摘要
编制各类地质图件是地质工作者的一项必不可少的基础工作，这往往需要投入大量的时间和精力，制图方法和工具显得至关重要。MapGIS软件提供了一套符合中国地质图规范的通用制图工具，但由于制图过程是人机交互式的手工操作，并且需要外部的数据计算作支持，制图工作还是比较繁琐、费时费力的。为了提高工作效率，减轻劳动强度，笔者基于 MapGIS二次开发平台，开展了矿产勘查数字化自动成图技术研究和辅助软件开发，软件实现了从数据表到工程图的一键成图。这种制图方法不仅简单、高效，便于数据和图件的更新，而且生成的图件精细、美观、规范。本文主要从技术层面对该辅助制图软件进行介绍，也有助于使用者的理解和应用。
Abstract
Drawing various geological maps is an indispensable basic work for geologists, which often requires a lot of time and energy, in which cartographic methods and tools are crucial. MapGIS software has provided us with a set of universal mapping tools that conform to China's geological mapping standards, however, due to the mapping process is a manual operation of human-computer interaction and requires external data calculation to support, the mapping work is still relatively cumbersome, time-consuming and laborious. In order to improve work efficiency and reduce labor intensity, the author carried out the research on digital automatic mapping technology and auxiliary software development for mineral exploration based on the MapGIS secondary development platform, this software realizes the one-click drawing from data table to engineering drawing. This mapping method is not only simple and efficient, convenient for the update of data and drawings, but also generated drawings are fine, beautiful and standardized. This article mainly introduces the auxiliary drawing software from the technical perspective, and also helps users to understand and apply it.
0 引言
在固体矿产勘查过程中，会产生大量的勘查图件，如勘查工程部署图、工程编录素描图（探槽、坑道、浅井）、实际材料图、钻孔柱状图、勘探线剖面图、测量剖面图、平面地质图、资源量估算投影图等。过去传统的制图方法是：首先采用米格纸手工绘制图件，然后扫描为电子版栅格图，再利用GIS软件手工描绘成矢量图；在计算机和 GIS 工具普及之后，趋向于在计算机上直接手工绘图。这种制图方法非常繁琐，工作量大，效率低，需要耗费地质工作人员大量的时间和精力，而且可能存在较大的手工操作误差。众所周知，勘查图件的绘制是严格以勘查数据为基础的，手工绘图之所以复杂低效，是因为绘图过程中有大量的数据计算（主要是图面上投影位置的计算）以及空间元素（点、线、面）的定位与生成（包括赋属性等），如果把这些工作交由计算机和制图软件在后台自动完成，由数据表直接生成图件（“一键式制图”），就能大大提高制图效率，生成的图件也更加精细美观，而且能做到标准化、程序化、网络化和智能化。
