用EXCEL和AUTOCAD实现井下巷道实测图的数字化

[摘要]本文就巷道实测图数字化问题从前提条件、设计思路、公式推理、具体实现过程等几个方面进行了详细地叙述，最后谈了一下自己的体会和心得。

[关键字]AUTOCAD EXCEL 巷道实测 数字化 坐标

[中图分类号] P231.5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-151-2

1 前言

随着计算机科学技术的不断进步，数字化技术逐渐成为全球各行各业的发展趋势。作为地下矿山的主要组成部分，井巷工程自始至终贯穿于矿山的开发活动中。因此井巷工程的设计与管理具有较长的时效性及多变性，使井巷工程数字化不仅可使矿山的开采活动数字化，及时、准确地记录井巷工程的变迁，而且可使人们从传统的大量数据及繁重手工劳动中解脱出来，提高矿山的管理水平及工作效率。

其中巷道实测图的绘制是其中一项较大的任务，以前我们通常是先把设计坐标以及巷道中线绘制在方格网上，而后把每个月测量数据手绘到此图上。通常我们所用的绘制图纸是透明纸，采用铅笔绘制。时间一长，图纸会受潮而变形，且易磨损，笔迹也会变淡。多次的描绘过程中必然会产生误差。同时笔迹的粗细不同也同样产生误差。有时这些小误差积累起来，在特定的环境中就会变成不可避免的错误。

为了提高巷道实测图的精度，延长资料的有效保存时间，减少测量技术人员的不必要工作量，也为测量技术人员提供更方便快捷的室内工作方法，我和我的同事用OFFICE工具EXCEL和AUTOCAD实现了巷道实测的数字化。

2 实现数字化的前提条件：

①一台配置较高的电脑，装有EXCEL和AUTOCAD（最好带有CASS软件）工具。

②有实测水平的井巷设计图。

3 设计思路：

在CAD中绘制图形要有相应的相对位置关系或者坐标信息。如果采取相对位置的话，作图方法比较繁琐，因此采取后一种思路。在设计图纸中可以轻松获得大巷中心线与巷道中心线的交点坐标，以及各巷道中心线的设计方位或者夹角，我们可以利用简单的几何知识将我们实测巷道的数据转换为坐标信息。一旦掌握了实测坐标，我们在CAD中就可以实现绘图。因此，把实测转换为数字化的思路就是把测量的数据转换为坐标信息，直接绘制曲线连接即可。

4 获得实测坐标信息的公式推导：

巷道实测示意图如下：

备注：

a.设计图的坐标系统为测量坐标系。XA代表纵坐标，YA代表横坐标。

b.我矿井下巷道实测的方法采用支距法，即以巷道中心线为方向线，选取特征的边帮，读出支距的长度和支点两边的垂距。见上图：以AE为方向线，A点距离为0，在B点读数，用皮尺量取；L1和L2用2M标尺量取。依次量取C，D，L3，L4，L5，L6，AE（到掌子头的总长）。

已知信息：中心交点坐标A（XA，YA）可以从设计获得，也可从图中直接查询。

巷道中心线的方位角α或者与东方向的夹角θ，其中α可以从设计信息获得，也可从CASS中直接查询；CAD中可以查询夹角θ。两者之间的转换关系为：θ = 270 – α 。

其它已知条件为实测数据，AB，L1，L2等等。

我们需要求得的信息，1，2，3，4，5，6等的坐标。

我们选取其中的一个单元：

①求得B点的坐标：

XB = XA + Lsinθ；YB = YA + Lcosθ

②求得1，4点的坐标：

X1 = XB + L1sinθ = XA + Lsinθ + L1sinθ；Y1 = YB - L1cosθ = YA + Lcosθ - L1cosθ；X4 = XB – L2sinθ = XA + Lsinθ – L2sinθ；Y4 = YB + L2cosθ = YA + Lcosθ + L2cosθ

照此方法可以求得其它各点的坐标，我们完成了实测数据的坐标化。如果把其中的θ变为α，上列公式可以转换 简化为：

X1 = XA + Lsinα - L1cosα Y1 = YA + Lcosα + L1sinα

X4 = XA + Lsinα - L2sinθ Y4 = YA + Lcosα - L2sinα

5 实现过程：

①EXCEL的公式编制。

在EXCEL中建立如下的表格：

点击“左坐标值”下的表格，在公式编辑栏中编辑：

fx=TRUNC（SIN（RADIANS（D4-90））*F4+SIN（RADIANS（D4））*E4+B4，3）&"，"&TRUNC（COS（RADIANS（D4-90））*F4+COS（RADIANS（D4））*E4+C4，3）；

点击“右坐标值”下的表格，在公式编辑栏中编辑：

fx=TRUNC（SIN（RADIANS（90+D4））*G4+SIN（RADIANS（D4））*E4+B4，3）&"，"&TRUNC（COS（RADIANS（90+D4））*G4+COS（RADIANS（D4））*E4+C4，3）。

输入已知信息，一般是一条巷道一条巷道的输入，直接拖拉坐标值显示在表格中。

②在AUTOCAD中绘图实现。

在AUTOCAD中选取样条曲线，复制左坐标值，粘贴到命令行中，回车，巷道的一边就绘制出来了；再复制右坐标值，同样方法巷道的另一边也出来了；之后用圆滑的曲线封闭。

6 体会和心得：

巷道实测数字化的过程通过简单的公式推理，用EXCEL和AUTOCAD工具结合实现数字化。数字化看似复杂的一个过程，结果用工具简单的结合简单的实现了。因此在以后的测量作业中，我们要善于利于现代工具如计算机中的软件简化测量内业的处理，提高我们的工作效率。

使用上述方法实现巷道数字化中有一些需要注意和改进的地方：

①巷道设计图纸必须是原稿，不能胡乱修改。

②巷道的交点坐标和巷道中心线的方位角不能搞错，确保原始数据的正确性和对应性。

③在CAD中绘图中，有巷道开口或者切割的为止应该分开画。巷道掌子面可以直接用总长度确定，之后用圆滑曲线连接。因为每个月巷道进尺都有变化，可每月标注长度，等到巷道掘进完成后用圆滑曲线封闭。