基于Bentley Map的地图要素管理系统构建及应用

赵杏英，王国光，陈健，顾德山

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122；2.浙江省工程数字化技术研究中心，浙江杭州，311122；3.浙江华东工程数字技术有限公司，浙江杭州，311122；4.中铁隧道集团有限公司杭州分公司，浙江杭州，310014）

基于Bentley Map的地图要素管理系统构建及应用

赵杏英1，2，3，王国光1，2，3，陈健1，2，3，顾德山4

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122；2.浙江省工程数字化技术研究中心，浙江杭州，311122；3.浙江华东工程数字技术有限公司，浙江杭州，311122；4.中铁隧道集团有限公司杭州分公司，浙江杭州，310014）

由于现有CAD和GIS两类软件不能同时满足制图与GIS数据管理需求，笔者提出了一种以Bentley Map为软件开发平台，利用XFM建模机制构建满足制图和GIS数据管理一体化的MapStation地图要素管理系统，并对系统构建过程中的关键技术进行了详细介绍，最后结合安徽金寨工程地形测图项目，验证了系统的可行性。

地图要素；XFM；建模；制图；GIS

0 引言

地图要素是构成地图的基本内容，分为数学要素、地理要素和辅助要素。CAD软件一般从地图制图的角度出发，强调制图要素的几何表达，即符号化和艺术化，而忽略要素的属性、空间表达，要素之间的关联性较差；现有的GIS软件则侧重于要素的存储与管理，虽然几何表达上也尽量在与CAD软件靠近，介于软件平台的局限性，在表达效果上仍不如CAD软件直观和形象。如何结合这两种软件的优势，在同一个软件上既能满足制图效果，又能以GIS方式进行要素的存储与管理，是当前CAD和GIS软件所共同努力的目标。

Bentley Map是一款专门为全球基础设施领域从事测绘、设计、规划、建造和运营活动的组织而设计的功能全面的GIS软件。它增强了Microstation的各种基本功能，可为创建、维护和分析精确的地理空间数据提供强有力的支持，可以轻松地将各种来源的数据整合到工程和测绘工作流程中，并且能够实现多种数据类型的实时转换。Bentley Map跟Microstation紧密集成，可以同时操作光栅和矢量数据，无缝的互操作技术可以轻松使用各个行业的空间数据。因此它是一款兼具CAD和GIS功能的软件。另外，Bentley Map还提供了用于定义要素、属性、符号、行为以及放置方法的管理工具GSA（Bent⁃ley Geospatial Adiministrator），用于在一个界面中管理XFM框架，定义和维护XFM项目文件。

XFM（基于XML的要素建模）技术引擎是Bent⁃ley最新提供的用于定义地理空间要素的建模工具，Bentley地理信息产品（包括XM和V8i版本）都使用了该技术。XFM具有如下特点及优势：（1）要素的图形和属性可以包含在同一个DGN设计文件里，提供了独特的脱离数据库工作的能力，要素可以被拷贝、移动、删除，用户操作可以被恢复和重做，而不要担心破坏数据连接；（2）XFM引擎由XML元数据驱动，这些元数据使用GSA产生和维护，用户不必直接面对成千上万行的XML代码及句法；（3）XFM支持基于属性的图符PBS；（4）XFM支持基于属性的标注PBA；（5）XFM要素可以为不同出图比例创建；（6）XFM提供典型的放置方法来在设计文件中放置GIS要素；（7）XFM可以使用GSA来配置，针对某些情况，可以通过编程来定制缺省工具。

虽然Bentley Map平台及其XFM技术很先进，但由于不带针对各专业的应用程序，不能直接应用到实际工作中，为此，笔者提出了一种以Bentley Map为软件开发平台，利用XFM建模机制，搭建满足制图和GIS数据的一体化的MapStation地图要素管理系统。