笔者在找矿勘查与勘查图件绘制工作中，形成了自主开发制图工具软件的构想和思路，并基于 MapGIS 二次开发函数库和 VC++集成开发平台，开发了一套矿产勘查图件自动生成软件（PMap），该软件的主要功能是钻孔柱状图、勘探线剖面图和平面投影图的“一键”自动制图。后续将功能扩展到山地工程编录素描图、资源量估算投影图、地物化综合剖面图等的自动成图，以及辅助矿体圈定和资源储量估算等，同时开发了移动端野外数据采集APP、辅助钻孔编录与钻孔技术档案自动生成软件，为自动成图软件提供数据接口，形成了一套矿产勘查辅助制图软件系统（DEGIS）。这两套软件已在数十个矿产勘查项目中采用，发挥了良好的作用，并得到了不断的完善和提高。本文针对上述问题，重点介绍矿产勘查数字化自动成图的技术思路、技术方法、软件结构和实现过程。
1 总体设计与软件结构
1.1 技术思路
研发自动成图软件的目的在于为地质工作者提供一款操作简单、方便高效、通用性强的制图工具，其技术思路主要体现在如下几个方面：
（1）中国地勘行业普遍采用的制图软件是Map‐ GIS，它是中国地质大学开发的通用工具型地理信息系统软件，是在地图编辑出版系统 MapCAD 的基础上发展起来的，可对空间数据进行采集、存储、检索、分析和图形表示（吴信才等，2017）。MapGIS 包括了 MapCAD 的全部基本制图功能，可以制作具有出版精度的十分复杂的地形图和地质图。而且， MapGIS 方便于二次开发，支持 VC++、VB、Delphi、 ActiveX 等集成开发环境，提供了 API 函数、C++类、 ActiveX控件等多层次的开发基础（武汉中地信息工程有限公司和北京中地时代软件工程有限公司， 2002）。因此，MapGIS 是自动化勘查制图软件二次开发的理想平台。
（2）数字化自动成图软件最主要的工作就是根据输入数据和程序设定进行地图元素点、线、面的生成，由于地图元素的参数（如类型、宽度、颜色、图案等）和属性不尽相同，为了避免图件生成后的重新编辑，就需要在绘图过程中赋以参数和属性。相较而言，调用 MapGIS 的 API 函数，如点、线、区及图层的生成和访问函数，可以更加简单、方便、灵活地设置图元参数、赋属性和设定绘图流程。基于此，笔者选择采用 MapGIS 的二次开发函数库，基于 VC++开发平台（木林森等，1998），进行自动制图软件开发。
（3）要达到“一键”制图的效果，无疑需要一次性提供成图所需的所有制图数据，其中，勘查数据包括工程测量数据、地质编录数据、地形数据、采样数据、化验分析数据等，图元属性数据包括子图、线型、颜色、图案参数等，其他还有责任表、图例、图件版式等信息。将这些数据组织在一个输入文件中，就避免了通过软件界面的多次输入和成图后的图形编辑，真正做到一键成图。采用常用的 Excel 和文本格式数据表，设计直观明了的表格样式，可以便于数据的录入、编辑、转换和检查。
（4）生成的结果图为 MapGIS 文件，包括点文件 （*.WT）、线文件（*.WL）和区文件（*.WP）。MapGIS 文件的图元参数是基于系统库（包含符号库、线型库和图案库），以代码方式设置，在 MapGIS 图形编辑过程中需要逐一选择或输入。对于自动成图而言，在原始数据表中给定图元参数较为复杂，特别是岩石花纹的斜纹充填，充填方法是用线和子图符号组合来构造图案，涉及的参数就更多而且变化多样。设计一种包含多参数的图案编码方式，解决复杂参数输入问题，是“一键”成图的关键。
（5）规范化是勘查制图的必然要求，因此在软件各功能模块的自动成图流程中，需要参照相关制图规范要求进行各项设定，如图名、图例、比例尺、责任表、图框、坐标网格、坐标标注、各类数据表等的参数设定，使生成的图件版式和图元参数均符合要求。
