利用Surfer8.0绘制瓦斯含量等值线图

利用Surfer8.0绘制瓦斯含量等值线图

作者: 任志成李兆龙

摘 要：瓦斯浓度等值线图在指导含瓦斯煤矿安全生产中起着至关重要的作用，在瓦斯突出鉴定方便也是很高的参考价值。文章运用等值线绘制软件surfer8.0绘制瓦斯含量等值线图，主要对Surfer8.0的使用方式跟应用心得做了小结。与当时手工绘制等值线相比，利用Surfer绘制瓦斯浓度等值线图，只需根据煤矿井上、井下对照图，通过对采样点的坐标数据进行整理，制作网格，即可将瓦斯含量数据或资料进行等值线预测，并能对生成的图形作进行编辑。简便快捷且制图精确，大大提高了工作效益。

关键词：Surfer8.0；瓦斯浓度；等值线图；插值方法

0 引言

Surfer 8.0（Golden Software Surfer）是一款画三维图（等值线、image map、3d surface）的硬件，它的主要用途是绘制等值线图（contourmap），此内瓦斯浓度的差异趋势对瓦斯涌出量预测更有指导意义。现以北京某电厂8号煤层瓦斯浓度等值线绘制为例，将该法作一介绍[3-4]。

1 数据文件整理

Surfer8.0 常用的数据文件格式有：.xls文件（.xlsx不能被识别）、.dat 文件和.txt文件。收集离散点的坐标数据分别为X、Y，和该点的瓦斯含量值Z，三个字段保存到以上三种文件中创建，尽量确保三列数据的标题均为英文。所取数据越全面、越均匀，最后得出的等值线越真实，保证合适的数据总量至关重要。

2 绘制等值线图

绘制等值线图首先必须借助数据功能把数据文件转换成网格文件，具体操作过程为：启动 Surfer8.0 程序，从网格菜单中选取数据命令，选择数据文件，点击打开出现网格化数据对话框。由于Surfer软件中用的是物理坐标系，矿山上用的是高斯直角坐标系，因此在这里X数据列要选取高斯直角坐标系的Y列，这里的Y数据列要选取高斯直角坐标系的X列，Z列选择瓦斯含量数据。如果是多列数据，Z列可以选取需要的数据。

网格化方法的选取有很多种surfer怎么画等值线，当空间连续性变化的属性十分不规则时通常用“克里格”插值法，如煤厚线图、瓦斯浓度等值线图、煤层埋深等值线图等。当离散点较少、空间连续性变化的属性相当均匀时通常用“反距离加权”插值法，如土体底板等高线图、等水位线图等。不管使用那种聚类方法，数据文件收集的离散点数据越均匀、越全，绘制出的等值线图越准确。“克里格”插值法是现在地质统计学中应用最优的内插法，克里格方法又称空间局部插值法，是以变异函数理论跟结构预测为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方法，是地统计学的主要内容之一。其实质是运用区域化变量的原始数据和变异函数的构架特点，对未知样点进行线性无偏、最优估计。也就是说，克里格方法是按照未知样点有限邻域内的若干已知样本点数据，在考量了样本点的颜色、大小跟空间方位，与未知样点的互相空间位置关系，以及变异函数提供的结构信息然后，对未知样点进行的一种线性无偏最优估计。不同的是，在赋权重时，反距离权插值方式只考量已知样本点与未知样点的距离远近surfer怎么画等值线， 而克里格方法虽然考虑距离，而且借助变异函数和构架分析，考虑了已知样本点的空间分布及与未知样点的空间方位关系[4]。根据需要修改其余参数，单击“确认”按钮，可以得到一个.grd格式的网格文件。

生成网格文件以后的第二步是运用网格文件描绘等值线图。具体操作为：在Surfer中选取地图→等值线图→新建等值线图，出现开启网格对话框，选择并开启刚才得到的.grd 文件，surfer界面会出现整个坐标范围内的等值线图，到此瓦斯浓度等值线图初步构建。

3 等值线图后处理及图像输出

3.1等值线图的后处理

初步完成的等值线图为规则的四边形，横纵坐标是按照提供的数据文件选择最大值跟最小值成为边界。然而大多数井田的界定在许多自然原因的妨碍下并不是规则的四边形，因此还必须对初始的等值线图进行编辑。Surfer8.0 提供了“白化”功能，就是利用煤矿井田边界拐点坐标的数据文件，对初始的等值线图进行进一步的设置。

首先整理好坐标边界数据，数据内容为井田边界拐点坐标，X、Y两列分别为原始CAD坐标数据的Y列和X列，数据整理完毕保存在文本文档，坐标数据从上向下为实际点顺时针或者逆时针顺序，并且数据的第一行为“点数，0”。在Surfer8.0文件菜单栏里开启，找到边界坐标文件选择并开启。出现跟EXCEL文件类似的图标，然后选择文件→另存为，文件类型选择Golden Software Blanking （*.bln），并保存，会在同一个文件夹下生成一个.bln的数据文件。

所有工作准备就绪，选择网格→白化，出现“打开网格”对话框，打开要白化的.grd文件，出现文件类型为.bln的“打开”对话框，选择并开启前面生成的.bln文件，会出现名为“保存网格为..”的对话框，点击保存，即可得到一个白化后的.grd文件。在地图→等值线图→新建等值线图，打开白化后的.grd文件。通过白化去掉不需要的部份。根据所描绘的煤层瓦斯含量等值线图的实际状况，双击或者单击属性生成的矿井瓦斯浓度等值线图，在弹出的属性框中可以添加以及删除等值线，调整标示的位置，添加背景色彩，更改坐标轴属性等。

3.2输出等值线图

等值线绘制、修改加强后，选择“文件”→“ 输出”命令，将文件保存成.dxf的图形文件。启动AutoCAD对生成的.dxf格式煤层瓦斯含量等值线图进行进一步处理，打开矿井采掘工程平面图，再打开利用Surfer绘制的煤层瓦斯含量等值线图，把该图复制到竖井采掘工程平面图中，利用 AutoCAD的图形编辑功能，使用 “旋转”和“删除”或“对齐”命令进行线型处理，找到一个基准点，使用“移动”功能将这两幅图合成一幅，得到最后的煤层瓦斯含量等值线图。

4 结论

应用Surfer软件绘制煤层瓦斯含量等值线图，节省了绘图时间，提高了绘图效率，避免人工制图时产生的偏差。本文以绘制煤层瓦斯浓度等值线图为例，介绍了Surfer8.0的应用方式，从而为该工具在煤矿制图领域的应用提供一个借鉴。■

参考文献

[1] 陈欢欢，李星，丁文秀.Surfer8.0等值线绘制中的十二种插值方式[J].工程地球化学学报，2007（1）：52-57.

[2] 韩丽娜，石昊苏.利用Surfer8.0绘制地质等值线图[J]. 计算机与现代化，2008（11）：84-87.

[3] 马胜利，贾东方，肖新成. AutoCAD及Surfer软件在煤层等厚线图绘制中的应用[J]. 中州煤炭，2009（9）：91-92.

[4] 袁会. AutoCAD和Surfer在煤矿等值线图绘制中的应用[J]. 山西建筑，2008，23（8）：357-358.

作者简介：任志成（1989-），男，河北景县人，在读博士，就读于中国矿业大学（北京）资源学院矿业工程系，主要研究采场矿山压力显现规律及瓦斯治理工作。

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