SURFER在地学中应用课件.ppt

Surfer在地学中的应用,软件简介 软件绘图方法,等值线图(Contour Map) 粘贴图(Post Map) 线框图(Wireframe Map) 表面图(Surface Map) 影像图(Image Map) 渐变地形图(Shaded Relief Map) 矢量图(Vector Map) 基面图(Base Map),Surfer软件讲授内容：,What is Surfer Surfer 是由Golden Software Inc.开发的，是绘制等值线图及地质常用图形的专门软件。 常用版本： 7.0；8.0 运行环境： Windows 98 以上 How does Surfer work 软件本身带有电子表格，它能对原始数据进行全面的处理，比如能对原始数据进行统计、排序、数据格式调整以及对列进行计算等等，其操作与MS Excel类似。 能对格网化后的数据进行圆滑、函数计算、转换及进行残差分析。 能形象地以三维形式显示立体表面，并能自由旋转和进行体积（土方）计算。,软件绘图方法,等值线图 粘贴图 线框图 加载底图,等值线图的生成过程,等值线图可以表现地质变量在空间上的分布规律。已知平面区域的一系列给定位置点，每个位置点有一个相连的测量值或属性值。对平面区域网格化。根据离散点的值，利用某种数学模型，插值确定给定网格节点的值。绘制等值线。,什么是插值方法,假设某地区每隔10年进行一次人口普查，自1930年至1990年的统计结果如下：,通过上述数据的观察，人们希望能够估计出这六十年间任何一年（例如1965年）的人口总数，或者预测2000年该地区的人口数量，插值方法就可以用于解决这类问题。插值方法常用一个较简单的数学函数逼近一个复杂的未知函数，从而达到对位置点函数的预测作用。,Surfer中的插值方法,克里金 （Kriging） 反距离权重（Inverse Distance Power) 最小曲率 （Minimum Curvature) 普通邻点（Natural Neighbor） 最近邻点 (Nearest Neighbor ) 径向基函数（Radiul Basis Function） 多项式回归（Polynormial Regress） 修订谢别德 (Modified Shepard) 三角形线性插值（Triangulation with Linear Interpolation ）,1、反距离权重法,反距离权重网格化方法是一种加权平均插值法，可以进行确切的或者圆滑的方式插值。方次参数控制着权系数如何随着离开一个格网结点距离的增加而下降。对于一个较大的方次，较近的数据点被给定一个较高的权重份额，对于一个较小的方次，权重比较均匀地分配给各数据点。反距离权重法的特征之一是要在格网区域内产生围绕观测点位置的“牛眼”。用距离倒数格网化时可以指定一个圆滑参数。大于零的圆滑参数保证，对于一个特定的结点，没有哪个观测点被赋予全部的权值，即使观测点与该结点重合也是如此。圆滑参数通过修匀已被插值的格网来降低“牛眼”的影响。,2、克里金法,一种进行插值估计的方法，他提供的是地质变量在一个区域内的平均值的最佳估计量，即最优（估计方差最小）、无偏的（估计误差的数学期望为零）估计。利用变异函数模型提供的空间结构信息，通过求解克里金方程组计算局部估计的加权因子，进行加权线性估计。Kringing经过插值圆滑，能够较好的体现出空间变量的总体分布趋势。,3、最小曲率法,最小曲率法广泛用于地球科学。用最小曲率法生成的插值面类似于一个通过各个数据值的，具有最小弯曲量的长条形薄弹性片。最小曲率法，试图在尽可能严格地尊重数据的同时，生成尽可能圆滑的曲面。 使用最小曲率法时要涉及到两个参数：最大残差参数和最大迭代次数参数来控制最小曲率的收敛标准。,4、最近邻居法,最近邻居网格化方法对节点所赋的值等于最邻近数据点的值。,5、多元回归法,多元回归被用来确定数据的大规模趋势和图案，可以用几个选项来确定需要的趋势面类型。