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第六章三维绘图软件Surfer76.1网格文件及其建立6.1.1简介网格文件──规则矩形网格的三维数组X，Y，Z文件。用来画等值线图、网框图、矢量图、粘贴图、立体阴影图、色谱图，计算面积、体积和画剖面图。.GRD文件格式.GRD文件：GS二进制文件(缺省网格文件格式)、GSASCII文件.DAT文件：ASCIIXYZ数据文件.Surfer7还可以直接使用USGS[.DEM],GTopo30[.HDR]和SDTS[.DDF]文件。6.1.2由离散点的XYZ文件创建[.GRD]文件为了产生等值线图或线网图,或执行需要网格文件的操作如网格代数处理、计算体积和面积,光滑或计算残差，必须预先对数据文件进行网格化处理。由Grid→Data打开所需的数据文件后，出现散点数据插值法对话框ScatteredDataInterpolationd。该对话框由4个Tab组成。1Date数据列组（DataColumns）设定X、Y和Z的值对应于数据文件内的哪一列。相同数据点处理方式选择。由下拉菜单Duplicates可以选择对有相同的X、Y坐标但有不同的Z值的两个或多个点Z值处理办法，包括取平均值（Average）、保留一个并删除其它值(Delete)、对各点Z值加和(Sum)等。有些网格化方法还可以选择忽略这类数据点(Ignore)。数据筛选（Filter）可以使用布尔表达式对原始数据点进筛选。原始XYZ数据对话框提供数据统计。显示在数据文件内指定列中，相应的X,Y和Z值的数据点数、最小值、最大值、平均值、方差和标准差等。2Genaral网格线参数（GridLineGeometry）选择X,Y方向网格的取值范围；设定产生网格文件时网格间隔和网格线的密度。改变网格线的密度，网格的间隔宽度会自动随着改变。网格线的密度高则较精密，但文件长度大，构筑网格费时间，网格化方法（GriddingMethod）设定采用网格化的方法。有下拉式菜单提供多种可用的网格化方法清单。9种网格化的数学方法见本章第二节。用不同的网格化方法处理数据时会产生不同的结果。选择时，首先应使你的数据最接近实际情况。其次应使表现数据的图形为最好。Option每种网格化方法都有相应的参数设定。输出网格文件（OutputGridFile）指定生成的网格文件的路径和文件名。缺省名与数据文件同名，扩展名.GRD，可点击浏览按钮以改变其路径或文件名并选择网格文件类型。3Search搜寻功能决定在内插网格结点时，那些数据点参加插值计算。对于要用到全部数据文件的网格化方法，例如多项式回归法、最小曲率法和线性插值的三角形法等，搜寻功能不起作用，Search键不能激活。有以下4种搜寻类型：①全部数据（AllData）：每一个结点Z值的计算都要用到全部数据点。对于较少的数据组，如少于250组数据时，最常用到全部数据搜寻。②简单搜寻(Sample)：只用最靠近某结点的一些数据来计算该结点的Z值。数据点的数目由窗口右面SearchRules框内的DataPerSector来设定。只有在搜寻椭圆（Searchellipse）以内的数据点才被用来计算。③象限搜寻（Quadrant）:将一个结点周围分为4个90°的象限，软件自动分析每个象限的数据点数目，搜寻4个扇区内最近的数据点，而忽略掉该象限中这些最近点以外的数据点。④卦限搜寻（Octant）:将一个结点周围分为8个45°的卦限，软件自动分析每个卦限的数据点数目，搜寻8个扇区内最近的数据点。较象限搜寻慢，但构成比较平滑的网格。当观察点明显成簇状不均匀分布时，推荐使用象限或卦限搜寻方法，以消除或减少简单搜寻所造成的失真。搜寻椭圆（SearchEllipse）：在搜寻方式为简单搜寻、象限搜寻或卦限搜寻情况下，计算每个结点Z值时搜寻数据点的范围。搜寻椭圆以外的数据点，进行插值时不予考虑。缺省为圆形，表示在所有方向搜寻距离相同。