鈾礦勘查中地表探礦工程成果信息化研究與實(shí)踐
——放射性測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)化成圖

邱日平，沈川，滕潤(rùn)球，肖磉，嚴(yán)家斌

（1.核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

鈾礦勘查中，地表探礦工程物探原始編錄是指采用適當(dāng)?shù)氖侄魏蛢x器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、記錄來(lái)揭示其礦化現(xiàn)象，為勘查和研究提供基礎(chǔ)資料［1］。其礦化成果信息主要通過(guò)放射性測(cè)量成果圖件展示，因此，放射性成果圖件的繪制為物探編錄的重要工作之一，其圖件要求真實(shí)、準(zhǔn)確、規(guī)范，其質(zhì)量的優(yōu)劣會(huì)影響探礦工程編錄的成?。?］。一套規(guī)范的成果圖件可以真實(shí)、準(zhǔn)確地反映礦化信息，為進(jìn)一步的研究工作提供有效的參考［3］。

按相關(guān)規(guī)范要求，圖件應(yīng)滿足表示方法合理，層次清楚，直觀清晰，圖式、標(biāo)注齊全，讀圖方便，并且要方便永久性存檔的要求［4］。目前，地表探礦工程放射性成果圖件普遍通過(guò)手工素描來(lái)完成，存在的問(wèn)題有：在工程工作量大、地形條件差、礦化復(fù)雜的情況下，耗時(shí)較長(zhǎng)、精度較低；在歸檔的資料中，發(fā)現(xiàn)部分鉛筆素描圖的標(biāo)注信息有丟失現(xiàn)象，不易長(zhǎng)久保存［5］。

為改善以上問(wèn)題，筆者提出了自動(dòng)化成圖的思想，旨在形成地表探礦工程電子化圖件。通過(guò)對(duì)地表探礦工程放射性編錄工作的分析研究，設(shè)計(jì)出一輔助軟件對(duì)放射性測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將多參數(shù)坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)格式，達(dá)到支持Surfer 軟件網(wǎng)格化和Mapgis 軟件輸出成果圖件的目的，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成圖。進(jìn)而取代手工素描繪圖和Mapgis 軟件圖件矢量化等一系列耗時(shí)的步驟，為放射性成果圖件的繪制工作帶來(lái)極大便利，進(jìn)一步提升了成果圖件的規(guī)范性、美觀性，提高了物探編錄工作的效率［6］。

1 輔助軟件的開發(fā)

1.1 功能需求分析

對(duì)地表探礦工程放射性測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，通過(guò)需求分析確定輔助軟件的總體功能概貌，進(jìn)行系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)［7］，采用計(jì)算機(jī)VB 語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫，形成軟件可視化操作界面，對(duì)放射性測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

輔助軟件基于Visaual Basic 6.0 語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，對(duì)地表工程放射性測(cè)量數(shù)據(jù)（測(cè)點(diǎn)信息包含導(dǎo)線號(hào)、導(dǎo)線長(zhǎng)度、坡度角、基線位置和基線距離等信息）進(jìn)行處理，程序流程如圖1 所示，主要包含：①數(shù)據(jù)讀入；②判斷測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)類型；③成圖數(shù)據(jù)計(jì)算；④邊界文件數(shù)據(jù)提取；⑤數(shù)據(jù)保存及輸出五個(gè)步驟。

1.2 計(jì)算公式理論

地表探礦工程有涉及壁和底兩種數(shù)據(jù)類型（圖2），其成圖位置及計(jì)算方法不同，輔助軟件設(shè)計(jì)了兩個(gè)模塊對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理［8］，通過(guò)對(duì)圖2 測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)推導(dǎo)，求得了理論計(jì)算公式（公式1、公式2）：

圖1 輔助軟件數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.1 Data processing flow chart of auxiliary software

圖2 槽探工程放射性測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)圖Fig.2 Station layout of radioactive survey in trenching engineering

壁：

式中：X 為平面坐標(biāo)X 軸距離；Y 為平面坐標(biāo)Y 軸距離；Z 為測(cè)量值；n 為測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線號(hào)，命名為第n 導(dǎo)；Li為第i 號(hào)導(dǎo)線長(zhǎng)度；Jn為測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n 號(hào)導(dǎo)線基線位置；Kn為測(cè)量點(diǎn)與第n 號(hào)導(dǎo)線基線位置的鉛垂距離，且基線上側(cè)為正，基線下側(cè)為負(fù)；i 為第i 號(hào)導(dǎo)線坡度角，且仰視角為正，俯視角為負(fù)。