多元回归实际上不是插值器，因为它并不试图预测未知的 Z 值，它实际是一个趋势面分析做图程序。使用多元回归法时要涉及到曲面定义和指定XY的最高方次设置，曲面定义是选择采用的数据的多项式类型，这些类型分别是简单平面、双线性鞍、二次曲面、三次曲面和用户定义的多项式。参数设置是指定多项式方程中 X 和 Y组元的最高方次 。,6、径向基函数法,径向基函数法是多个数据插值方法的组合。根据适应数据和生成一个圆滑曲面的能力，其中的复二次函数被许多人认为是最好的方法。所有径向基函数法都是准确的插值器，它们都要为尊重数据而努力。为了试图生成一个更圆滑的曲面，对所有这些方法都可以引入一个圆滑系数。可以指定的函数类似于克里金中的变异函数。当对一个格网结点插值时，这些函数给数据点规定了一套最佳权重。,7、谢别德法,谢别德法使用距离倒数加权的最小二乘方的方法。因此，它与距离倒数乘方插值器相似，但它利用了局部最小二乘法来消除或减少所生成等值线的“牛眼”外观。谢别德法可以是一个准确或圆滑插值器。 在用谢别德法作为格网化方法时要涉及到圆滑参数的设置。圆滑参数是使谢别德法能够象一个圆滑插值器那样工作。当增加圆滑参数的值时，圆滑的效果越好。,8、三角网插值,三角网插值是一种严密的插值，它的工作路线与手工绘制等值线相近。这种方法是通过在数据点之间连线以建立起若干个三角形来工作的。原始数据点的连结方法遵循这样的规则：所有三角形的边都不能与另外的三角形相交。其结果构成了一张覆盖格网范围的，由三角形拼接起来的网。 每一个三角形定义了一个覆盖该三角形内格网结点的面。三角形的倾斜和标高由定义这个三角形的三个原始数据点确定。给定三角形内的全部结点都要受到该三角形的表面的限制。因为原始数据点被用来定义各个三角形，所以数据是很受到尊重的。,9、普通邻点法,Surfer7中新增加一种相邻点加权平均的内插算法，权重与borrowed区成正比，不能外推。,绘制等值线图的步骤,数据准备 Surfer支持多种数据格式： 文本文件格式： *.txt Golden 软件数据文件格式 *.dat, Excel: *.xls Lotus工作表：*.wks需要三列数据，前两列为x,y 坐标，第三列为变量值 操作：执行菜单命令 GridData，弹出 Open Data 对话框选择要使用的文件点击0K，弹出离散数据插值对话框，选择要使用的数据集、网格化方法和要输出的网格数据文件名（*.grd文本格式和二进制格式)MapContour MapNew Contour Map,等值线图属性 常规（Option）1. Fill Contour 选择是否对等值线进行填充，若选中则可用不同的色阶表示各个等值区，在分级菜单中的填充命令有效。2. Color Scale 选中则在图右侧显示等值线填充色阶图例。 3. Smoothing 选择是否对等值线进行数据平滑处理，有低、中、高三种选择，选高的则等值线比较平滑。 4. Blanked Regions 对经过Blank处理的*.GRD文件空白区的填充和边线属性进行设置。,等值线图属性 等级（Levels）1. Level等值线整体分级。双击Level键，可对其整体修改。等级：双击分级值，可直接对其进行修改（最大值、最小值、间距）。 Add按钮：是在选定的等值线与上一条等值线之间上加一条中间值等值线。 Delete按钮：可对选定的等值线进行删除。 2. Line等值线属性设置。双击Line键，可对其进行整体修改。双击某等值线，可直接对其进行修改。 线条样式 线条颜色 线条宽度 属性：统一/渐变,等值线图属性 等级（Levels） 3. Fill填充属性设置。在Fill对话框内，可以很方便地对填充颜色、花纹进行设置，以满足彩色或黑白图的不同要求。花纹样式 花纹颜色 花纹底色 在对前景或背景色进行设置时，激活Color Spectrum窗口，可以用内插结点的办法产生不同颜色的连续变化效果。对于等值线条数较多的图形尤其方便。如果连击某填充色，可直接对其进行修改。,等值线图属性 等级（Levels）4. Label 等值线标记设置。 