搜寻椭圆的参数有：半径：半径1和半径2分别是用数据单位表示的X和Y方向的搜寻距离。角度：+X轴和半径1之间的倾斜角度（-360°～+360°）。结点Z值为0说明在特定位置，根据用户设定的搜寻规律，没有足够的数据点来计算结点Z值。搜寻规律（SearchRules）：在搜寻方式为简单搜寻、象限搜寻或卦限搜寻情况下，设置用来计算每个结点Z值的数据点数。与搜寻椭圆相关。每扇区点数：设置每扇区的数据点数，对于简单搜寻、象限搜寻和卦限搜寻，扇区数分别是1、4、8，缺省每扇区点数分别为24、8、3。最少总点数：对一个网格结点进行插值时，最少所需数据点数。最多空扇区：对一个网格结点进行插值时所容许的最多空扇区数。4FaultsandBreaklinesFaults用.BLN文件格式保存的X、Y二维多段线或多边形，用来限定网格化的范围。如对多段线一侧的原始数据点进行网格化，忽略另一侧。或对一多边形之内（或之外）的原始数据点进行网格化。FileContainingFaultTraces框给出Faults的.BLN文件所在的路径。有一些网格化模型可以使用Faults。Breaklines用.BLN文件格式保存的三维数据集，X、Y、Z给出每个点的坐标。不同于Faults，Breaklines不阻断信息流。当Grid算法遇到Breaklines时，用线形内插的方法联合确定结点的Z值。FileContainingBreaklines框给出Breaklines的.BLN文件所在的路径。Breaklines用于定义流线、山脊和其他斜率的突变。6.1.3由函数关系生成.GRD文件Grid→Function打开网格函数对话框。在函数编辑框中输入数学函数Z=f(X,Y)。数学函数逐点的计算每一个Z值，并将其写入到输出的网格文件中。其中网格结点的数目取决于所选定的X和Y的最小值、最大值和增量。所采用的数学函数中能使用系统的任何内部函数。例如,按给定的函数关系，X、Y的取值范围和增量产生一个网格文件。缺省的输出网格文件名为OUT.GRD，可改变文件的路径和名字。6.1.4网格代数处理由具有相同X,Y网格尺度的两个网格文件按照一定的函数关系C=f(A,B)生成一个新的输出网格文件。这里A和B是输入的网格文件，C是输出网格文件。从输入网格文件的相应结点上(具有相同X,Y坐标的网格结点)计算函数值，计算的结果送到具有相同坐标的输出网格文件内。网格数学也能用于单一的网格文件。例如,使用函数C=log10(A)，则网格文件C的每一个结点的值将为网格A相应的每一网格结点值的以10为底的对数。也可以进行简单的数学操作,例如C=A-100。这时输出网格文件C比输入网格文件A低100单位。由Grid→Math打开网格代数对话框。输入网格文件A组指定执行网格数学操作的第一个网格文件。输入网格文件B组指定用于网格数学操作的第二个网格文件。如果只想在一个网格文件上执行操作,可使其为空白。第二个网格文件应包含与第一个网格文件相同的网格行、列数,和相同的X和Y列。缺省的输出网格文件名为MATHT.GRD，可改变文件的路径和名字。底部的编辑框用于输入函数C=f(A,B)。6.1.5网格算法（GridCalculus）提供解析网格文件的工具，用来解释一些在等值线图和线网图中不明显的网格文件的特点。由Grid→Calculus打开网格算法对话框。选择网格算法进行处理，生成一个新的网格文件。由网格算法对话框可以选择以下4种算法之一：方向导数、地体模型、微分和积分算符以及Fourier和谱分析1）方向导数（DirectionalDerivative）方向导数给出沿着规定的方向网格表面的斜率或斜率变化率的信息。斜率是有方向性的，如果规定方向为东，但倾斜方向为北，则虽然向北有斜率，在那个点上方向导数仍然为零。操作时可分为一阶导数、二阶导数和方向曲率三种方式。一阶导数（FirstDerivative）一阶导数给出表面沿方向线的斜率.由一阶导数的网格文件生成的等值线图绘制出沿着指定的方向具有相同斜率的等值线。