1 MapStation地图要素管理系统构建

MapStation地图要素管理系统侧重于地图要素的绘制及管理，采用GIS的方式来组织和处理地图数据，能够一步到位地完成地图的绘制和GIS基础数据的建立，包括地图要素定义、地图要素绘制、地图要素编辑、地图要素提升、地图要素更新和地图要素查询等功能。系统具有如下特点：

（1）在要素的管理上按照定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质八大类进行分类，各大类下又细分了二级类、三级类，地图要素齐全，定义完备。

（2）在设计上不仅考虑图式和数据入库需求，同时最大程度实现智能绘制，提升绘图效率。

（3）地图要素绘图方式多元化，界面友好、操作方便。

（4）提供多种比例尺的地图要素定义，满足不同比例尺绘图需求。

（5）开放性较强，用户可以通过地图要素管理工具，根据项目需求，对要素进行重组和扩展。

1.1 技术路线

MapStation地图要素管理系统构建的技术路线如图1所示。

1.2 关键技术

MapStation地图要素管理系统构建的关键是地图要素的配置、特殊要素方法的开发和地图要素管理器的定制。

1.2.1 要素定义

地图要素配置是MapStation地图要素管理系统的基础，每个地图要素由要素、行为和方法三部分组成。要素中定义了要素的几何属性和要素属性，几何属性用于定义要素的符号化效果，要素属性可以包括多个，一般同类要素具有相同的要素属性，介于XFM技术的灵活性，在要素定义时，一般只定义基本要素属性，如一级分类、二级分类、三级分类、要素编码等，用户可根据具体项目需求进行扩充。行为定义了用户与软件之间的交互方式，一般通过软件界面或命令提示的方式，让用户进行可视化的操作。要素图面展示、修改编辑通过方法来实现。要素定义的关键是要素数据组织方式、编码方式和分类方式的确定。

图1 MapStation地图要素管理系统构建技术路线Fig.1 Flow chart of construction of MapStation map element management system

1.2.1.1 数据组织方式

鉴于地图要素数量较多，要想既满足GIS数据的定义方式，又要兼顾要素的几何表达，原型的定义至关重要。地图要素的几何类型可分为点、线、面和注记四种，虽然大部分的要素通过单一的几何类型即可满足定义需求，考虑特殊要素的复杂性和考虑绘图的便捷性，很多要素（如带注记的房屋、斜坡等等）往往需要采用组合的方式来定义，以达到表达的效果。特殊地图要素定义一般可采用两种方式：一种是把主要素作为父要素，辅助要素作为子要素，父要素包含子要素的方式；另外一种是把主要素和辅助要素都作为父要素，要素之间不存在包含关系，相互平级。由于XFM技术能很好地维护父子要素的相互关系，因此采用第一种方式进行特殊地图要素的定义。

1.2.1.2 地图要素编码方式

一般的CAD和GIS等成图软件对于地物要素都有一套自己的编码体系，不论是按照企业标准建立还是参照国家标准建立，现有软件的要素编码基本与要素几何类型无关，这种编码方式建立的要素相对较少，一个要素往往被多个要素共用，要素之间从属关系凌乱。本系统在地图要素编码上参考DB33/T 817-2010《浙江省基础地理信息要素分类与图形表达代码》，采用10位编码方式，要素定义丰富，建立后的要素无需转换，能够直接入库，同时满足了制图和GIS建库需求。

1.2.1.3 地图要素分类方式

地图要素的分类方式决定着要素在地图要素管理器的排列方式，为便于地图要素的管理和索引，地图要素分类参考DB33/T 817-2010中三级分类方式，大类包括定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌和植被与土质等8类，中类在上述大类基础上划分出44类，小类和子类按照不同比例尺段在中类基础上进行类别划分。