1.2 技术方法
1.2.1 数据表结构设计
一键成图是通过软件读取数据表文件，一次性输入制图所需的全部数据和参数，进行自动成图，因此成图数据表应包含有完整的数据信息或数据链接。不同类型的地质图件有各自不同的数据组成，这里以钻孔柱状图和勘探线剖面图数据为例 （表1、表2），说明数据表的结构设计和编辑要求。
表1钻孔柱状图数据表结构
表2勘探线剖面图数据表结构
制图软件提供了数据表的模板生成，可采用 Excel 编辑和存储，并供软件直接调用。说明：①表中“*”表示待输入的具体数值、编码或文字，数据行数根据实际添加；②表1中“图案高度”和“图案宽度”为 MapGIS 的区参数；③表2中“接触关系”以线型表示（可区分整合、平行不整合、角度不整合、过渡、侵入等接触关系），线型代码由 MapGIS 线型库中线型号和辅助线型号组成，两者以“|”分隔；④表2中“中轴夹角”包含3个角度值，分别是接触面和上、下岩层层理面的中轴角，三者以“~”分隔；⑤表中 “颜色代号”为 MapGIS 颜色库中颜色编号；⑥表中 “图案代码”为构造图案的参数组合编码，编码方式见下节。
实际上，在勘查工作进程中，相继产生了各阶段的数据表，如工程测量记录表、钻孔测量表（测斜和测深）、地质编录表、采样记录表、样品分析结果表等。在编辑成图数据表时，可以从这些单项数据表中直接拷贝相关数据，而更加快捷的方式是通过启用 Excel宏功能，编写 VAB（Visual Basic for Appli‐ cations）代码（刘永富，2022），建立数据链接，自动生成成图数据表。
1.2.2 图案编码设计
图案代码的编码方式有3种：第一种，在可以直接充填图案的情况下，如图例、钻孔柱状图和岩体的花纹图案充填，其图案代码为 MapGIS 图案库序号；第二种，图案代码采用国标《区域地质图图例（1 ∶50000）》（GB 958-2015）岩石花纹编号（国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会， 2015），在成图时按照对应的国标图案绘制；第三种，是最为灵活的编码方式，由描绘图案的岩石类型编号、线型代号和子图代号组成，可以任意组合绘制所需花纹图案，不限于 MapGIS 图案库和国标岩石花纹表中已有图案，并可绘制斜纹、曲线纹图案。
自编图案代码的编码方式为：“岩类编号|线型号|线号|子图1编号|子图2编号|子图3编号|子图4编号”，其中“|”为数字分隔符，其他编号说明如下：
（1）岩类编号
在地质图上，不同的岩石类型和岩性一般采用不同的花纹图案加以标示，并遵循相关国家标准。为了在自动成图中绘制出标准的图案，笔者根据国标岩石花纹的特征进行了分类编码（表3），作为图案代码的重要组成部分。表3基本上涵盖了常规的岩石花纹图案类型，并且可以进一步扩展。
表3岩石花纹特征及编号
（2）线型编号
线型编号由图案线纹在 MapGIS 线型库中对应的线型号和线号组成，同一线型在不同的系统库中可能有不同的线型号和线号。图案线型主要是直线或波浪线、单线或双线、实线或虚线等及其复合类型。
（3）子图编号
子图编号由子图符号在 MapGIS 符号库中对应的子图号和该子图占比数组成，占比数（个位数）置于子图号前。子图占比数是指图案中存在多个子图时，各子图在一个图案单元中的数量或在充填区中的比例数，例如，图3砂砾岩花纹中 2个子图的比例为 1∶1，含砾砂岩花纹中 2 个子图的比例为 1∶3，其他情况以此类推。
上述 3 种编号组合成完整的岩石图案编码，例如，采用某个 MapGIS 系统库的长石石英砂岩的图案编码为“21|1|1|1517|1528|1525”，制图软件可分解出其代表的信息：沉积砂岩类、单实线分隔、3 种子图按1∶1∶1排列，再加上由产状数据计算的方位角，就可以绘制区图案。在具体的勘查工作中，可以根据工作区实际的地层岩性分布情况，编制出岩石花纹编码对照表，供制图数据表编辑时使用。
1.2.3 数值计算