初始标记线 标记频率、方向 设标记的曲线曲率 标记与标记间的距离 标记与图边的距离等 标记字体 标记格式 如果连击某标记的开关（Yes或No），可改变该标记的当前设置。,等值线图属性 等级（Levels）5. Hach 阴影线设置。阴影线是垂直于等值线的短线群，通常短线指向低值方向。按此设定，地形图中具向内短线的等值线表示封闭的凹陷区，而具向外短线的等值线表示封闭的隆起区。如果连击某阴影线的开关（Yes或No），可改变该的当前设置。 标记 指向 初始标记线 频率 如果连击某标记的开关（Yes或No），可改变阴影线的当前设置。,等值线图属性 查看(view ): 用来调整等高线图的整体方向，应用于3D Surface的情况下。 比例(scale):用来设置xyz轴的比例，可以调整其长度选项。 限制(limits): 用来裁剪等高线图。（通过设置x、y的最小、最大值得到所需位置的图形） 背景(background): 背景：花纹和颜色 图框：线型和颜色,等值线图坐标属性（双击轴坐标，可以对图形4个方向的坐标进行修改） 常规(general): 标题(title)：图名、位置、字体规格、颜色、角度、距离X和Y坐标轴的位置，及坐标轴的线型、颜色和宽度等。 标注(labels)：标注字体的大小、颜色、角度等。 刻度(ticks): 设置轴线上刻度的长度、方向等。 比例(scaling) :设置刻度的最小值、最大值和间距。（通过设置x、y的最小、最大值得到所需位置的图形） 网格线(grid lines):设置主网格线和副网格线。,软件绘图方法,等值线图 张贴图 线框图 加载底图,粘贴命令用数据点位置和标记建立一粘贴图形。粘贴图能覆盖等值线图或线网图，由MapPost MapNew Post Map或由工具栏 选取被粘贴的数据文件后，显示粘贴图对话框。创建张贴图 被粘贴的数据文件是一包含了(X,Y) 坐标以及符号或数据标记列的数据文件。 在菜单栏中地图张贴图。 选择工作表中张贴图的X和Y坐标。 选择Label 指定一包含标志信息的列号。标志可以是任何数字或文本。例如, 粘贴Z值、标本编号、差值等等。标志应与X和Y坐标在相同的行内。,设置张贴图属性 在张贴图上按右键，选择属性对其修改。 常规 符号类型 符号颜色 符号角度：正数为逆时针方向旋转。 符号频率：间隔设置为1时，工作表的所有数据点都被粘贴在图上。 符号规格 标注 选择标注列 确定标注位置 标注角度 标注字体、规格、颜色,设置张贴图属性 查看 旋转图形角度 倾斜度 比例 限制 背景,分类粘贴图(Classed Post Map),分类粘贴图与粘贴图相似，在图的数据点位置上都用符号来标记，但在分类粘贴图内, 根据不同的数据的范围，粘贴点选用不同的符号。,由MapPost MapNew Classed Post Map或由工具栏图标进入，选取被粘贴的数据文件后，显示分类粘贴图对话框，由3个Tab组成。,软件绘图方法,等值线图 张贴图 线框图 加载底图,由MapWireframe Map或点击工具栏线网图图标，选取所需的网格文件后，显示线网图对话框。 创建线框图 在菜单栏中地图线框图 选择grid数据 设置线框图属性常规：线网图投影线组合类型，根据组合原理，共有7种投影线或投影线组合可以选择，它们分别是：X、Y、Z、XY（缺省设置）、XZ、YZ和XYZ。 X、Y、Z绘图线条样式、颜色、宽度。 显示顶底边界框。 框架基面和线条:显示底座和底座侧面的垂直影线。,设置线框图属性 等级： 确定等值线的最大值、最小值和间距。 等值线渐变颜色的确定和单条等值线颜色的确定。 可以在任意处插值添加等值线，删除任一条等值线。 查看 比例 背景： 背景花纹 背景颜色,设置坐标轴属性 选择X、Y、Z轴 按鼠标右键，选择属性 常规修改坐标轴线型、线宽、颜色 确定是否显示标注 标注字体颜色、大小、角度 刻度查看坐标最大值、最小值、刻度间距 刻度开始值、最后值 与其他两轴的相交点 网格 主副网格线显示 主副网格线颜色、线型、宽度,软件绘图方法,等值线图 张贴图 线框图 加载底图,底图为预先储存好的图象或图形文件，作为背景或用来完成Surfer的三维图形。