具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的自动绘制工程地质柱状图的方法作详细描述。
如图2所示,本发明的自动绘制工程地质柱状图的方法,包括如下步骤:
利用非线性规划原理,计算在满足预设条件下各个地层的工程地质描述文字在图纸中的最优化位置的高度坐标;
根据所述高度坐标将所述各个地层的工程地质描述文字绘制在所述图纸上。
在采用现有行业软件生成的工程地质柱状图的基础上,再通过本发明的自动绘制工程地质柱状图的方法对工程地质描述文字的布局进行调整,即可实现全程自动绘制工程地质描述文字分布合理、规范、整齐的工程地质柱状图,无需人工对图件进行后期的手动处理。
在一实施例中,对于所述计算在满足预设条件下各个地层的工程地质描述文字在图纸中的最优化位置的高度坐标的方法,包括如下步骤:
首先根据工程地质描述文字在图纸上所占的高度值和预设条件建立关于各个地层的工程地质描述文字在图纸中的最优化位置的高度坐标的目标函数和约束条件,其中,所述高度值为所有地层的工程地质描述文字在岩性描述栏的所占的高度值,根据该高度值和预设条件建立非线性规划问题。
然后计算所述目标函数在满足所述约束条件下的全局最优解,通过求解最优解,以确定各个地层的工程地质描述文字所占的最优的高度,实现工程地质描述文字的优化布局。
为了实现优化布局工程地质描述文字,作为一个实施例,可以针对于工程地质描述文字预设以下条件:
(a)工程地质描述文字的顶部坐标接近地层的层顶坐标;该条件限定了岩性描述栏的空间能够得到充分利用。
(b)工程地质描述文字的坐标范围之间不重叠;该条件限定了工程地质描述文字在岩性描述栏的范围不会出现重叠。
(c)工程地质描述文字的排列顺序与地层的排列顺序一致;该条件限定了工程地质描述文字的范围贴近与之相应的地层的位置。
(d)工程地质描述文字的绘制范围不超过图框的限界;该条件限定了工程地质描述文字在岩性描述栏的高度值。
在预设上述条件,可以根据本专利使用者的实际情况而定,预设合理的条件,可以充分利用图纸的布局空间,同时也保证了绘制的工程地质柱状图完整地显示。
作为一个实施例,所述建立的目标函数为:
所述约束条件为:
其中,xi为第i层地层的工程地质描述文字在图纸中的高度坐标;di为第i层地层的层顶坐标,hi为第i层工程地质描述文字的高度值,H为工程地质描述文字在图纸上所占的高度值。
通过将预设条件转化为非线性规划问题对应的目标函数和约束条件,建立上述的非线性规划计算模型,再将关于工程地质描述文字的参数代入上述非线性规划计算模型计算出全局最优解,该最优解的xi取值集合即为相应的地层的高度坐标。
作为一个实施例,上述建立非线性规划问题的过程可以通过以下方式实现,如图3所示,针对预设条件(a),虚拟在各地层的层顶和各层的工程地质描述文字之间有一根弹性系数为k连接的弹簧连接,整场的弹性势能为公式(1),则工程地质描述文字的最优分布是整场的弹性势能最小时的解:
式中,k是连接描述文字与地层顶之间的虚拟的弹簧的弹性系数;由于目的是求minf(x)时的最优解,即整场的弹性势能最小,所以k对最优解没有影响,令k=2时,则上式可以化为:
以上实现了预设条件(a)的转化,公式(2)是非线性规划的目标函数;下面将其余三条规则转化为上述公式(2)的约束条件。
由于各个地层的工程地质描述文字之间不重叠且先后顺序应与地层的先后顺序相一致,则预设条件(b)、(c)可以转化为以下的约束条件:
xi+1≥xi+hi (3)
其中,xi为第i层地层的工程地质描述文字在图纸中的高度坐标,hi为第i层工程地质描述文字的高度值。
由于各层工程地质描述文字的不超过图框的限界,则预设条件(d)可以转化为以下的约束条件:
0≤xi≤H (4)
