Surfer软件应用.ppt

1、Surfer软件应用,Surfer软件简介,各种等值线图和三维图形是地学、工程、矿业等领域的研究人员最常用的图件， Surfer是美国Golden软件公司的产品，主要用于绘制等值线图及相应的三维图形，因此成为上述各行业科技工作者的常备软件。Golden软件公司是由Dan Smith和Patrick Madison 1983年在美国创立的。该公司一直致立于图形软件的开发，于1985年推出Surfer，后又于1986年推出Grapher，现在，Golden软件公司在科学图形软件领域已处于领先地位，用户包括矿业、工程、医药、地学、生物等领域的研究人员。 目前Surfer的最高版本为8， Surfer

2、是在Windows和NT操作系统下最强大的、最灵活的和较容易使用的绘制等值线图及三维立体图软件包。,Surfer 8的主要功能,支持12种内插方法对离散的XYZ数据格网化，生成规则的格网数据； 强大的地学数据分析功能，支持多达12种变异函数理论模型，可计算残差，进行地形分析和计算体积、面积等， 绘制等值线图(Contour Maps)； 绘制曲面图(Surface）； 从Surfer8开始有几种常用的GIS软件数据格式可直接输人Surfer8系统 Surfer8具有简单的数学运算、数据统计、平滑、滤波、微分、积分、傅立叶和谱分析等多种数据分析功能， Surfer8具有趋势面分析、体积、面积计算

3、、地形分析、剖面计算等三维空间分析功能。,讲述主要内容,数据文件的编辑 转换(Tranform) 统计(Statistics) 常用图件绘制 绘制等值线图 绘制粘贴图（原始数据底图） 绘制地图空白区域 绘制线框图 绘制曲面图 绘制堆叠图 绘制叠置图,三维空间分析 趋势面分析 体积、面积计算 文件的输入与输出,数据文件的基本操作,数据文件至少要有三列数据值，前两列输入的数据为X、Y坐标，第三列以后的数据为Z值。 第一行的文字描述可帮助用户确定所在列数据的类型和含义。 可读入XLS、TXT、DAT等数据格式的文件,转换(Tranform),计算从0到更多数据项的一列数据，计算结果取决于所定义的等式

4、，这个等式能含有对应于数据表列的字母变量。一般用来对某一列数据进行数据变换，如对数指数变换等，以修复某些等值线图形绘制中的X、Y轴比例差异过大的问题。 如果任何单元格含有文本或没有值，公式将不计算该数据行。 例如:使用公式C=A十B将计算列A的值和列B的值之和，并将结果放在列C。,统计(Statistics),在工作表中选定要统计的数据，选所需的统计特征数。 Surfer8中统计功能有：Number of Values(数据点数)、Sum(求和)、Minimum(最小值)、Maximum(最大值)、Range(值域)、Mean(平均值)、Median(中位数)、First Quartile/2

5、5 Percentile(第25百分位数)、Third Quartile/75th Percentile(第75百分位数)、Standard Error of the Mean(平均值的标准误差)、Variance(方差)、Standard Deviation(标准差)、Skew(偏斜度)和Kurtosis(峰值)等等。,等值线图绘制(Contour Map),等值线图是指在一个表面上等值点的连线，在空间分析中常采用等值线图来表示数据的变化趋势。从图形学的角度看，等值线图是指在X-Y平面上f(x,y)=z的轨迹分布。这里的z为某一常数值，该值表示的物理意义可以是地形高程数据、化探数据场中的某一

6、元素含量值、温度场中的温度数据和压数据等等。在数据变化较明显的区域中，等值线密度较高，反之，在数据变化，等值线密度较小。这样，数据的空间分布趋势就可通过等值线的密度和方向来分析。,等值线图绘制步骤,建立或输入数据文件 离散数据网格化，形成GRD文件 注意数据内插方法的选择 用菜单“MapContour MapNew Contour Map ”生成等值线图 修改等值线图的各部分属性 保存文件（SRF）,绘制粘贴图(Post Map),粘贴图的功能是用标志和符号把某些指定的点或原始数据标出来。例如，在等值线图上标出观测站的位置、采样点位置、石油钻井位置、城镇村庄等地理位置信息。 从包括X和y坐标的

