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

趙杏英，王國(guó)光，陳健，顧德山

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)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(guó)光1，2，3，陳健1，2，3，顧德山4

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)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(lèi)軟件不能同時(shí)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用XFM建模機(jī)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(duì)系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)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(cè)圖項(xiàng)目，驗(yàn)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(qiáng)調(diào)制圖要素的幾何表達(dá)，即符號(hào)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(chǔ)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(tái)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(shì)，在同一個(gè)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(chǔ)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(zhuān)門(mén)為全球基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域從事測(cè)繪、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、建造和運(yùn)營(yíng)活動(dòng)的組織而設(shè)計(jì)的功能全面的GIS軟件。它增強(qiáng)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(qiáng)有力的支持，可以輕松地將各種來(lái)源的數(shù)據(jù)整合到工程和測(cè)繪工作流程中，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。Bentley Map跟Microstation緊密集成，可以同時(shí)操作光柵和矢量數(shù)據(jù)，無(wú)縫的互操作技術(shù)可以輕松使用各個(gè)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(hào)、行為以及放置方法的管理工具GSA（Bent?ley Geospatial Adiministrator），用于在一個(gè)界面中管理XFM框架，定義和維護(hù)XFM項(xiàng)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(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：（1）要素的圖形和屬性可以包含在同一個(gè)DGN設(shè)計(jì)文件里，提供了獨(dú)特的脫離數(shù)據(jù)庫(kù)工作的能力，要素可以被拷貝、移動(dòng)、刪除，用戶(hù)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(dòng)，這些元數(shù)據(jù)使用GSA產(chǎn)生和維護(hù)，用戶(hù)不必直接面對(duì)成千上萬(wàn)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(lái)在設(shè)計(jì)文件中放置GIS要素；（7）XFM可以使用GSA來(lái)配置，針對(duì)某些情況，可以通過(guò)編程來(lái)定制缺省工具。

雖然Bentley Map平臺(tái)及其XFM技術(shù)很先進(jìn)，但由于不帶針對(duì)各專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用程序，不能直接應(yīng)用到實(shí)際工作中，為此，筆者提出了一種以Bentley Map為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用XFM建模機(jī)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(lái)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(xún)等功能。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（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(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，各大類(lèi)下又細(xì)分了二級(jí)類(lèi)、三級(jí)類(lèi)，地圖要素齊全，定義完備。

（2）在設(shè)計(jì)上不僅考慮圖式和數(shù)據(jù)入庫(kù)需求，同時(shí)最大程度實(shí)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(kāi)放性較強(qiáng)，用戶(hù)可以通過(guò)地圖要素管理工具，根據(jù)項(xiàng)目需求，對(duì)要素進(jìn)行重組和擴(kuò)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(kāi)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(gè)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(hào)化效果，要素屬性可以包括多個(gè)，一般同類(lèi)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(shí)，一般只定義基本要素屬性，如一級(jí)分類(lèi)、二級(jí)分類(lèi)、三級(jí)分類(lèi)、要素編碼等，用戶(hù)可根據(jù)具體項(xiàng)目需求進(jìn)行擴(kuò)充。行為定義了用戶(hù)與軟件之間的交互方式，一般通過(guò)軟件界面或命令提示的方式，讓用戶(hù)進(jìn)行可視化的操作。要素圖面展示、修改編輯通過(guò)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。要素定義的關(guān)鍵是要素?cái)?shù)據(jù)組織方式、編碼方式和分類(lèi)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?cái)?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(lèi)型可分為點(diǎn)、線、面和注記四種，雖然大部分的要素通過(guò)單一的幾何類(lèi)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(lái)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(jí)。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(duì)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(guó)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(lèi)型無(wú)關(guān)，這種編碼方式建立的要素相對(duì)較少，一個(gè)要素往往被多個(gè)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(lèi)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(kù)，同時(shí)滿足了制圖和GIS建庫(kù)需求。

1.2.1.3 地圖要素分類(lèi)方式

地圖要素的分類(lèi)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(lèi)參考DB33/T 817-2010中三級(jí)分類(lèi)方式，大類(lèi)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(lèi)，中類(lèi)在上述大類(lèi)基礎(chǔ)上劃分出44類(lèi)，小類(lèi)和子類(lèi)按照不同比例尺段在中類(lèi)基礎(chǔ)上進(jìn)行類(lèi)別劃分。

1.2.2 要素方法開(kāi)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(duì)不同的幾何類(lèi)型，又提供了多個(gè)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(duì)于簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線、面和注記要素一般都能滿足，在生產(chǎn)過(guò)程中，很多地物需要通過(guò)點(diǎn)、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(guò)對(duì)繪圖行為的研究，對(duì)特殊要素開(kāi)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(diǎn)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(guò)地圖要素管理器調(diào)取，由于地圖要素是根據(jù)比例尺來(lái)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(dòng)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(gè)功能，見(jiàn)圖2。內(nèi)容列表按照三級(jí)目錄方式對(duì)地圖要素進(jìn)行管理，三級(jí)目錄方式與地圖要素分類(lèi)規(guī)定一致。

表1 點(diǎn)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(yùn)行界面Fig.2 Interface of map element manager

2 項(xiàng)目應(yīng)用

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

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

（2）制圖效果測(cè)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(cè)試：地圖要素繪制方式與常規(guī)CAD的作業(yè)模式類(lèi)似，在特殊要素的繪制、修改效率上有所提高，尤其像斜坡、臺(tái)階等類(lèi)型的要素修改時(shí)，傳統(tǒng)的作業(yè)方式中，局部的修改往往需要通過(guò)整個(gè)要素重新繪制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在只要輕松移動(dòng)需要的修改結(jié)點(diǎn)即可達(dá)到修改的效果，如圖4所示。

圖4 動(dòng)態(tài)編輯效果Fig.4 Dynamic editing effect

（4）數(shù)據(jù)屬性測(cè)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(chǔ)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(cè)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(shí)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(chǔ)到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，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(kù)對(duì)圖形和屬性進(jìn)行還原顯示。

3 結(jié)語(yǔ)

以現(xiàn)有測(cè)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(tái)及其XFM建模機(jī)制，開(kāi)發(fā)了MapStation地圖要素管理系統(tǒng)，并通過(guò)安徽金寨項(xiàng)目的測(cè)試，驗(yàn)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(duì)中文支持較差，要想在測(cè)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(cè)繪在基于MicroStation平臺(tái)三維設(shè)計(jì)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(zhǎng)輝,等.XFM在制圖和GIS數(shù)據(jù)一體化建庫(kù)中的應(yīng)用研究[C].全國(guó)測(cè)繪科技信息網(wǎng)中南分網(wǎng)第23次學(xué)術(shù)信息交流會(huì),2009.

[3]張鵬程,方鋒,李長(zhǎng)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(cè),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(jí)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