趙杏英，王國光，陳健，顧德山

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州，311122；2.浙江省工程數(shù)字化技術(shù)研究中心，浙江杭州，311122；3.浙江華東工程數(shù)字技術(shù)有限公司，浙江杭州，311122；4.中鐵隧道集團(tuán)有限公司杭州分公司，浙江杭州，310014）

基于Bentley Map的地圖要素管理系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用

趙杏英1，2，3，王國光1，2，3，陳健1，2，3，顧德山4

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州，311122；2.浙江省工程數(shù)字化技術(shù)研究中心，浙江杭州，311122；3.浙江華東工程數(shù)字技術(shù)有限公司，浙江杭州，311122；4.中鐵隧道集團(tuán)有限公司杭州分公司，浙江杭州，310014）

由于現(xiàn)有CAD和GIS兩類軟件不能同時滿足制圖與GIS數(shù)據(jù)管理需求，筆者提出了一種以Bentley Map為軟件開發(fā)平臺，利用XFM建模機制構(gòu)建滿足制圖和GIS數(shù)據(jù)管理一體化的MapStation地圖要素管理系統(tǒng)，并對系統(tǒng)構(gòu)建過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后結(jié)合安徽金寨工程地形測圖項目，驗證了系統(tǒng)的可行性。

地圖要素；XFM；建模；制圖；GIS

0 引言

地圖要素是構(gòu)成地圖的基本內(nèi)容，分為數(shù)學(xué)要素、地理要素和輔助要素。CAD軟件一般從地圖制圖的角度出發(fā)，強調(diào)制圖要素的幾何表達(dá)，即符號化和藝術(shù)化，而忽略要素的屬性、空間表達(dá)，要素之間的關(guān)聯(lián)性較差；現(xiàn)有的GIS軟件則側(cè)重于要素的存儲與管理，雖然幾何表達(dá)上也盡量在與CAD軟件靠近，介于軟件平臺的局限性，在表達(dá)效果上仍不如CAD軟件直觀和形象。如何結(jié)合這兩種軟件的優(yōu)勢，在同一個軟件上既能滿足制圖效果，又能以GIS方式進(jìn)行要素的存儲與管理，是當(dāng)前CAD和GIS軟件所共同努力的目標(biāo)。

Bentley Map是一款專門為全球基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域從事測繪、設(shè)計、規(guī)劃、建造和運營活動的組織而設(shè)計的功能全面的GIS軟件。它增強了Microstation的各種基本功能，可為創(chuàng)建、維護(hù)和分析精確的地理空間數(shù)據(jù)提供強有力的支持，可以輕松地將各種來源的數(shù)據(jù)整合到工程和測繪工作流程中，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多種數(shù)據(jù)類型的實時轉(zhuǎn)換。Bentley Map跟Microstation緊密集成，可以同時操作光柵和矢量數(shù)據(jù)，無縫的互操作技術(shù)可以輕松使用各個行業(yè)的空間數(shù)據(jù)。因此它是一款兼具CAD和GIS功能的軟件。另外，Bentley Map還提供了用于定義要素、屬性、符號、行為以及放置方法的管理工具GSA（Bent?ley Geospatial Adiministrator），用于在一個界面中管理XFM框架，定義和維護(hù)XFM項目文件。

XFM（基于XML的要素建模）技術(shù)引擎是Bent?ley最新提供的用于定義地理空間要素的建模工具，Bentley地理信息產(chǎn)品（包括XM和V8i版本）都使用了該技術(shù)。XFM具有如下特點及優(yōu)勢：（1）要素的圖形和屬性可以包含在同一個DGN設(shè)計文件里，提供了獨特的脫離數(shù)據(jù)庫工作的能力，要素可以被拷貝、移動、刪除，用戶操作可以被恢復(fù)和重做，而不要擔(dān)心破壞數(shù)據(jù)連接；（2）XFM引擎由XML元數(shù)據(jù)驅(qū)動，這些元數(shù)據(jù)使用GSA產(chǎn)生和維護(hù)，用戶不必直接面對成千上萬行的XML代碼及句法；（3）XFM支持基于屬性的圖符PBS；（4）XFM支持基于屬性的標(biāo)注PBA；（5）XFM要素可以為不同出圖比例創(chuàng)建；（6）XFM提供典型的放置方法來在設(shè)計文件中放置GIS要素；（7）XFM可以使用GSA來配置，針對某些情況，可以通過編程來定制缺省工具。

