王新福  刘九亮
(测绘总队)

(摘要) 本文基于对影响AutoCAD下数字地图生产效率和成果质量的因素分析，介绍了通过开发以特征为导向的数字地图采集和编辑软件《地图专家》，来实现AutoCAD下数字地图的规范化绘制。

(主题词) 计算机辅助设计(CAD)、地理信息系统(GIS)、数字地图、特征、规范化、标准化、自动综合、组件

1 引言

    AutoCAD图形软件在我国有极高的市场占有率，其功能强大，被广泛应用于基本建设的规划、勘测、设计、施工过程中，其图形格式已成为事实上的工业标准,各应用单位在使用数字地形图时常要求提供AutoCAD格式图形文件。随着各应用单位对数字地图应用的深入，用户对数字地图的生产提出了更高的要求。用户对数字地图的需求一般具有如下的特点：批量性、时效性、规范化、标准化。因为AutoCAD为通用的图形平台，直接利用其生产地形图并不方便，对作业人员要求高。如何在AutoCAD环境下缩短生产周期，使作业简单高效，适合批量生产，实现数据的标准化、规范化，保证成果的质量已成为专业数字地图生产单位必须研究和解决的问题。

2 当前数字地图生产和应用的需求

2.1 优化生产过程
    用户对数字地图的使用方式一般有三种：出纸介质图、利用CAD直接在数字地图上进行设计、GIS矢量建库。数字地图的生产过程一般包括矢量数据的采集和编辑，其中数据的编辑根据目的不同包括：制图编辑、GIS矢量建库编辑、利用大比例尺数字地图编绘小比例尺地图(即地图综合)。传统生产过程，这些工序是独立的，造成重复作业，缺少效率，数据质量不易保证等到诸多问题。生产单位为了优化生产过程，减少重复工作，提高作业效率，降低成本，希望将地图制图、GIS矢量数据建库、地图综合等结合起来实现一体化的设计和作业。
    为了实现地图制图和GIS矢量数据建库的结合，需要解决好两者对数据要求的异同：
    (1)地图追求图面、视觉表达，有时要对地图元素作相交、压盖、移位等处理，GIS则要求地理要素的空间定位和拓朴关系必须正确。
    (2)地图以注记的形式表示描述性信息，GIS则使用属性项表示描述性信息。
    (3)合理的、规范的分类、分级可以满足不同专业、不同应用、不同层次用户需要。地图对不同类别、不同分级的地理实体一般采用分层、颜色、符号和注记的样式大小等表示方法。GIS则在对地理要素分类、分级的基础上合理编码，予以区别。
2.2 规范化、标准化
    规范化、标准化作为数字地图的质量的组成部分，在生产和应用中变得日益重要。实现从技术设计到作业的整个生产过程的规范化可有效地提高数据的质量，保证成果的规范化和标准化。数字地图成果的规范化、标准化内容主要包括如下方面：地图比例尺；坐标系统和地图投影；图形分辨率和精度；地理要素的分类、分级、代码；地图要素的分层、颜色；地图要素的符号化、注记；地图整饰；地理要素的空间特性(如简单分为点、线、面)及图元类型。对上述内容的规范化和标准化，是实现地图制图、GIS矢量数据建库相结合，地图综合自动化的必要条件。

3 AutoCAD下生产数字地图遇到的问题

    因为 AutoCAD平台并不包括专业的地图绘制和GIS数据处理的有效工具，直接在AutoCAD下进行数字地图的生产，是很难满足上述数字地图生产和应用的需求的，利用AutoCAD进行数字地图生产困难较多，效率不高，周期较长，成果质量不高，用户反馈意见较大。以下列出一些对效率和数据质量影响较大的问题: 
    (1)放入地图要素的操作步骤复杂，输入键太多。如插入一个点状符号，即使对于一个设计工作比较完善的数字地图项目，作业者要查看图例(包括符号块名或文件名索引)、层、颜色设计文档，在图形环境中设置当前层和颜色，选择符号块插入，设置比例参数和方向等。
    (2)AutoCAD中功能无法较好地实现地图符号化，如线型(Linetype)和多线样式(Multiline Style)对于地图中线状要素的符号化来说是远远不能满足要求的。
    (3)数据作业质量不易控制，不容易实现数据的规范性，同一种地图要素，不同的作业者或同一作业者在不同时间可能用不同的图元类型来完成，如点状要素有以插入符号块(Block)表示，有以插入点图元来表示，有直接用别的简单图元来画成；线状要素有以线段(Line)线型来完成，有以多义线(Polyline)线型来完成，有以多线(Multiline)样式来完成，有以几根平行的多义线来画成；面状要素边界有以多义线(Polyline) 来表示，有以区(Region)来表示；面状要素符号化有以阴影(Hatch)图案(Pattern)来表示，有以插入排列的符号块来表示；图形采集有有二维的，三维的。
    (4)空间数据与图面装饰图形易混在一起。
    (5)图形拓朴不易保证，如面状图形不一定封闭。