（1）数据校验
制图软件读取数据表后首先进行数据校验，主要是数据结构与完整性、成图比例尺的合规性以及勘查数据的错误性检验，并显示错误信息供用户修正。
（2）参数统计
包括制表数据统计和制图参数统计。前者主要是岩芯采取率（回次采取率、分层采取率、样品采取率、矿体采取率）、层厚度（钻孔穿层厚度、真厚度、铅垂厚度）和元素品位（矿体加权平均品位）等统计，这些统计数据将在相关附表中列出；后者主要是图幅尺寸的统计，确定图幅内框的坐标范围和整体布局。
（3）投影计算
在勘探线剖面图绘制中，投影计算是一项十分重要的工作。因为探矿工程（钻孔、探槽、坑道）的位置常常偏离勘探线，而且其延伸方向可能是变化的，需要通过投影计算来获取其在图面上的位置参数，绘制投影迹线。以钻孔轨迹投影为例，可分解为孔位投影和测程投影计算（王小勇等，2010；杨维，2023）。制图数据表给定的参数包括钻孔开孔坐标（X，Y，Z）、测程长度（L）、倾角（α）、方位角（β）、剖面起点坐标（X0，Y0）和剖面方位角（γ），这里角度转换为弧度，需要计算得到的是钻孔到剖面线的垂直距离（Lz）、剖面上投影点到剖面起点的水平距离 （Ls）、各测程的垂直投影长（Lc）、平行剖面方向水平投影长（Lx）和垂直剖面方向水平投影长（Ly），另设钻孔到剖面起点的水平距离为 Lq，两者连线与剖面线的夹角为θ，则计算公式如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
式（3～7）计算结果的正、负分别表示图面上的正向和反向偏移。
（4）定位计算
即计算图元的图面坐标。一般来说，平面图的图面坐标为实际坐标（公里网坐标）按比例尺缩放； 剖面图的图面坐标以主图的左边线（剖面起点）为横坐标零线，实际高程为纵坐标，依照距离和位置按比例尺计算；钻孔柱状图以主图的左边线为横坐标零线，开孔位置为纵坐标零线，纵坐标以进尺按比例尺计算（往下为负值）。
因为线坐标是由一系列节点坐标构成，而绘区的弧段由线转换，所以点、线、区图元的坐标计算均可归结为点坐标（x，y）的计算。其中，由测量数据控制的点坐标根据实际坐标换算，而数据表、图例和图签等按照常规布局确定坐标位置，另外，注释点坐标根据注释文本的宽度、高度和位置设定进行调整。
1.2.4 图元生成
点图元（子图和注释）由单点坐标生成（程序调用图元生成API函数），线图元和弧段由点坐标数据组生成，区图元由弧段生成。部分图元参数由数据表设定，如充填图案、充填颜色、层界线的线型、注释文字等，其他未设定的参数一般是常规值，如线宽、线颜色、注释字号、图案中子图大小等。
1.3 软件总体结构
矿产勘查辅助制图软件的核心模块是自动成图，主要功能是柱状图、剖面图、平面图、投影图和工程素描图的自动生成，其他辅助功能包括图形文件的显示与浏览、用于人机交互式矿体圈定的捕捉点连线、图形属性浏览、图形输出等。
自动制图以勘查数据为基础，因此数据采集和编辑是制图的关键环节。针对这一环节，笔者开发了基于移动端的野外数据采集和辅助钻孔编录软件，为自动成图软件提供了数据接口。其一，基于Andriod 平台开发了野外数据采集 App（包云娜， 2024），用于地质填图和山地工程（探槽、浅井、坑道）编录数据采集，将编录数据导入成图软件即可快速完成素描图成图；其二，基于Excel和VBA开发工具，编制了启用宏的 Excel 钻孔编录工作簿（*. xlsm），可自动生成钻孔技术档案和柱状图数据表，直接用于柱状图自动成图。软件系统的总体结构和自动成图功能结构分别如图1和图2所示。
2 自动成图的实现过程
在各类勘查图件中，勘探线剖面图涉及的勘查数据最多，图面结构组成较为复杂，故这里以勘探线剖面图为例，说明自动成图的实现过程。
（1）数据输入
成图软件打开 Excel 工作簿，选择数据表读取数据，将不同来源的数据自动分类赋值到自定义的多维数组、字符串数组（或指针空间），并进行数据表效验，主要是针对工程测量数据、采样数据和岩性分层数据的数值检查。之后进入如下制图过程，直至图形显示后结束运行。
图1矿产勘查辅助制图软件系统总体结构图