雖然Bentley Map平臺及其XFM技術(shù)很先進(jìn)，但由于不帶針對各專業(yè)的應(yīng)用程序，不能直接應(yīng)用到實際工作中，為此，筆者提出了一種以Bentley Map為軟件開發(fā)平臺，利用XFM建模機制，搭建滿足制圖和GIS數(shù)據(jù)的一體化的MapStation地圖要素管理系統(tǒng)。

1 MapStation地圖要素管理系統(tǒng)構(gòu)建

MapStation地圖要素管理系統(tǒng)側(cè)重于地圖要素的繪制及管理，采用GIS的方式來組織和處理地圖數(shù)據(jù)，能夠一步到位地完成地圖的繪制和GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立，包括地圖要素定義、地圖要素繪制、地圖要素編輯、地圖要素提升、地圖要素更新和地圖要素查詢等功能。系統(tǒng)具有如下特點：

（1）在要素的管理上按照定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)八大類進(jìn)行分類，各大類下又細(xì)分了二級類、三級類，地圖要素齊全，定義完備。

（2）在設(shè)計上不僅考慮圖式和數(shù)據(jù)入庫需求，同時最大程度實現(xiàn)智能繪制，提升繪圖效率。

（3）地圖要素繪圖方式多元化，界面友好、操作方便。

（4）提供多種比例尺的地圖要素定義，滿足不同比例尺繪圖需求。

（5）開放性較強，用戶可以通過地圖要素管理工具，根據(jù)項目需求，對要素進(jìn)行重組和擴展。

1.1 技術(shù)路線

MapStation地圖要素管理系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)路線如圖1所示。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

MapStation地圖要素管理系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵是地圖要素的配置、特殊要素方法的開發(fā)和地圖要素管理器的定制。

1.2.1 要素定義

地圖要素配置是MapStation地圖要素管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，每個地圖要素由要素、行為和方法三部分組成。要素中定義了要素的幾何屬性和要素屬性，幾何屬性用于定義要素的符號化效果，要素屬性可以包括多個，一般同類要素具有相同的要素屬性，介于XFM技術(shù)的靈活性，在要素定義時，一般只定義基本要素屬性，如一級分類、二級分類、三級分類、要素編碼等，用戶可根據(jù)具體項目需求進(jìn)行擴充。行為定義了用戶與軟件之間的交互方式，一般通過軟件界面或命令提示的方式，讓用戶進(jìn)行可視化的操作。要素圖面展示、修改編輯通過方法來實現(xiàn)。要素定義的關(guān)鍵是要素數(shù)據(jù)組織方式、編碼方式和分類方式的確定。

圖1 MapStation地圖要素管理系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)路線Fig.1 Flow chart of construction of MapStation map element management system

1.2.1.1 數(shù)據(jù)組織方式

鑒于地圖要素數(shù)量較多，要想既滿足GIS數(shù)據(jù)的定義方式，又要兼顧要素的幾何表達(dá)，原型的定義至關(guān)重要。地圖要素的幾何類型可分為點、線、面和注記四種，雖然大部分的要素通過單一的幾何類型即可滿足定義需求，考慮特殊要素的復(fù)雜性和考慮繪圖的便捷性，很多要素（如帶注記的房屋、斜坡等等）往往需要采用組合的方式來定義，以達(dá)到表達(dá)的效果。特殊地圖要素定義一般可采用兩種方式：一種是把主要素作為父要素，輔助要素作為子要素，父要素包含子要素的方式；另外一種是把主要素和輔助要素都作為父要素，要素之間不存在包含關(guān)系，相互平級。由于XFM技術(shù)能很好地維護(hù)父子要素的相互關(guān)系，因此采用第一種方式進(jìn)行特殊地圖要素的定義。