4 AutoCAD下规范化地图软件解决方案

    基于上述在AutoCAD下生产数字地图的不利因素，直接利用AutoCAD生产数字地图是低效且质量不易保证的。为了解决AutoCAD下进行数字地图生产的不足，简化操作，提高效率，实现数字地图产品的规范化、标准化，实现地图制图和GIS矢量数据建库的结合，提高地图综合的自动化水平，优化生产过程，缩短生产周期，提高数据质量，我们结合多年在数字地图生产方面的实践经验，在AutoCAD平台下二次开发了《地图专家》软件，取得了良好的效果，在此作一介绍。
4.1 AutoCAD平台的开发环境
    AutoCAD 2000具有比以前版本更为开放的体系结构，为用户提供了多种定制、扩展功能的手段，其编程接口主要包括 ActiveX Automation、VBA、AutoLISP、Visual LISP和ObjectARX。可以通过ActiveX访问AutoCAD包括图形对象在内的简易接口机制，也可以通过ObjectARX使用C++完成更复杂的开发任务，包括创建自定义的类。为了进行快速应用开发，并保证软件的功能和执行效率，提高程序的适应性，先进性、强壮性，我们主要采用了C++和VB两种语言开发工具进行开发，模块内部采用C++来实现，交互控制和模块之间调用采用ActiveX接口进行。
4.2 《地图专家》基本原则及思想
4.2.1 简易性原则
    该软件的目标是提供最有效的工具，让使用者以最简易的方法，最少的操作、最短的时间完成高质量的、专业的数字地图的制作。
4.2.2 特征导向思想
    该软件基于特征导向的思想，通过设计地图特征系统、地图符号化系统、地图采集和编辑系统等功能模块，为AutoCAD下数字地图的生产提供一套简易高效的专业工具，实现生产过程和数据的规范化、标准化，保证数字地图产品的质量。采用地图制图、GIS矢量数据建库一体化的生产过程，降低生产成本。并将特征用于辅助生成元数据、地图综合的自动化。
4.3 《地图专家》特征系统
    《地图专家》软件的设计主线是通过对数字地图的特征(Feature)进行科学提取，建立特征库，在运行时间使得地图对象的采集处于规则的控制下，并通过自动继承特征信息，来保证数据采集的规范性和简易性。
    地理对象的特征在本软件中分为图面特征、空间特征、采集特征和属性特征，其具体特征项如：特征编码、特征名称、分层、颜色、注记字体、符号、空间类型、图元类型等。特征库直接为通用关系数据库格式，便于维护和与其它系统交互。地图特征的设计、管理由一独立于AutoCAD环境的核心组件来实现，该组件(称为地图要素管理器，或地图要素组件)向外部实现了ActiveX接口，并有可视化界面。特征设计者通过组件的设计界面，将特征参数信息存入特征库。GIS建库时根据特征参数信息生成空间数据库模型方案(Database Schema)。在AutoCAD下采集地图数据时，作业者使用该组件选取地图特征，系统控制程序通过ActiveX接口调用其服务，实现地图特征放入图形文件的任务。也可以在其它软件平台(如MicroStation)下通过调用该地图要素组件的服务，从而实现其它图形平台下由地图要素组件管理的统一地图特征库的使用。
    通过地图特征系统的科学设计，使得数字地图生产项目从技术设计开始的整个过程中，各个作业单元采用统一的特征库对作业过程、成果标准进行控制，保证了成果质量，实现了地图和建库的一体化，提高了生产力。
4.4 《地图专家》符号系统
    《地图专家》符号系统包括简便的符号设计功能、高速的符号解释功能和有效的符号整饰功能。它紧密地集成于数字地图特征系统。通过对国家标准地形图图式及其它专题图符号的研究，本符号化系统设计先进，采用简单的矢量图形可完成几乎所有的地理数据符号化。
    对应于地理数据的点(包括有向点)、线、面三种类形，构成符号的基本元素及解释方式既不同也有共性。点符号基本元素由带宽度线划、圆、实心圆、实心多边形、圆弧等组成。线符号基本元素由实线、虚线、点符号、渐变线等组成，面符号由点符号或线排列的实心或空心组成，其基本元素为点符号、线等。