然后将以上公式(2)(3)(4)集合起来即可构成一个非线性规划问题:
(5)
在一实施例中,如图4所示,本发明的自动绘制工程地质柱状图的方法可以通过编制的AutoCAD程序来实现,在计算工程地质描述文字在图纸上所占的高度坐标前,可以首先通过AutoCAD程序从数据库中读取各个地层的钻孔的岩芯描述信息,将所述岩芯描述信息生成工程地质描述文字。
通过生成工程地质描述文字,即可确定在预设的岩性描述栏宽度下,工程地质描述文字在图纸上所占的高度值(H)。
另外,在计算工程地质描述文字在图纸上所占的高度坐标前,还可以通过AutoCAD程序从所述数据库中读取各个地层的钻孔的相关信息,将其依据预设的比例尺转换为图纸中的尺寸,然后将所述相关信息绘制在工程地质柱状图的对应位置上。其中,所述相关信息包括:地层编号、类型、深度、厚度、采取率、RQD、标准贯入试验数据和/或采样数据。
对于一张完整的工程地质柱状图来说,需要绘制的内容包括钻孔的各个地层的相关信息以及岩芯描述信息,可以通过AutoCAD程序从数据库中读取各个地层的钻孔的相关信息,在已生成的工程地质柱状图的基础上再通过本发明的技术对工程地质描述文字进行重新描述,同时,也可以不分先后顺序地分别在图纸上绘制钻孔各个地层的相关信息以及工程地质描述文字。
为了更加清晰本发明的自动绘制工程地质柱状图的方法,下面结合附图阐述本发明的一个应用实例。
假设在工程工地采用钻机进行钻探作业,得到编号为BS102钻孔的工程地质信息的工程地质柱状图。采用业内常用的工程地质数据库管理信息系统软件建立钻孔数据库并录入BS102钻孔数据,钻孔数据包括钻孔坐标、分层信息、土层信息以及室内和原位试验信息等反映在工程地质柱状图上的相关信息。
其中,分层信息包括土层编号、层底深度等;土层信息包括地质时代、地质成因、土层名称、颜色、工程地质描述、湿度、可塑性、风化程度、破碎程度等。
步骤一,通过基于本发明的自动绘制工程地质柱状图的方法编制的通过AutoCAD程序从数据库中读取各个地层的钻孔的相关信息和岩芯描述信息,将岩芯描述信息生成工程地质描述文字,将钻孔的相关信息转换为图纸中的尺寸,并绘制在工程地质柱状图的对应位置上。
对于各个地层钻孔的相关信息中的深度、厚度,具体是根据预设的比例尺,将钻孔的深度和各个地层的厚度依据比例尺关系分布在相应的图纸上,例如采用比例尺为1∶100时,BS102有44.30m,计算可得0.00~20.00m(采用A4标准图框时,高度一般为200mm)范围的地层分布于第一页中,20.00~40.00m范围地层分布于第二页中,40.00~44.30m范围内地层分布在第三页中,各页中分布的地层的厚度按其实际比例进行绘制。
步骤二,计算各个地层的工程地质描述文字在图纸中的最优化位置的高度坐标xi;以BS102的第二页为例,假设该页共分布有7个地层分别为粗砂④3、全风化花岗岩⑧1、强风化花岗岩⑧2、微风化花岗岩⑧4、强风化花岗岩⑧2、微风化花岗岩⑧4、中等风化石英岩⑩3,假设对应的地层层顶在图纸中深度坐标di为0、15、33、91、125、142、170,对应各层的工程地质描述文字的高度hi为8.7、12.8、13.4、27.4、17.5、36.8、22.7。
将上述参数代入公式(5)可得到如下计算优化目标公式:
(6)
相应的约束条件的公式为:
依据非线性规划原理计算上述公式,在有限次的迭代运算中得到xi的全局最优解为:
步骤三,根据上述xi的解将各个地层的工程地质描述文字绘制在所述图纸上,最终绘制的工程地质钻孔柱状图,如图5所示,实现了工程地质描述文字分布合理、规范、整齐。
另外,由于图5所示的工程地质钻孔柱状图是一种理想化情况,该图纸上,所有岩性描述栏的范围刚好绘制所有的工程地质描述文字,若出现工程地质描述文字超过岩性描述栏的范围时,则仍然采用业内常用的方式,将最后一个地层的超过部分工程地质描述文字绘制在另外一张空白图纸上。