1.2.1.2 地圖要素編碼方式

一般的CAD和GIS等成圖軟件對于地物要素都有一套自己的編碼體系，不論是按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立還是參照國家標(biāo)準(zhǔn)建立，現(xiàn)有軟件的要素編碼基本與要素幾何類型無關(guān)，這種編碼方式建立的要素相對較少，一個要素往往被多個要素共用，要素之間從屬關(guān)系凌亂。本系統(tǒng)在地圖要素編碼上參考DB33/T 817-2010《浙江省基礎(chǔ)地理信息要素分類與圖形表達(dá)代碼》，采用10位編碼方式，要素定義豐富，建立后的要素?zé)o需轉(zhuǎn)換，能夠直接入庫，同時滿足了制圖和GIS建庫需求。

1.2.1.3 地圖要素分類方式

地圖要素的分類方式?jīng)Q定著要素在地圖要素管理器的排列方式，為便于地圖要素的管理和索引，地圖要素分類參考DB33/T 817-2010中三級分類方式，大類包括定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌和植被與土質(zhì)等8類，中類在上述大類基礎(chǔ)上劃分出44類，小類和子類按照不同比例尺段在中類基礎(chǔ)上進(jìn)行類別劃分。

1.2.2 要素方法開發(fā)

雖然GSA提供了Place（放置）、Edit（編輯）、Annotate（注記）和Promote（提升）四種要素方法，針對不同的幾何類型，又提供了多個標(biāo)準(zhǔn)的Place（放置）方法，如Place Cell Free、Place Linear、Place Poly?gon、Place Text等等，這些方法對于簡單的點、線、面和注記要素一般都能滿足，在生產(chǎn)過程中，很多地物需要通過點、線、面和注記進(jìn)行組合表達(dá)，才能達(dá)到制圖的目的，因此現(xiàn)有的方法不能滿足生產(chǎn)需求。本系統(tǒng)通過對繪圖行為的研究，對特殊要素開發(fā)了相應(yīng)的Place（放置）、Edit（編輯）、Annotate（注記）和Promote（提升）方法。表1以點要素為例，列舉了放置涉及的主要方法。

1.2.3 地圖要素管理器定制

所有定義的地圖要素通過地圖要素管理器調(diào)取，由于地圖要素是根據(jù)比例尺來定義的，因此地圖要素管理器需要與比例尺進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據(jù)比例尺進(jìn)行自動更新，以滿足不同比例尺的地圖要素調(diào)取需求。

地圖要素管理器界面由工具欄和內(nèi)容列表組成。工具欄包括繪制要素、編輯要素、查看要素屬性、查看屬性表和搜索要素五個功能，見圖2。內(nèi)容列表按照三級目錄方式對地圖要素進(jìn)行管理，三級目錄方式與地圖要素分類規(guī)定一致。

表1 點要素繪圖行為示例Table 1 Examples of drawing behavior of point elements

圖2 地圖要素管理器運行界面Fig.2 Interface of map element manager

2 項目應(yīng)用

以金寨抽水蓄能電站1∶1 000地形圖補測項目作為測試案例，利用該系統(tǒng)進(jìn)行地圖要素的采集、編輯、入庫和數(shù)據(jù)輸出等操作，以驗證MapStation地圖要素管理系統(tǒng)的適用性。

（1）要素完備性測試：系統(tǒng)定義的地圖要素齊全，能滿足常規(guī)測圖需求。

（2）制圖效果測試：本系統(tǒng)由于采用最新版本的地形圖圖式，并提供了不同比例尺的地圖制圖環(huán)境，繪制的圖形能滿足出圖的需求。圖3列舉了特殊要素的繪制效果。