    利用地图要素组件的符号设计界面，本软件将各符号的参数信息块存入符号库，向AutoCAD图形文件中放入地图要素时，地图要素组件系统根据相应符号名的参数信息块生成运行时符号对象，该对象负责将地理数据解释为本软件的地图符号的矢量图形定义，然后通过ActiveX接口在AutoCAD下生成对应的符号块(Block)。所有相同符号名的点符号只是在图形文件中插入了一个块定义的多个参考(BlockRef)，每个线状或面状符号都有一个符号块(Block)定义和参考(BlockRef)。符号块(Block)仅使用二维多义线，圆等简单图形元素来定义，并尽可能保证符号块的定义没有冗余数据。
    本软件也提供了在AutoCAD下编辑整饰符号的功能，利用同一个工具实现了对点符号、线符号、面符号的编辑。它实际上是对符号块定义的编辑，对应于该定义的每个块参考(BlockRef)都会随着改变。如果执行删除符号操作，块参考将被删除，如果块定义没有一个参考，符号块定义将被删除。
4.5 《地图专家》图形采集和编辑工具
    图形采集和编辑模块的开发依赖于AutoCAD平台环境，通过开发简易高效的地图采集和编辑功能，配合AutoCAD下原有的图形命令，可轻松完成数字地图的绘制。软件的这部分功能实现AutoCAD同地图要素组件的联接，地图要素的采集，符号(点、线、面)的编辑、删除，控制地理实体的结构线是否可视，结构线的地图特征解释，翻转线方向，连接线，正交形，局部修线，光滑线，等比内插等高线，斜坡齿线到坡角线的延长，等高线赋高程等。利用该软件采集和编辑的数字地图，GIS数据和图面整饰在AutoCAD图形文件中是分开管理的，可同时满足地图制图和GIS建库的要求。
4.6 《地图专家》工作流程
    利用该软件进行一个数字地形图的生产项目的典型流程为：项目负责人进行数字地图项目技术设计，包括设计特征方案，选择已有的国标特征库(或设计专题特征)，并对项目的地图比例尺、精度等进行设置，作业员即可开始作业，作业时从《地图专家》的地图要素表中选取要数字化的地图要素，在规则的控制下采集数据点，系统将图面特征和地理特征放入当前图形文件。分别经过建库的编辑处理和图面的编辑处理，得到GIS建库和制图的要求。这种生产方式对技术负责人要求稍高，需掌握利用本软件进行包括地图符号在内的地图特征的设计，一般作业者则可很容易掌握操作过程。特征方案设计的好坏直接影响后续的地图综合、GIS应用、地图管理和用户使用。特征方案可用于辅助生成元数据，用于地图数据管理，维护、更新和提交用户。

图1  《地图专家》工作流程图

4.7 软件应用情况
    《地图专家》现在已经有大、中、小三种比例的基于国家标准地形图图示、地理要素分类编码的特征库，有与特征库相匹配的AutoCAD的模板图形文件。可直接用于生产各种比例尺的数字地形图。现已成功应用于多个数字地形图项目的生产。
    该软件在很多方面表现卓越，优于其它AutoCAD下开发的地图软件。使用该软件生产数字地图，设计容易，操作简便；地图要素分类、分层标准规范，注记层次清楚。先进智能的地图符号系统的设计，使得绘制电力线、渐变线、铁路等复杂符号变得极其容易，符号效果美观大方，满足图形精度；可同时满足CAD制图与GIS建库的需要。极大地方便了作业，规范了数字地图产品的质量，受到了数字地图生产单位和用户单位的一致好评。

5 结束语

    以上简介了在AutoCAD下二次开发地图软件的一种方案和实现，通过特征导向的思想将数字地图数据的采集和编辑，地图的符号化等专业地图功能贯穿在一起，可以有效地解决AutoCAD下生产数字地图的不足之处，实现数字地图产品的规范化、标准化，使专业的地图生产极其简易。

主要参考文献
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