由MapBase Map 或由工具栏 打开输入文件对话框。如果输入文件为矢量图，还可以选择是否将矢量图分解为多个实体。,图形的迭合(Overlay Maps),迭合条件：范围一致、比例尺相同可迭合内容：一幅线网图、多幅底图、等值线图、粘贴图迭合方法： 由EditObject Manager切换到对象管理窗口，在一个页面内依次打开待迭合图形文件，同时激活待迭合的多个对象； 由MapOverlaying Maps执行图形迭合命令， 左面子窗口已经迭合了的两个或多个图组成第二层的一个Map组，其中有两个或多个图实体框，双击就能对其进行编辑，并显示相应的对话框。迭合图层的移动： 需要向上层移动图时，可向上拖动待移动图的图标；反之亦然。迭合图层的分解： 需要把迭合图分解时，可激活迭合图，由Map Break Apart Overlay进行迭合图分解。,图形的堆垒(Stack Maps),条件：*.GRD文件范围一致、比例尺相同。可堆垒的内容：一幅等值线图在一幅线网图上方，两幅或多幅线网图堆垒。堆垒方法：在一个页面内依次打开待堆垒的图形文件，等值线图安排在线网图上方的适当位置，等值线图的3D View参数设置要与线网图完全一致。同时激活待堆垒的多个对象；单击Map菜单下的Stack Maps命令。,光栅图象 (Image Map),由MapImage Map选取构造光栅图象的网格文件后，显示光栅图象对话框。光栅图象使用不同的颜色去表现Z值，在图上颜色与Z值的百分比值相关联。最小的Z值为0，最大的Z值为100。图象空白区域设为0。选Colors键打开色谱对话框，在Z值百分比色谱条上，缺省值为两端分别为0和100。系统自动生成渐变的颜色色谱。用户能在0 和100之间任意添加颜色定位点，每一定位点分配唯一的颜色, 而在毗连的定位点之间彩色是自动分配的。这样可建立任何彩色组合的图象。用户的配色方案可以保存在色谱文件.CLR中。光栅图象能单独存在, 或与其他的平面图形叠合。但它不能旋转或倾斜，也不能与线网图叠合在一起。,阴影地貌图 (Shaded Relief Map),阴影地貌图属于光栅图象，它用不同的颜色属性来表示由于用户自定义光源的方位及角度不同而产生的地貌图的明暗阴影。由Map Shaded Relief Map 选取构造阴影地貌图的网格文件后，显示阴影地貌图对话框。在阴影地貌图中颜色用百分比来表示。颜色的最大值 (100) 为垂直于光源的表面的点，倾斜于光源点分配较低百分比的颜色，空白区域分配颜色为0。色谱条的设定及色谱文件的使用同光栅图象。,矢量图(Vector Map),矢量图同时表示数据点的方向和大小。由Map Vector Map显示矢量图对话框。可选One-Grid Vector Maps或Two-Grid Vector Maps。前者由1个*.GRD文件构成；后者由2个*.GRD文件构成。矢量图对话框由3个Tab组成。,由1个GRD文件绘制矢量图,矢量图的两个参数方向和大小由1个GRD文件自动给出。在给定结点，矢量箭头指向最陡倾斜方向，大小反映倾斜度。分别类似于地质学中地层的倾向和倾角。,由2个GRD文件绘制矢量图,矢量图的两个参数方向和大小分别由2个GRD文件给出，可以选择笛卡儿坐标系或极坐标系。采用笛卡儿坐标系时，一个GRD文件含有X数据，另一个GRD文件含有Y数据，两个GRD文件结合给出矢量的方向和大小；采用极坐标系时，一个GRD文件含有方向数据，另一个GRD文件含有大小数据，两个GRD文件结合给出矢量的方向和大小。,原始网格文件的再处理,矩阵平滑 (GridMetrix Smooth)样条平滑（GridSpline Smooth）空白和空白文件(Grid Blank)文件格式转换(GridConvert) 提取子网格 (GridExtract)网格变换 (GridTransform )计算体积和面积 (GridVolume )剖面生成文件（GridSlice） 残差计算(GridResiduals) 网格结点编辑 (GridGrid Node Editor),矩阵平滑 (GridMatrix Smooth),用来消除噪音和降低异常。