圖3 地物要素繪制Fig.3 Drawing of surface features

（3）作業(yè)效率測試：地圖要素繪制方式與常規(guī)CAD的作業(yè)模式類似，在特殊要素的繪制、修改效率上有所提高，尤其像斜坡、臺階等類型的要素修改時，傳統(tǒng)的作業(yè)方式中，局部的修改往往需要通過整個要素重新繪制的方式來實現(xiàn)，現(xiàn)在只要輕松移動需要的修改結(jié)點即可達(dá)到修改的效果，如圖4所示。

圖4 動態(tài)編輯效果Fig.4 Dynamic editing effect

（4）數(shù)據(jù)屬性測試：采用本系統(tǒng)繪制的地圖要素不僅可查看到要素的幾何屬性，而且也可以查看到要素屬性，尤其是組合要素，父要素和子要素的屬性都可以查看，達(dá)到了圖形和屬性一體化存儲的要求，數(shù)據(jù)屬性界面如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)屬性界面Fig.5 Interface of data attribute

（5）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換測試：本系統(tǒng)定義的要素轉(zhuǎn)換成其它數(shù)據(jù)格式（如SHP格式），要素屬性能被其它軟件識別并讀取，而像CAD軟件內(nèi)置的一些屬性往往不能被其它軟件讀取。在存儲到Oracle數(shù)據(jù)庫時，要素的相關(guān)屬性也能一并被保存，并能從Ora?cle數(shù)據(jù)庫對圖形和屬性進(jìn)行還原顯示。

3 結(jié)語

以現(xiàn)有測繪生產(chǎn)任務(wù)中地圖制圖和GIS數(shù)據(jù)管理兩大需求為依托，利用Bentley Map平臺及其XFM建模機制，開發(fā)了MapStation地圖要素管理系統(tǒng)，并通過安徽金寨項目的測試，驗證了該系統(tǒng)的可行性，為地形圖生產(chǎn)和GIS應(yīng)用提供了新的解決方案，改變了常規(guī)兩大生產(chǎn)任務(wù)分離作業(yè)、重復(fù)加工、難管理的狀況，因此該系統(tǒng)值得推廣及應(yīng)用。由于Bentley Map對中文支持較差，要想在測繪和GIS等行業(yè)做得更加深入，還需要底層技術(shù)的改進(jìn)、軟件商的支持與配合。

[1]劉戰(zhàn)江.水利測繪在基于MicroStation平臺三維設(shè)計軟件中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2012(1):112-113.

[2]張鵬程,方鋒,李長輝,等.XFM在制圖和GIS數(shù)據(jù)一體化建庫中的應(yīng)用研究[C].全國測繪科技信息網(wǎng)中南分網(wǎng)第23次學(xué)術(shù)信息交流會,2009.

[3]張鵬程,方鋒,李長輝,等.基于XML的要素建模技術(shù)在地形圖生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].城市勘測,2008(3):17-19.

Construction and application of map element management system based on Bentley Map

ZHAO Xing-ying,WANG Guo-guang,CHEN Jian and GU De-shan

PowerChina Huadong Engineer?ing Corporation Limited

As neither CAD nor GIS can meet the requirements of mapping and GIS data management at the same time,the MapStation map element management system based on Bentley Map is proposed in this paper.The key technologies in the process of system construction are introduced in detail.And the feasibility of the system is verified by application of topographic map in Anhui Jinzhai pumped storage power station.

map element;XFM;modeling;map-making;GIS

TU201.4

：A

：1671-1092（2017）04-0015-04

2015-07-06

趙杏英（1981-），女，浙江上虞人，高級工程師，主要從事地圖數(shù)據(jù)處理、三維GIS應(yīng)用、BIM等相關(guān)工作。

作者郵箱：zhao_xy2@ecidi.com