1.2.2 要素方法开发

虽然GSA提供了Place（放置）、Edit（编辑）、Annotate（注记）和Promote（提升）四种要素方法，针对不同的几何类型，又提供了多个标准的Place（放置）方法，如Place Cell Free、Place Linear、Place Poly⁃gon、Place Text等等，这些方法对于简单的点、线、面和注记要素一般都能满足，在生产过程中，很多地物需要通过点、线、面和注记进行组合表达，才能达到制图的目的，因此现有的方法不能满足生产需求。本系统通过对绘图行为的研究，对特殊要素开发了相应的Place（放置）、Edit（编辑）、Annotate（注记）和Promote（提升）方法。表1以点要素为例，列举了放置涉及的主要方法。

1.2.3 地图要素管理器定制

所有定义的地图要素通过地图要素管理器调取，由于地图要素是根据比例尺来定义的，因此地图要素管理器需要与比例尺进行关联，根据比例尺进行自动更新，以满足不同比例尺的地图要素调取需求。

地图要素管理器界面由工具栏和内容列表组成。工具栏包括绘制要素、编辑要素、查看要素属性、查看属性表和搜索要素五个功能，见图2。内容列表按照三级目录方式对地图要素进行管理，三级目录方式与地图要素分类规定一致。

表1 点要素绘图行为示例Table 1 Examples of drawing behavior of point elements

图2 地图要素管理器运行界面Fig.2 Interface of map element manager

2 项目应用

以金寨抽水蓄能电站1∶1 000地形图补测项目作为测试案例，利用该系统进行地图要素的采集、编辑、入库和数据输出等操作，以验证MapStation地图要素管理系统的适用性。

（1）要素完备性测试：系统定义的地图要素齐全，能满足常规测图需求。

（2）制图效果测试：本系统由于采用最新版本的地形图图式，并提供了不同比例尺的地图制图环境，绘制的图形能满足出图的需求。图3列举了特殊要素的绘制效果。

图3 地物要素绘制Fig.3 Drawing of surface features

（3）作业效率测试：地图要素绘制方式与常规CAD的作业模式类似，在特殊要素的绘制、修改效率上有所提高，尤其像斜坡、台阶等类型的要素修改时，传统的作业方式中，局部的修改往往需要通过整个要素重新绘制的方式来实现，现在只要轻松移动需要的修改结点即可达到修改的效果，如图4所示。

图4 动态编辑效果Fig.4 Dynamic editing effect

（4）数据属性测试：采用本系统绘制的地图要素不仅可查看到要素的几何属性，而且也可以查看到要素属性，尤其是组合要素，父要素和子要素的属性都可以查看，达到了图形和属性一体化存储的要求，数据属性界面如图5所示。

图5 数据属性界面Fig.5 Interface of data attribute

（5）数据转换测试：本系统定义的要素转换成其它数据格式（如SHP格式），要素属性能被其它软件识别并读取，而像CAD软件内置的一些属性往往不能被其它软件读取。在存储到Oracle数据库时，要素的相关属性也能一并被保存，并能从Ora⁃cle数据库对图形和属性进行还原显示。

3 结语

以现有测绘生产任务中地图制图和GIS数据管理两大需求为依托，利用Bentley Map平台及其XFM建模机制，开发了MapStation地图要素管理系统，并通过安徽金寨项目的测试，验证了该系统的可行性，为地形图生产和GIS应用提供了新的解决方案，改变了常规两大生产任务分离作业、重复加工、难管理的状况，因此该系统值得推广及应用。由于Bentley Map对中文支持较差，要想在测绘和GIS等行业做得更加深入，还需要底层技术的改进、软件商的支持与配合。

[1]刘战江.水利测绘在基于MicroStation平台三维设计软件中的应用[J].黑龙江水利科技,2012(1):112-113.

[2]张鹏程,方锋,李长辉,等.XFM在制图和GIS数据一体化建库中的应用研究[C].全国测绘科技信息网中南分网第23次学术信息交流会,2009.

[3]张鹏程,方锋,李长辉,等.基于XML的要素建模技术在地形图生产中的应用研究[J].城市勘测,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

赵杏英（1981-），女，浙江上虞人，高级工程师，主要从事地图数据处理、三维GIS应用、BIM等相关工作。

作者邮箱：zhao_xy2@ecidi.com