底：

圖3 輔助軟件主界面示意圖Fig.3 Main interface of auxiliary software

式中：X 為平面坐標(biāo)X 軸距離；Y 為平面坐標(biāo)Y 軸距離；Z 為測(cè)量值；n 為測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線號(hào)，命名為第n 導(dǎo)；Li為第i 號(hào)導(dǎo)線長(zhǎng)度；Jn為測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n 號(hào)導(dǎo)線基線位置；Kn為測(cè)量點(diǎn)與第n 號(hào)導(dǎo)線基線位置的水平距離，且基線左側(cè)為正，基線右側(cè)為負(fù)；i 為第i號(hào)導(dǎo)線坡度角，且仰視角為正，俯視角為負(fù)。

1.3 軟件功能概貌

經(jīng)程序封裝，形成的輔助軟件操作界面如圖3 所示，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后形成如圖4 所示的數(shù)據(jù)文件，主要包含壁的成圖數(shù)據(jù)與邊界文件數(shù)據(jù)，底的成圖數(shù)據(jù)與邊界文件。

2 應(yīng)用實(shí)踐

2.1 地表探礦工程放射性測(cè)量方法

在設(shè)置好基點(diǎn)及基線的地表工程基礎(chǔ)上，按照規(guī)范要求根據(jù)布設(shè)的測(cè)網(wǎng)逐點(diǎn)進(jìn)行放射性測(cè)量［1］。出現(xiàn)以下情況時(shí)應(yīng)加密測(cè)量：

1）當(dāng)工程礦化情況復(fù)雜時(shí)，易出現(xiàn)壁與底的礦化信息不匹配現(xiàn)象。為解決此問(wèn)題，測(cè)量過(guò)程采用交接面加密測(cè)點(diǎn)的控制方法，即測(cè)量不滿足網(wǎng)度間距時(shí)，應(yīng)增加邊界測(cè)點(diǎn)，且應(yīng)滿足壁最底下的測(cè)點(diǎn)與底最左邊測(cè)點(diǎn)為同一測(cè)點(diǎn)，測(cè)量記錄時(shí)兩者測(cè)量值應(yīng)相同，此方法圖示見圖5。

圖4 數(shù)據(jù)成果文件示意圖Fig.4 Schematic interface of outcome data document

圖5 壁底交接線測(cè)點(diǎn)測(cè)量示意圖Fig.5 Schematic diagram of measurement station of wall-floor conjunction line

2）當(dāng)工程邊界不規(guī)則時(shí)，將出現(xiàn)SURFER 軟件網(wǎng)格化圖件與實(shí)際探礦工程邊框不符的現(xiàn)象。因利用SURFER 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化輸出圖形為一規(guī)則矩形，若輸出圖件范圍大于實(shí)測(cè)范圍，需要對(duì)其邊界文件數(shù)據(jù)進(jìn)行“白化” 裁邊處理［9］。針對(duì)此問(wèn)題，作者開發(fā)的輔助軟件設(shè)計(jì)了邊界文件數(shù)據(jù)提取的功能模塊，其功能主要是針對(duì)成圖數(shù)據(jù)進(jìn)行位置坐標(biāo)Y 值大小的判斷，提取文件中同一基線坐標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的Y 值最大和最小的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，最終形成一個(gè)有次序的封閉邊框數(shù)據(jù)。但其前提需要較密集的邊框測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此，邊界不規(guī)則的工程應(yīng)對(duì)邊框加密測(cè)量。

2.2 測(cè)量數(shù)據(jù)記錄格式

經(jīng)對(duì)不同地表探礦工程的放射性數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄試驗(yàn)，為使數(shù)據(jù)較為有序、規(guī)范，同時(shí)便于軟件對(duì)數(shù)據(jù)的讀入、計(jì)算，設(shè)計(jì)出如下記錄表（表1）。試驗(yàn)證明，此表讀取、核查數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單、方便，可作為地表放射性編錄數(shù)據(jù)的原始資料，統(tǒng)一測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄格式。

2.3 自動(dòng)化成圖實(shí)現(xiàn)步驟

1）按數(shù)據(jù)記錄格式錄入Excel 文件中，其中壁類型數(shù)據(jù)錄入sheet1 中，底類型數(shù)據(jù)錄入sheet2 中；