下面结合附图和实施例对本发明的自动绘制工程地质柱状图的系统作详细描述。
如图6所示,本发明的自动绘制工程地质柱状图的系统,包括:
高度坐标计算单元,用于利用非线性规划原理,计算在满足预设条件下各个地层的工程地质描述文字在图纸中的最优化位置的高度坐标;
描述文字绘制单元,用于根据所述高度坐标将所述各个地层的工程地质描述文字绘制在所述图纸上。
在采用现有行业软件生成的工程地质柱状图的基础上,再通过本发明的自动绘制工程地质柱状图的系统对工程地质描述文字的布局进行调整,即可实现全程自动绘制工程地质描述文字分布合理、规范、整齐的工程地质柱状图,无需人工对图件进行后期的手动处理。
如图7所示,作为一个实施例,所述高度坐标计算单元进一步包括:计算模型建立模块和最优解计算模块;
其中,所述计算模型建立模块用于根据工程地质描述文字在图纸上所占的高度值和预设条件建立关于各个地层的工程地质描述文字在图纸中的最优化位置的高度坐标的目标函数和约束条件;所述最优解计算模块用于计算所述目标函数在满足所述约束条件下的全局最优解。
作为一个实施例,可以针对于工程地质描述文字预设以下条件:
(a)工程地质描述文字的顶部坐标接近地层的层顶坐标;该条件限定了岩性描述栏的空间能够得到充分利用。
(b)工程地质描述文字的坐标范围之间不重叠;该条件限定了工程地质描述文字在岩性描述栏的范围不会出现重叠。
(c)工程地质描述文字的排列顺序与地层的排列顺序一致;该条件限定了工程地质描述文字的范围贴近与之相应的地层的位置。
(d)工程地质描述文字的绘制范围不超过图框的限界;该条件限定了工程地质描述文字在岩性描述栏的高度值。
在预设上述条件,可以根据本专利使用者的实际情况而定,预设合理的条件,可以充分利用图纸的布局空间,同时也保证了绘制的工程地质柱状图完整地显示。
作为一个实施例,所述建立的目标函数为:
所述约束条件为:
其中,xi为第i层地层的工程地质描述文字在图纸中的高度坐标;di为第i层地层的层顶坐标,hi为第i层工程地质描述文字的高度值,H为工程地质描述文字在图纸上所占的高度值。
在一实施例中,本发明的自动绘制工程地质柱状图的系统,还包括连接在所述高度坐标计算单元前的描述文字生成单元;
该描述文字生成单元用于通过AutoCAD程序从数据库中读取各个地层的钻孔的岩芯描述信息,将所述岩芯描述信息生成工程地质描述文字。
通过生成工程地质描述文字,即可确定在预设的岩性描述栏宽度下,工程地质描述文字在图纸上所占的高度值(H)。
在一实施例中,本发明的自动绘制工程地质柱状图的系统,还包括连接在所述高度坐标计算单元前的相关信息绘制单元;
该相关信息绘制单元用于通过所述AutoCAD程序从所述数据库中读取各个地层的钻孔的相关信息,将其依据预设的比例尺转换为图纸中的尺寸,然后将所述相关信息绘制在工程地质柱状图的对应位置上;
其中,所述相关信息包括:地层编号、类型、深度、厚度、采取率、RQD、标准贯入试验数据和/或采样数据。
对于一张完整的工程地质柱状图来说,需要绘制的内容包括钻孔的各个地层的相关信息以及岩芯描述信息,可以分别通过描述文字生成单元生成工程地质描述文字和通过相关信息绘制单元在图纸上绘制钻孔各个地层的相关信息。
经过测试,假设勘察钻孔是工程地质柱状图超过1000张,按常规软件如理正进行后人工调整柱状图中文字超出部分,每张图修改一次至少需要30s,总计至少7~8小时,若采用本发明的技术,生成时间与其它软件速度相近,但后期无需任何的人工处理。
以上所述的本发明实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。