图2矿产勘查自动成图软件功能结构图
（2）数据计算
①投影计算
主要是探矿工程迹线（钻孔、探槽、坑道等）在剖面和平面上的投影位置参数计算。计算方法如前述，获得平面上工程起始点到剖面线的垂直距离、剖面上投影点到剖面起点的水平距离、各测程的垂直投影长、平行剖面方向水平投影长和垂直剖面方向水平投影长，并存储在对应的数组中，用于图面坐标计算。需要指出的是，钻孔的测斜数据应根据测点影响范围换算成节点的测量参数。
②数据统计
制表数据统计包括样品采取率、矿体采取率、矿体加权平均品位和矿体厚度（真厚度、铅垂厚度） 等，这些统计数据将在剖面图附表中列出；制图参数统计主要是图幅尺寸、图面坐标范围，首先统计出地形线的最高点和工程投影位置的最低点，再根据所需上、下延距离和剖面的起、止点坐标，获取主图内框的图面尺寸和坐标范围，以此为基准确定图面布局，进行图形绘制。
③坐标计算
以主图内框左边线与零高程线的交点为图面坐标原点（0，0），其对应的实际平面坐标为剖面起点坐标，则主图工程点在图面上的纵坐标为实际高程值，横坐标为剖面投影位置至左边线的距离，经比例尺换算到图形单位（mm）。剖面图上一般附有勘探线平面图，平面图上的横坐标为投影点至主图左边线的垂直距离，纵坐标以投影点至剖面线的垂直距离为偏移量，同样经比例尺换算。
坐标计算环节得到的图元坐标数据主要有地形点、工程起点及测量节点、钻孔及地表岩性分层点、采样起止点和坐标网格线端点等图面坐标。其中，工程测量节点坐标由工程起点坐标和各测程偏移量（投影长度）累加计算；分层点和采样点坐标根据其所在工程测程位置和节点坐标计算。其他图元坐标，如外框、图例、图签、表格、图名、比例尺、坐标标注、孔深标注等，均按照常规的图面布局要求推算。利用点坐标赋值点数据（D_DOT，为 MapGIS 定义的数据类型）和点数据组（线和弧段数据），用于图元生成。
（3）图形生成
首先建立 MapGIS 点、线、区内存工作区，图形绘制就是在工作区添加图元。
勘探线剖面图的自动绘制过程是依次生成图框、地形线及方向箭头与标注、钻孔符号、钻孔迹线与标注、探槽线与标注、坑道线与标注、地表岩性 （包括浮土层、基岩分层线、充填图案与颜色、层符号标注）、钻孔岩性柱（包括分层线、充填图案与颜色、层符号标注、孔深标线与标注）、坐标线与标注、样槽与标注、数据表格线与数据充填、图例图案与文字注释、图名与比例尺、图签表格线与文字。其中图案充填相对复杂，涉及到充填区范围、充填角度、互层和夹层、充填图案类型与颜色等，因此在软件编程中编写了多参数的充填图案函数，其算法和实现过程在此不做赘述。
（4）文件存储与图形显示
将点、线、区工作区内存中的图形分别存储到点文件（*.WT）、线文件（*.WL）和区文件（*.WP）中，并添加到新建立的工程对象，存储为工程文件（*. MPJ）。打开工程文件即显示生成的图形。
3 矿产勘查制图应用实例
自动成图软件可应用于矿产勘查工作全过程的制图，如设计阶段的工作部署图、勘探设计剖面图，野外实施阶段的工程素描图、钻孔编录柱状图、实际材料图、综合地质剖面图，成果编制阶段的钻孔柱状图、勘探线剖面图、平面地质图、资源量估算投影图等，制图要求参考相关规范标准（国土资源部矿产资源储量评审中心，2009；中华人民共和国国土资源部，2015）。以下为典型应用实例。
（1）工作部署图
笔者主持实施了某铜钴矿区的补充详查工作，其目的任务主要是：①在原详查区范围内进行加密钻探，以满足对应级别资源量详查工程网度的要求；②在外扩采矿权范围内开展地质详查工作，探明外扩区域内的资源储量；③在整个矿权范围内补充水工环地质调查工作，以满足地质详查及可行性研究的要求。
