利用Surfer8.0绘制瓦斯含量等值线图

摘 要：瓦斯含量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有很好的参考价值。文章利用等值线绘制工具surfer8.0绘制瓦斯含量等值线图，主要对Surfer8.0的使用方法和应用经验做了总结。与以前手工绘制等值线相比，利用Surfer绘制瓦斯含量等值线图，只需根据煤矿井上、井下对照图，通过对取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分析，并可对生成的图形作进行编辑。简便快捷且制图精确，大大提高了工作效率。

关键词：Surfer8.0；瓦斯含量；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）的软件，它的主要功能是绘制等值线图（contourmap），此外它还可以绘制postmap、vectormap、imagemap、3d surface map等形式的图形，并且它还具有各种插值功能，界面操作简单，绘制的等值线图准确美观，速度快，可任意填充颜色，可用多种格式导出图形[1-2]。因此在矿业、地质、测绘、水利等领域都有较广泛的应用。利用该软件绘制煤层瓦斯含量等值线图，准确快捷。煤矿做瓦斯突出鉴定的过程中，准确的掌握井田范围内瓦斯含量的变化趋势对瓦斯涌出量预测很有指导意义。现以山西某煤矿8号煤层瓦斯含量等值线绘制为例，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建立数据库，尽量保证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，保证合适的数据数量至关重要。

2 绘制等值线图

绘制等值线图首先需要通过数据功能把数据文件转化成网格文件，具体操作过程为：启动 Surfer8.0 程序，从网格菜单中选择数据命令，选择数据文件，点击打开出现网格化数据对话框。由于Surfer软件中用的是数学坐标系，矿山上用的是高斯直角坐标系，因此在这里X数据列要选择高斯直角坐标系的Y列，这里的Y数据列要选择高斯直角坐标系的X列，Z列选择瓦斯含量数据。如果是多列数据，Z列可以选择需要的数据。

网格化方法的选择有很多种，当空间连续性变化的属性非常不规则时一般用“克里格”插值法，如煤厚线图、瓦斯含量等值线图、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比较均匀时一般用“反距离加权”插值法，如煤层底板等高线图、等水位线图等。不管使用哪种插值方法，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精确。“克里格”插值法是目前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，是以变异函数理论和结构分析为基础，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。其实质是利用区域化变量的原始数据和变异函数的结构特点，对未知样点进行线性无偏、最优估计。也就是说，克里格方法是根据未知样点有限邻域内的若干已知样本点数据，在考虑了样本点的形状、大小和空间方位，与未知样点的相互空间位置关系，以及变异函数提供的结构信息之后，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，反距离权插值方法只考虑已知样本点与未知样点的距离远近， 而克里格方法不仅考虑距离，而且通过变异函数和结构分析，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]。根据需要设置其余参数，单击“确认”按钮，可以得到一个.grd格式的网格文件。

生成网格文件之后的第二步是利用网格文件绘制等值线图。具体操作为：在Surfer中选择地图等值线图新建等值线图，出现打开网格对话框，选择并打开刚才得到的.grd 文件，surfer界面会出现整个坐标范围内的等值线图，到此瓦斯含量等值线图初步形成。

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，横纵坐标是根据提供的数据文件选取最大值和最小值作为边界。然而大多数井田的划分在许多自然因素的影响下并不是规则的四边形，因此还需要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修改。

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，坐标数据从上往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文件菜单栏里打开，找到边界坐标文件选择并打开。出现和EXCEL文件类似的界面，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，选择并打开前面生成的.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分。根据所绘制的煤层瓦斯含量等值线图的实际情况，双击或者右键属性生成的矿井瓦斯含量等值线图，在弹出的属性框中可以添加或者删除等值线，调整标注的位置，添加背景颜色，更改坐标轴属性等。

3.2输出等值线图

等值线绘制、修改完善后，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，把该图复制到矿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，得到最终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，避免人工制图时造成的误差。本文以绘制煤层瓦斯含量等值线图为例，介绍了Surfer8.0的应用方法，从而为该软件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法[J].工程地球物理学报，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，在读硕士，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。