7、数据文件来新建粘贴图，坐标被用来确定符号在粘贴图上的位置。数据文件可包含附加的信息如符号大小、颜色、标志、位置和角度等。,新建的粘贴图独立于在绘图窗口的其它的地图。例如，在绘图窗口中已经存在等值线图，再新建一个粘贴图，将产生2个没有联系的地图，它们各自具有自己的坐标轴和缩放比例参数。在等值线图上粘贴数据点，在绘图窗口新建没有联系的等值线图和粘贴图，选中2个地图，选择菜单命令“Map（地图）Overlay Maps(叠置图），这将在一套坐标轴和缩放比例参数下将2个地图合并成一个地图。可把任何数量的粘贴图和任何其它的地图合并。,绘制线框图（Wireframe）,线框图是格网文件的三维表达。线框图是

8、通过为XY格网(格网行、列)画线产生块状图表，在每个行和列(即在每个格网节点)的交叉点的格网Z值与表面的高度成比例。格网文件里的行和列的数决定线框图里的绘制X和y线数。线框图可用格网文件或美国地质勘察数字高程模型(USGS DEM)数据生成。,更改线框图的方向和倾斜度,更改线框图的尺度,绘制曲面图（Surface）,曲面图指空间坐标的函数，用以表示变量的分布情况。,绘制地图空白区域（Blank）,空白文件由定义一个封闭多边形的一系列了X、Y坐标值指定，多边形的边必须闭合，一个空白文件用来定义空白区域。 空白文件的格式为，第一行是标志行，它的第一个数字表示下边的点数，第二个数是边的标志符，如果边

9、的标志是0，多边形外边的格网单元被空白，如果边的标志是1,多边形里的格网单元被空白。整个数列表示多个空白的区域。,例：一个四边形区域被空白的数列实例 5(点数) 1 边标志(四边形内部被空白) 3 2 (第1点) 8 6 (第2点) 3 3 (第3点) 4 2 (第4点) 2 2 (第5点),绘制地图空白区域步骤,创建一个空白文件 在绘图窗口里选择菜单命令Map(地图)Contour Map(等值线图)|New Contour Map(新建等值线图)，在弹出的打开格网对话框里，新建一个等值线图。 双击选中等值线图，选择菜单命令Map(地图)Digitize(数字化)，光标变成十字细丝; 在绘图

10、窗口绘制空白所需的位置，系统自动在“数字化编辑窗口”里输入当前位置的坐标； 保存为空白文件（*.bln）或数据文件（*.dat）,空白等值线图绘制 GridBlank创建新的格网文件（从原始格网文件中提取数据） MapContour Map|New Contour Map|选择新建的格网文件,空白文件边标志的修改（1和0互换） 重新建立格网文件，绘制新建立的格网文件图,空白文件的边标志1,空白文件的边标志0,绘制堆叠图（Stack Maps）,在我们的研究工作中，有时想在一个图件中上、下堆叠已经绘制好的平面图(如等值线图、粘贴图等)和线框图，这样既美观，又具有一目了然的效果。,绘制平面一立体图

11、对 绘制等高线图，设置地图倾斜角度，旋转角度 绘制线框图 全部选择后，选择MapStack Map，添加垂直线，完成平面立体图对的绘制,绘制叠置图（Overlay Maps）,为了增强图件的可视化效果，可以在线框图或等值线图上叠置包含地理信息方向和大小的矢量地图，也可以在线框图或等值线图上叠置包含如采样点位置、石油钻井位置、城镇村庄等地理位置信息的粘贴图。,线框图上叠置粘贴图 绘制线框图 绘制粘贴图 全部选择后，选择MapOverlay Maps,三维空间分析,Surfer8中三维空间分析是指对XYZ数据的第三维变量Z的分析，变量Z可能是地形，也可能是降雨量、污染物浓度、土壤酸碱度、某一化探元

12、素的值等变量。 趋势面分析 体积、面积计算,趋势面分析,某种地理属性在空间的连续变化，可以用一个平滑的数学平面加以描述。思路是先用已知采样点数据拟合出一个平滑的数学平面方程，再根据该方程计算无测量值的点上的数据。这种只根据采样点的属性数据与地理坐标的关系，进行多元回归分析得到平滑数学平面方程的方法，称为趋势面分析。它的理论假设是地理坐标（x，y）是独立变量，属性值z也是独立变量且是正态分布的，同样回归误差也是与位置无关的独立变量。 多项式回归分析是描述长距离渐变特征最简单的方法。多项式回归的基本思想是用多项式表示线、面，按最小二乘法原理对数据点进行拟合。线或面多项式的选择取决于数据是一维的还是

