑長(zhǎng)度表示節(jié)理個(gè)數(shù)，按野外統(tǒng)計(jì)的巖體節(jié)理作出的玫瑰花狀圖案。極射赤平投影圖是地質(zhì)學(xué)中采用的，將表示巖體某些特征的分布于三維空間的點(diǎn)、線、面或矢量投影到通過(guò)球體中心的赤道平面上的幾何圖示法。由于篇幅所限，其具體數(shù)學(xué)模型詳見(jiàn)教材《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)習(xí)教材》（成都理工大學(xué) 徐開禮等,地質(zhì)出版社,1989），圖8為兩種圖件的效果圖。

HhGiCAD其它圖件

(1)平硐展視圖

平硐展視圖自身的特殊性和復(fù)雜性決定了該功能的復(fù)雜性，依一定比例尺和圖例按平面連續(xù)展開的方式，將平硐、豎井勘探中揭露的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)現(xiàn)象和試驗(yàn)成果，編繪成的圖。下表為HhGiCAD軟件中平硐展視圖結(jié)構(gòu)鏈表，圖9為效果圖

（2）灌漿綜合剖面圖

用灌漿的方法對(duì)巖基進(jìn)行防滲處理的工程。該圖是對(duì)灌漿成果的綜合描述，其難點(diǎn)是用寬度表示灌漿段單位水泥注入量e值的大?。孩賹挾?0.2(mm)(0.2是變數(shù)，根據(jù)剖面圖比例尺寸而選定)；②小于10kg/m的灌漿段，不再畫寬度；③若較多孔段單位水泥注入量大于1000kg/m時(shí)，寬度可考慮用其對(duì)數(shù)表示，寬度=2loge(mm)(2是變數(shù)，可根據(jù)剖面圖比例尺寸選定)。根據(jù)以上3條理論，可以在程序中根據(jù)灌漿段單位水泥注入量e值的大小進(jìn)行選擇性的條件設(shè)置，即可求出灌漿段的寬度，圖10為軟件運(yùn)行效果圖。

當(dāng)今工程地質(zhì)勘察不僅需要理復(fù)雜、高難度、大型的工程地質(zhì)問(wèn)題，而且要求快速、準(zhǔn)確，在成果表述方面除了準(zhǔn)確之外，還要求美觀、信息量大、易讀等特點(diǎn)。工程勘察目前趨勢(shì)已從手工繪制圖形時(shí)代過(guò)渡到了地質(zhì)工程師控制下的信息化時(shí)代，在日常工作中地質(zhì)工程師需要收集和處理大量的野外數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行收集、整理、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算得到有用的信息。由于這些工作相當(dāng)枯燥與煩瑣，如果基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生一絲變化，將對(duì)工程所有設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大后果。手工制圖計(jì)算工作量大，且易出錯(cuò)，不能滿足當(dāng)今社會(huì)的需要。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為當(dāng)前比較流行且成熟的工作方式，可以方便、迅速、準(zhǔn)確地對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)行分類整理、查詢、計(jì)算從中取得很好的地質(zhì)信息為工程設(shè)計(jì)提供很好的基礎(chǔ)資料。目前工程地質(zhì)軟件還處于過(guò)渡期，尤其是水利行業(yè)，雖然大家已經(jīng)看到了信息化的優(yōu)勢(shì)，但一部分單位還處于半手工工作狀態(tài)，而且整個(gè)行業(yè)的信息鏈結(jié)并不完善，所以，為了適應(yīng)現(xiàn)代水利水電工程地質(zhì)勘察行業(yè)，改善傳統(tǒng)的工作思路，我單位開發(fā)了一款集成式、多功能的水利工程地質(zhì)勘察系統(tǒng)——HhGiCAD水利水電工程地質(zhì)CAD系統(tǒng)。

一個(gè)受工程技術(shù)人員歡迎的軟件，首先應(yīng)符合工程技術(shù)人員的工作習(xí)慣、軟件要能完成各種圖件處理的需求、便于修改、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)輸入共享性強(qiáng)。

HhGiCAD水利水電工程地質(zhì)CAD系統(tǒng)是按照地質(zhì)工程師手工處理資料的方式方法進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，所有計(jì)算模型都是以現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)。所以，軟件具有廣泛的適應(yīng)性。

軟件采用AutoCAD作為開發(fā)平臺(tái)，AutoCAD是世界上應(yīng)用最廣的繪圖系統(tǒng)之一，它功能齊全、編輯方便、操作簡(jiǎn)單，在水利水電行業(yè)中有著廣泛的用戶。HhGiCAD軟件是結(jié)合AutoCAD二次開發(fā)接口，以Visual Lisp和VC 作為編程工具，利用其強(qiáng)大的圖形功能開發(fā)而成。

系統(tǒng)維護(hù)好，升級(jí)方便。軟件包含兩部分軟件，第一部份為數(shù)據(jù)錄入計(jì)算內(nèi)容，第二部分包含了工程地質(zhì)圖件繪制內(nèi)容，整個(gè)工程地質(zhì)勘察過(guò)程數(shù)字化信息處理，全部由計(jì)算機(jī)完成。其主要功能如下：