平均法：通过把一个光滑矩阵覆盖在一个已存在的网格上来光滑这些网格点, 最邻近的每一个网格点被光滑, 因为是平均处理, 输出网格的边界将比输入网格的边界缩小。这个矩阵由被光滑的网格点每边的列和行数目以及矩阵中心的点的权重所决定。在右边的例子中，+ 号表示网格结点，*号与 # 表示光滑矩阵, 这个输入网格是5行7列，光滑矩阵是3行5列, 现在, 第3行第4列的网格结点被光滑, 在每一个 * 下的网格结点将被光滑矩阵的值加权, 并且, 对于中心网格结点 平均得到一个新值, 然后, 这个模型将移动,并重复这个过程, 直到整个网格被光滑, 注意, 网格的边界没有规定, 并将被空白。 加权法：对于距离反比加权光滑, 表示的结点权重是1.0, 并且, # 结点将被指定为中心点权重。距离加权光滑将规定每一个 * 的权重与它到中心的距离的某个规定次幂成反比。可以设定权重系数，用于平滑的行列数。输入原始网格文件，输出平滑后的网格文件。,样条平滑(GridSpline Smooth）,用来减少棱角 样条光滑是给一个已存在的网格拟合三次方(cubic) 的样条函数, 而在已存在的网格结点之间内插新的值, 这样增加了网格的密 度, 从而光滑等值线和线网图。 X和Y的扩展系统与在X与Y各自方向上已存在的网格点之间插入的点的数目有关。样条光滑可以增加原始网格的数据范围。样条光滑对话框：使用样条光滑有两种方式，插入结点或重新计算网格。使用插入结点时，插入的结点在最初的网格结点之间；重新计算网格时, 在某一区域内的所有网格结点完整地被重新计算，可能增加或减少行数和列数。插入结点数：最后网格大小：在上面例子中, “*”表示原来的35的网格, “? ”表示的结点是用三次方样条光滑内插的, 在X方向每两个结点之间计算了一个点, 在Y方向每两个结点之间计算了两个点, 这样最后给出7行9列的网格。,空白和空白文件(GridBlank),由离散的XYZ数据文件生成网格文件时，Surfer将根据原始X,Y的取值范围和所选用的数学模型，自动生成一个矩形网格。但在实际工作中，由于某些区域缺少原始数据或由于其它原因，有必要由规则的网格中剔除一个或多个由封闭多边形定义的区域，被剔除的区域形成空白。在画图时, 等值线图上空白部分的等值线被消除掉；在线网图上, 空白部分成为平行于基点平面的区域。,文件格式转换(GridConvert),Surfer支持多种类型的.GRD文件。使用Convert命令可以把.GRD文件转变为以下4种.GRD文件之一。GS二进制文件.GRD，GS ASCII文件.GRD，ASCII码XYZ数据文件.DAT和Surfer7.GRD二进制的.GRD 文件转换成ASCII.GRD 文件后，能用SURFER工作表或任何的ASCII编辑器进行修改。ASCII码XYZ数据文件.DAT包括了网格所有节点的X,Y,Z 数据。,提取子网格(GridExtract),它可建立一个当前的网格文件的一个子集网格.GRD文件。由GridExtract打开一个网格文件，Input File框中列出该网格文件的详细信息。在Output File对话框中可设定子网格的开始行、开始列，结束行与结束列。子集也能从输入网格文件根据周期性的行或列读入。需设定步长去规定行数和列数，这样能减少网格的密度。缺省的输出网格文件名为OUT.GRD，可改变输出文件的路径和名字。,网格变换 (GridTransform),变换命令包含几种选择，让用户在网格文件内修改网格结点XY值 ，但不改变Z的值。变换命令是在网格文件内对网格结点值进行偏移、成比例变换、旋转、X或Y镜象等操作。由GridTransform选取要进行变换操作的的网格文件，显示网格变换对话框。