在各网格结点处,如向上倾斜则斜率为正，如向下倾斜则斜率为负。若斜率接近正或负的无限大，表示在向上或向下的向上接近垂直。二阶导数（SecondDerivative）二阶导数给出沿着方向线斜率的变化率。由二阶导数的网格文件生成的等值线图绘制出穿过表面斜率变化率相同的等值线。其值随表面上升下降也有正值和负值；数值的大小反映表面缓陡变化的快慢。方向曲率（DirectionalCurvature）方向曲率是曲面沿着规定方向线，在切面倾角的变化率。方向曲率采用变化率的绝对值，因此它是一个正数。方向曲率类似二阶导数。2）地形模型(TerrainModeling)在表面上每一网格结点处,Surfer确定了该点最陡的斜坡和最陡斜率的方向(梯度方向)。地形模型的值是从90到-90度.最陡斜率零度是水平线,90度是垂直上升的，而-90是垂直下降的。5种地形模型的操作如下；地形斜率、地形方位、纵剖面曲率、平面曲率和切线曲率。可以选择地形模型的临界值，缺省为一极小值。地形斜率（TerrainSlope）穿过表面，斜率梯度的方向可以改变。由地形斜率的网格文件生成的等值线图或线网图绘制出等最大斜率线。该功能与一阶方向导数相同，用来确定表面任何一点的斜率，在考虑自动确定图中每一个点的的梯度方向时更为有用。梯度方向可由地形方位功能得到。地形方位（TerrainAspect）给出每一网格结点最大斜率的方向。比如表面的水流方向严格垂直于等值线的方向。其值用方位角来表示，0度为北；90度为东等。可以利用地形方位功能创建一幅反映流动方向的粘贴图。纵剖面曲率（ProfileCurvature）纵剖面曲率确定每一个结点延梯度方向斜率变化率的增减情况。由纵剖面曲率的网格文件生成的等值线图显示穿过表面，最大斜率的等变化率线。该功能可与二阶方向导数对比，但更加有用，因为它可以自动地判定表面每一点的下降方向，然后确定该点沿此方向斜率的变化率。平面曲率（PlanCurvature）平面曲率反映了在水平面上地形方位角测量的变化率，描述了表面水流的会聚或发散。由平面曲率的网格文件生成的等值线图显示等会聚或等发散线。在网格文件中的负值表示发散，而正值表示会聚。切线曲率（TangentialCurvature）切线曲率与平面曲率类似，也用来反映会聚或发散，但它测量的是在垂直面上的情况。该功能描述表面水流的会聚或发散，可以想象为沿垂直于等值线方向的垂直面的表面曲率。3）微分和积分算符(Differential&IntegralOperator)包括了4种功能：梯度算符、拉普拉斯算符、双谐算符和积分体积梯度算符（GradientOperator）梯度算符在表面的任何点上产生最大斜率的网格，等于地形斜率操作,但是梯度算符为一数值，而不是角度。水平表面梯度算符为零,而接近于垂直面时梯度算符接近无限大。拉普拉斯算符（Laplacian）拉普拉斯算符用于提供表面充电和放电的测量。地下水、热量和电荷是三个守恒物理量的例子，其局部流动速率与梯度成正比。拉普拉斯算符对这些物理量的局部体积进行量化，流入时或在充电区0，而流出时或在放电区0。双谐（Biharmonic）算符薄板和壳体的弯曲、多孔介质内的粘滞流体和在线性弹力范围内的应力函数是能利用双谐算符数学描述的三个物理量的例子。它等同于两次使用拉普拉斯算符。积分体积（IntegralVolume）积分体积操作给出整个网格范围内或子网格的堆积体积。子网格可以是任何外形。例如生成等值线图来表示煤矿内煤层的厚度，积分体积图可用于计算每一个月内开采煤的体积。另一个例子是雷暴雨的降雨密度，如果计算了积分体积并覆盖于分水岭边界图,就可以直接计算流入每一溪流的水流量。如定义从Xmin到Xmax和从Ymin到Ymax的矩形区域，V(x,y)是在Z=0的平面和表面覆盖下的区域之间的体积。因此,V(xmin,ymin)=0,而V(xmax,ymax)等于整个矩形的区域下面的体积，其值由Grid→Volume命令得到。由积分体积功能也很容易计算矩形子网格的体积。4）