13、二维的。,通常许多地质数据一般都包含着与空间地理坐标（x,y）相关的三部分信息： 反映区域性变化的：数据中反映总体的规律性变化的部分，由地质区域构造、区域岩相、区域背景等大区域因素所决定。 反映局部性变化的：反映局部范围的变化特征。 反映随机性变化的：它是由各种随机因素造成的残差。,趋势面分析是对地质特征的空间分布进行研究和分析的一种方法，它是用某种形式的函数所代表的曲面来逼近该地质特征的空间分布。这个函数从总体上反映了采样数据的区域性变化趋势，称为趋势面部分；采样数据的实测值与这个函数对应值之差，称为残差部分。 它反映了局部性的变化。这就是说，把采样数据的实测值分解成趋势面和残差两部分。趋势

14、面部分用一个函数表示，它反映采样数据的总体变化，可以认为是由大范围的系统性因素引起的；残差部分反映了局部性的变化特点，可以认为由局部因素和随机因素引起的。,趋势面分析，一方面是要研究某些地质参数的区域性变化规律，另一方面是要圈出该参数变化的局部异常，发现通常难于发现的低缓异常带，这样就需要求出残差值，作残差分析。第i点的残差值是观测值与趋势值之差。可以按一定间隔作出残差等值线图。 引进残差以后，原始数据即被分解成为趋势值与残差值两部分，趋势值反应区域性大范围内的变化情况，残差值反映局部变化特点。二者结合起来可以帮助人们深人地作地质分析。利用这一方法，可以发现有意义的低缓异常带（区）。用趋势面拟

15、合物探和地球化学指标时，利用残差图可找出异常带，为进一步深人研究矿产资源形成的地质条件提供不可缺少的信息。,分布趋势实现过程,Surfe软件中格网菜单下的数据命令（GridData）， “Polynomial Regression（多元回归法）”方法可根据空间的采样数据拟合一个数学曲面，用该数学曲面来反映空间数据分布的变化情况，因此该插值方法实际上是一个趋势面分析程序，可利用该程序完成从原始数据中拟合出数据变化的趋势。点击“Advanced Options”按钮，则弹出“Regression Advanced Options”对话框；可在Surface Definition选择框中选取多元回归

16、类型，提供选用的回归类型有“Simple Planar Surf（简单平面）”、“BiLinear Sadle（双线性鞍）”、“Quadratic Surface（二次曲面）”、“Cubic Surface（三次曲面）”和“User Defined Polynomial（用户自定义多项式）”。选择不同的多项式类型，在“Parameters”选择框中的值会相应改变，其中Max Total 框为指定多项式中X和Y最大的次数之和。,“多元回归法高级选项”对话框,剩余值（残参）计算,残参值是相应位置原数据的观测值与趋势值之差。计算剩余的命令在“GridResiduals”，首先在“Open Grid”

17、对话框中选择某一元素的格网文件（*.grd），单击确定后出现“Open”对话框，在其中选择与该元素相对应的数据文件（*.dat），单击打开，出现“Grid Residuals”对话框（图2），分别指定数据文件中X、Y、Z数据所在的列，残参相应的存储在最后一列。单击“Ok”后，系统自动打开一个选择元素的工作表，并在表中最后一列显示新产生的残参值。,“Grid Residuals”对话框,元素异常圈定,剩余值是某一位置上原始观测值与经过该点的趋势值之差，如剩余值为正，说明剩余值为高出趋势的部分，如剩余值为负，说明剩余值为低出趋势的部分。因此，求出各点的剩余值后，即可按一定的间隔作出剩余分布等值线图

18、。 值得注意的是，剩余值并不完全等于局部异常，它只是局部异常分量与随机因素造成的随机分量之和。,在地质找矿中，高于趋势部分的剩余意义较大，为元素富集区域，故实际工作中常用正剩余值圈定异常图。随机分量常采用正剩余的平均值来代替,式中： 是正剩余的个数； 表示第i点的正剩余,不同方法圈定Ba元素异常分布对比图,不同方法圈定Cu元素异常分布对比图,趋势面问题讨论,趋势面的拟合精度过高会因数学曲面过于逼近实际分布而难于反映分布的主体特征，达不到描述空间趋势的目的。因此一般用处理后的数据作二次或三次趋势面计算，趋势面即可代表区域元素的背景值。,体积、面积计算,体积计算方法通常用于确定两个格网文件之间的实体的体积。所谓体积通常是指空间曲面与一基准平面之间的空间的体积，在绝大多数情况下，基准平面是一水平面。基准平面的高度不同，尤其是当高度上升时，空间曲面的高度可能会低于基准平面，此时出现负的体积。在对地形数据的处理中，