1、平面圖：布產(chǎn)狀、鉆孔、探坑、平硐、泉水點(diǎn)、指北針……一般的地質(zhì)線型（地層分界線、分水嶺、正常蓄水位線…………各種地質(zhì)線型）以及各種圖幅圖框；

2、柱狀圖；

3、剖面圖（包括用地形圖截地質(zhì)剖面）；

4、探坑圖

5、平硐展示圖；

6、灌漿剖面；

7、節(jié)理玫瑰花圖；

8、赤平投影圖

9、視傾角計(jì)算

水利水電工程地質(zhì)CAD系統(tǒng)—HhGiCAD，經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)、完善，已用于幾十個(gè)工程項(xiàng)目，筆者長(zhǎng)期從事水利水電工程地質(zhì)勘察，這對(duì)HhGiCAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幫助很大，筆者在軟件維護(hù)過(guò)程中，使其功能、性能不斷提高，我院許多地質(zhì)人員掌握了其使用方法，用計(jì)算機(jī)提交成果，其成圖率已達(dá)到100%，為計(jì)算機(jī)輔助繪圖打了良好的基礎(chǔ)。2100433B

云南省紅河州水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院HhGiCAD軟件

（一）HhGiCAD簡(jiǎn)介

隨著科技的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在科研、生產(chǎn)和生活中的重要性日益明顯。工程勘察設(shè)計(jì)不僅要處理復(fù)雜、高難度的大型工程問(wèn)題，而且要求設(shè)計(jì)快速、準(zhǔn)確。在成果表述方面，除了基本的準(zhǔn)確之外，還要求成果美觀、信息量大和易讀等。俗話說(shuō)“工欲善其事，必先利其器”，計(jì)算機(jī)軟件的智能化使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成為工程設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)化、自動(dòng)化的重要手段。

紅河州水勘設(shè)計(jì)院一直以來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)非常重視，自2000年抓住計(jì)算機(jī)在工程領(lǐng)域興起的機(jī)遇，院部領(lǐng)導(dǎo)大力發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。這10余年的時(shí)間里，地勘隊(duì)在勘察工作中，將計(jì)算機(jī)理論知識(shí)和總結(jié)的工作經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，一步步開發(fā)完成了一套幾乎涵蓋所有水利水電工程地質(zhì)勘察專業(yè)的CAD軟件（簡(jiǎn)稱HhGiCAD）。

HhGiCAD軟件從根本上改變了延續(xù)多年的水利水電工程地質(zhì)勘察行業(yè)的工作程序和工作思路，以國(guó)家水利水電工程行業(yè)現(xiàn)行勘察規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)為依托，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為手段，利用Visual Lisp、Visual Basic和Visual C 等開發(fā)語(yǔ)言作為工具，徹底解決了紅河州水勘院地質(zhì)工程師在繪制工程圖件和計(jì)算方面的一些重要問(wèn)題。

（二）HhGiCAD軟件主要功能及優(yōu)點(diǎn)

其主要功能如下：1.工程地質(zhì)平面圖：布產(chǎn)狀、鉆孔、探坑、平硐、泉水點(diǎn)、指北針、一般的地質(zhì)線型（地層分界線、分水嶺、正常蓄水位線）以及各種圖幅圖框；2.鉆孔柱狀圖；3.工程地質(zhì)剖面圖（包括用地形圖切地質(zhì)剖面）；4.探坑展視圖；5.平硐展視圖；6.水利水電灌漿綜合剖面圖；7.節(jié)理玫瑰花圖；8.極射赤平投影圖；9.巖層視傾角計(jì)算。

與國(guó)內(nèi)外其他相關(guān)的軟件或程序相比，HhGiCAD軟件具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：功能集成、界面圖形化、結(jié)果直觀、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)算精度和效率高等。我院所有一線人員都可以使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、存檔和出圖，大大提高了圖紙和計(jì)算的精度，且準(zhǔn)確率達(dá)100%，不但減輕了人力物力，還提高了工作效率，并促進(jìn)我院水利水電研究從半手工化繪制圖形發(fā)展為全數(shù)據(jù)化繪制圖形，對(duì)其他工程勘察或相關(guān)領(lǐng)域也有一定的幫助和借鑒作用。

（三）HhGiCAD發(fā)展歷程

2001～2006年，在院部領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，地勘隊(duì)全體專業(yè)人員提供技術(shù)支持，討論軟件需要達(dá)到的總體功能，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)功能，形成初步的軟件構(gòu)思，并初步嘗試設(shè)計(jì)。至2006年完成了大部分設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了全體地勘隊(duì)地質(zhì)人員計(jì)算機(jī)數(shù)字化繪圖，并與其他兄弟院進(jìn)行交流互動(dòng)。

2007年03月05日，申請(qǐng)獲得國(guó)家頒發(fā)著作權(quán)證書。

2008年08月27日，獲得紅河州科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

2008年12月08日，獲得云南省優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件三等獎(jiǎng)。

2018年05月，總結(jié)我院設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，出版了專著《水利水電工程地質(zhì)CAD（HhGiCAD）程序設(shè)計(jì)及工程實(shí)例》。