Operation下拉列表框可选择变换操作的方法。Scale以一定的倍率去改变X和(或)Y的值。Rotate使网格旋转90、180或270度。Mirror X建立一以X为轴的镜象网格文件。输出的网格文件使用与输入网格文件相同的X和Y范围。Mirror Y建立一以Y为轴的镜象网格文件。输出的网格文件使用与输入网格文件相同的X和Y范围。Offset沿X和(或)Y方向增加或减去的数据单位的数目。可使用正的或负的数据单位。缺省的输出网格文件名为OUT.GRD，可改变输出文件的路径和名字。,计算体积和面积(GridVolume),Upper Surface组：可选定一网格文件作为上表面（曲面）；或设定上表面的Z为常数值（水平平面）。Lower Surface组：可选定一网格文件作为下表面（曲面）；或设定下表面的Z为常数值（水平平面）。在选定上表面的和下表面之后, 点击OK执行体积和面积计算。结果显示在编辑器窗口，可保存成ASCII文本文件, 或拷贝和粘贴到绘图窗口。例1：计算层状矿体储量在层状矿体的勘探中，每个钻孔都可以得到矿层顶、底板的三维坐标，即X,Y,Z值。由勘探网的多个钻孔资料，可以得到代表了层状矿体上层面和下层面层面的两组数据。分别用Surfer进行网格化处理，就能得到代表上、下表面的两个.GRD文件。利用体积计算功能，可以得到该矿体的近似体积，乘以矿石的体重，便可求出该矿体的矿石储量。例2：计算湖水容量湖底是一个下凹的曲面，通过一定数量的定位测深，用Surfer网格化处理，可以得到一个代表了湖底曲面的.GRD网格文件。在体积计算时，上表面取湖面的绝对高程，下表面为.GRD文件曲面，即可求出湖水体积。,剖面生成文件（GridSlice）,剖面数据文件是由网格.GRD 文件和Altas格式文件.BLN 共同生成的。用来在三维图形上按一定方向和距离图切剖面线。剖面命令生成的剖面数据文件能被多种二维绘图软件用来生成剖面图。由GridSlice选取要进行生成剖面的网格文件和Altas文件.BLN后，显示网格剖面对话框。剖面图命令产生一ASCII数据.DAT文件和一包含Z值的.BLN文件。修剪外面网格选框选中时，如果边界.BLN 文件超过网格的极限，网格外面的点也包括在剖面图数据文件内。修剪空白区选框选中时，能从输出数据文件中除去空白区面积。,残差计算(GridResiduals),残差命令计算数据文件内某(X,Y)点Z值和在相同的(X,Y)处内插的Z值之间的差值。用于计算残差值的公式是: Zres = Zdat- Zgrd Zres是残差的值，Zdat是在数据文件内Z的值，Zgrd是在同一X,Y处由网格文件内插计算出的Z值。由GridResiduals选取要进行残差计算的网格文件和与其相比较的数据文件后，显示网格剖面对话框。在数据列组选定数据文件中X、Y和Z数据所在的列；并设定输出文件中放置残差值的列。缺省的输出文件为原数据文件。当执行残差计算后, 数据文件和残差的数据都显示在工作表窗口内。,网格结点编辑(GridGrid Node Editor),网格结点编辑器命令允许变更网格.GRD文件内网格结点的Z值。数据修改后，可将其写入一网格文件。在网格结点编辑器窗口内, 网格结点的位置显示1个+字，也可显示等高线。激活的结点成为高亮，用光标箭头点击一结点可以激活该结点。被选结点的X,Y坐标显示在屏的顶部，Z值编辑盒内给出Z值。在编辑框内可输入新的Z值：修改后可自动按新值重画等值线图。可以相同或不同的名字保存编辑过的网格文件。,自己准备具有地质意义的数据;输入数据生成GRD文件；绘制等值线图（Kriging)；绘制线网图并与等值线图组合成综合立体图；按要求分别绘制3个图件并合理布局；对每个图件的地质意义给出必要的文字说明；图件的分析文字用文本工具标注在图件下部或右侧（标注内容包括：变化特征，变化总体趋势，变化方向性，与选题背景的关系等）；保存图件与文字说明在1个Word文件中，文件名为：（学号+姓名）.doc。,The end,Thank you so much ,