由于该矿区矿体（层状）埋深大（王如涛等， 2019），以往施工的钻孔（直孔）都出现了不同程度的飘斜现象，导致矿体的实际控制网度不均。本次加密钻孔根据原有钻孔的实际见矿位置进行设计，设计钻孔位置是需要达到的见矿位置的平面投影（相当于直孔设计），其地表开孔位置需要根据周边钻孔的飘斜规律作出调整，并借助设计剖面图推算出钻孔的开孔方位和倾角。对于北扩区，考虑到各级别资源量的占比和首采区控制的资源量连片的要求，首先在确定的勘查范围内按照基本网度布置钻孔，然后根据岩芯采样分析结果圈定矿体（推断的资源量），选择富厚矿地段布置加密钻孔，探求控制的资源量。图3为本次补充详查工作部署图，先是利用已有钻探工程数据库生成包含钻孔分布和勘探线等的基础平面图，叠加相关地质信息后，进行钻探工程设计和其他工作区布设，将钻孔设计数据加入到工程数据库，生成工作部署图。随着钻探施工进程，根据实际情况（如钻探施工场地受限情况、钻孔见矿和飘斜情况等），实时进行工程设计调整。
图3某矿区补充详查工作部署图（样图）
（2）坑道素描图
笔者在某矿区坑道编录中，利用掌机 APP工程编录子模块采集坑道编录数据，包括基线长度、方位角及坡度角，起点坐标，两壁一顶岩性分层、地质描述、采样（基本分析样、标本、光薄片等）位置及分析结果等。将编录数据导入自动成图软件，即可快速生成素描图。图4为采用顶板投影，向内展开的算法（压顶法）生成的坑道素描图，图中可以选择性生成方格网和样品分析结果表。
（3）钻孔柱状图
钻孔柱状图的版式和图形样式相对固定，因此自动成图较为方便。将钻孔测量数据、编录数据和样品分析数据编辑成表，即可一键成图（图5）。柱状图中局部剪断和放大可通过在分层进尺的对应段设置放大倍数来实现，其中剪断部分的放大倍数设为0。
（4）勘探线剖面图
勘探线剖面图的编制相对复杂，在探矿工程较多的情况下，使用自动成图软件制图就更能体现其简便、高效性。笔者在矿产勘查项目实施过程中，首先利用已有勘查资料和数据编制设计剖面图，随着钻探施工进展，实时更新工程数据库并生成新的剖面图，及时掌握施工进度和地质情况，在必要的情况下进行钻孔设计调整。施工结束并取得全部勘查数据后，即可快速生成勘探线剖面图（图6），采用人机交互式（捕捉点连线）圈定地质体和矿体。
（5）资源量估算投影图
传统的地质块段法估算资源量，需要编制资源量估算投影图。这种方法适用于层状或脉状矿体，当矿体倾角≥45°时，通常采用垂直纵投影图，而当矿体倾角<45°时，一般采用水平投影图（中华人民共和国自然资源部，2020）。垂直纵投影图是将勘探工程切穿矿体轴面的各个交切点，投影到与矿体走向平行的投影面上，用以表示矿体纵向分布轮廓、不同勘探工程对矿体的控制情况及资源储量的分布范围等（雷明选等，2014），一般设定剖面方向与勘探线方向垂直，投影点为见矿中心点。自动成图软件可利用勘探工程数据和圈矿工业指标，自动生成垂直纵投影图（图7）。资源储量估算块段边界通过人机交互式（捕捉点连线）圈定。
图4某矿区坑道素描图（样图）
图5某矿区钻孔柱状图（样图）
4 结语
（1）勘查图件一键成图的关键性技术问题是完整的数据输入，本文根据不同类型勘查图件的数据组成及图式要求，将各类勘查数据和图式参数按照设定的数据表结构，组织成一个数据表，供制图软件一次性读取全部成图数据，可以避免或减少成图后的重新编辑。
图6某矿区勘探线剖面图（样图）
图7某矿区矿体垂直纵投影图（样图）
（2）岩石花纹充填涉及的图元参数较多而且复杂，是“一键”成图的难点，本文设计的岩石花纹图案编码方式可以有效地解决复杂参数输入问题。这种编码由描绘图案的岩石类型编号、线型代号和子图代号组成，可以任意组合绘制所需花纹图案 （由软件解读和绘制），而不限于国标岩石花纹表中已有图案，并可绘制斜纹、曲线纹图案。
（3）MapGIS是中国地勘行业普遍采用的通用工具型地理信息系统软件，提供了符合中国地质图规范的全部制图功能，因此，利用 MapGIS作为矿产勘查辅助制图软件的二次开发平台，在制图规范化、通用性方面具有优势。
（4）矿产勘查制图是以勘查数据为基础，因此数据采集和编辑是制图的重要环节。针对这一环节，笔者开发了基于移动端的野外数据采集和辅助钻孔编录软件，为自动成图软件提供了数据接口。后续将进一步完善野外数据采集、云编录模式、数据接口与网络传输工具，并向三维制图拓展。
（5）该技术方法和软件系统的自动成图具有简单高效、实用性强、规范标准、全面精细的特点，在矿产勘查应用中具有了良好的效果，发挥了重要作用。