2）利用輔助軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：選擇數(shù)據(jù)類型，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后保存數(shù)據(jù)；

3）利用Surfer 軟件進(jìn)行網(wǎng)格化數(shù)據(jù)處理，形成等值線圖，輸出DXF 圖形文件；

4）利用Mapgis 軟件讀取DXF 圖形文件，把邊框文件、圖名、圖例等注釋文件添加合并，即可輸出電子化圖件；

5）選用合適大小的硫酸紙打印圖件。

3 成果圖件對(duì)比驗(yàn)證

圖6、圖8 為傳統(tǒng)探槽、坑道放射性測(cè)量手工素描成果圖件，圖7、圖9 為自動(dòng)化成果圖件（由于圖件范圍較大，局部細(xì)節(jié)無(wú)法清晰展示），通過(guò)對(duì)比可知，兩者均展示了該工程的礦化成果信息，測(cè)點(diǎn)的標(biāo)注位置、礦化信息均相同。經(jīng)大量地表探礦工程驗(yàn)證，此放射性數(shù)據(jù)自動(dòng)化成圖方法可行，經(jīng)輔助軟件數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，利用Surfer 軟件網(wǎng)格化處理獲得等值線成果圖件，進(jìn)而匹配Mapgis軟件輸出成果圖件，并能準(zhǔn)確標(biāo)注礦化信息，實(shí)現(xiàn)了軟件預(yù)期成果功能。

其優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：1）自動(dòng)化成圖方法工作效率更高，不需要手工標(biāo)示測(cè)點(diǎn)、測(cè)量值及著色等耗時(shí)步驟，尤其是針對(duì)工作量大、礦化復(fù)雜的工程可節(jié)約多倍時(shí)間；2）自動(dòng)化成圖方法可直接生成Mapgis 成果圖件，無(wú)需再通過(guò)Mapgis 軟件進(jìn)行掃描圖件的矢量化；3）自動(dòng)化成果圖件里的測(cè)點(diǎn)位置精度、標(biāo)注的清晰度普遍高于手工素描成果圖；4）自動(dòng)化成果圖件的等值線圖為Surfer 軟件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)插值方法網(wǎng)格化處理，其等值線繪制一般比手工描繪的更準(zhǔn)確；5）自動(dòng)化成果圖件可批量化成圖，圖例、比例尺、標(biāo)尺等信息可重復(fù)利用；6）自動(dòng)化成果圖件可同時(shí)保存紙質(zhì)和電子化圖件。

表1 地表探礦工程放射性編錄記錄表范例Table 1 Example of radioactive recording table of surface prospecting engineering

圖6 槽探工程放射性編錄手工素描圖Fig.6 A manual sketch of radioactive logging in trenching engineering

圖7 槽探工程放射性編錄自動(dòng)化成果圖Fig.7 Automatic edit outcome chart of radioactive logging in trenching engineering

4 結(jié)語(yǔ)

圖8 坑道工程放射性編錄手工素描圖Fig.8 A manual sketch of radioactive logging in tunnel engineering

圖9 坑道工程放射性編錄自動(dòng)化成果圖Fig.9 Automatic mapping results of radioactive logging in tunnel engineering

通過(guò)對(duì)放射性測(cè)量自動(dòng)化成圖的研究，形成了標(biāo)準(zhǔn)的電子化成果圖件，實(shí)現(xiàn)了鈾礦勘查中地表探礦工程成果的信息化管理。此方法在地表探礦工程放射性編錄資料質(zhì)量及成果圖件上取得了較好的應(yīng)用效果：1）在地表探礦工程放射性測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量、整理工作中，形成了規(guī)范、有序的數(shù)據(jù)記錄格式；2）開發(fā)的輔助軟件能直接對(duì)記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)錄入工作量；3）取代了手工繪圖及Mapgis 軟件圖件矢量化的步驟，實(shí)現(xiàn)了測(cè)點(diǎn)位置及礦化信息的標(biāo)示；4）匹配Mapgis 繪制的地質(zhì)編錄圖，實(shí)現(xiàn)了地表探礦工程成果的信息化。為地表探礦工程放射性編錄工作帶來(lái)極大的便利，進(jìn)一步提升了成果圖件的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化，提高了物探編錄的工作效率。