马京振，肖 强，温伯威，杨 超

(1.信息工程大学，河南 郑州 450001；2.96633部队，北京 100096)



基于MicroStation的定向地图制图系统的研究与实现

马京振1，肖 强1，温伯威1，杨 超2

(1.信息工程大学，河南 郑州 450001；2.96633部队，北京 100096)

定向地图是定向运动中的必备工具之一，是决定比赛成功的关键因素。文中分析定向地图的特点，总结OCAD软件制图的流程及存在的问题，提出定向地图的一体化生产模式，并对地图符号化、属性管理、地图编辑等关键技术进行重点研究。最后，在MicroStation平台上通过MDL二次开发，设计实现定向地图制图系统，主要包括数据准备、地图编辑、出版处理等功能，该系统在实践中得到较好的应用。

定向地图；一体化生产；地图符号化；MicroStation

定向运动是一项世界性的体育运动，是参与者借助指北针和定向地图，在比赛区域内选择路线、寻找目标，力争用最短时间依次找到图上检查点并完成比赛线路的户外运动，它能锻炼人的身体素质和野外识图用图能力，娱乐性和实用性兼备。定向地图是公平竞赛的基础，也是发展这项运动的重要条件，因此，制作出准确、清晰的定向地图尤为重要。

目前，大多数的定向地图是利用OCAD软件绘制的，但由于不是专业的制图软件，其存在图形编辑不够灵活、不能实现一体化生产等问题。MicroStation制图系统不仅具有良好的图形化作业环境，而且能够管理图形的各种数据信息，目前在测绘中的应用越来越广泛。本文以定向地图一体化生产的需求为牵引，对定向地图制图系统的设计和实现进行重点研究。

1 定向地图及其特点分析

1.1 定向地图介绍

定向地图是定向运动员野外找点必备的参考工具，是一场定向比赛成功的关键因素之一，从参赛人的角度看，一张准确和清晰的地图是选择路线的可靠向导，指引他们沿着一条选定的、适合自己的定向技能与体能的路线前进。定向地图上必须包含对参赛人来说是明显的、从使用者角度看是有价值的地面特征物[1]，通常情况下，地图表示的内容包括地貌、岩石与石块、水体与湿地、植被和人造特征物等五类地理要素。

1.2 特点分析

与普通地形图相比，定向地图的特点：

1)地图符号与颜色方面：普通地形图图式中包含几百种符号，而定向地图只有一百多种符号。在颜色表示方面，定向地图中基本地理要素(如水系、地貌等)的颜色与地形图类似；但对于颜色的组合使用，定向地图将其赋予了描述实地通行程度、可跑性等含义，并使用不同颜色或者同一颜色的不同亮度来区分不同的植被符号，如白色是指通行路况较好的树林，绿色越深表示树林越密，通行度越差。

2)注记表示方面：普通地形图中的注记分为名称注记和说明注记[2]，而定向地图上除了特殊情况需要标注高程外，没有其他文字或数字注记，替代注记的是检查点说明表(表1展示了检查点说明和对应的文字解释)，包括点位的特征物、外观细节、尺寸与组合等信息描述，通过符号来表达部分重要地理要素的属性信息。

表1 检查点说明和文字解释

3)其他方面：普通地形图以精确的数学模型为基础，有精确的比例尺和地图分幅要求；而定向地图比例尺不固定，图幅范围不确定，对地图分幅没有要求。定向地图是使用经纬度坐标而不是直角坐标来确定地理目标位置，而且为了便于指北针的使用，图幅上是磁北方向而不是坐标北方向。

2 定向地图的数据分类及制作流程

2.1 定向地图的数据分类

定向地图的数据来源于基础地理信息数据，需要利用的多源空间数据的种类主要包括：①国家基本比例尺地形图：已建成的空间数据库是定向地图的重要数据源，其中1:10000的大比例尺地形图，精度较好，适合定向地图的底图；②航空数据与遥感影像：基础航空摄影和遥感技术是获取基础地理信息的主要手段，航空摄影数据和遥感影像包含丰富的信息，在制图领域发挥着越来越重要的作用；③实测数据：野外实地测量的数据精确性较高，通过GPS和全站仪测量可以获取精确的点位坐标,可作为一种重要的补充数据；④纸质地图：对于没有矢量数据的区域，可通过扫描矢量化的方式生产空间数据[3]；⑤其他专题数据。

2.2 定向地图的制作流程

OCAD软件是八十年代后期瑞典、挪威定向工作者研制出来的一款专业的定向地图制作软件，目前大多数专业的定向地图都是由该软件绘制的[4]，利用OCAD软件制作定向地图的流程如图1所示。

图1 利用OCAD制作定向地图的流程

①根据定向运动的区域特点，结合现有该区域的制图信息，选取相应数据格式、坐标系统比例尺恰当的地理信息数据，在此基础上设计路线，设置起点、终点和打卡机位置点；②选择OCAD软件中已有的定向地图模板，导入选取的地图数据，根据需要进行野外实地测量，然后进行定向地图的编辑修改，根据设计好的路线绘制路线图，并设置检查点说明，完成整个地图的绘制；③将制作好的地图通过打印或印刷的方式输出成图。

2.3 存在问题分析

OCAD软件是一款专业的定向地图制作软件，其提供ISOM2000的标准图式，为制作标准的定向地图提供很多便利，但是其仍然存在一些问题：①定向地图从某种意义上可以看作是一种特殊的专题地图，但OCAD软件并不是一款通用的制图软件，数据采集、图形处理以及编辑修改等功能不够灵活；②定向地图的制作需要对多源数据进行综合利用，OCAD软件只能够进行地图编辑，不具备投影变换、几何纠正、空间数据符号化等数据处理功能；③利用OCAD软件能够实现定向地图的编制，但不能生产该地区定向地图的空间数据，对进一步利用定向数据进行分析造成诸多不便。

3 MicroStation环境下定向地图制作的关键技术

OCAD软件只能完成定向地图的绘制，不能实现定向地图制图与地理信息的一体化生产，因此，鉴于MicroStation软件在图形编辑以及在数据管理方面的优势，本文主要探究MicroStation环境下进行定向地图一体化生产的关键技术。

3.1 总体方案及技术流程

MicroStation环境下定向地图的一体化生产模式，总体方案和技术流程如图2所示，首先收集制图区域的数据资料，对多源数据进行相应的预处理，如坐标系转换、投影转换和几何纠正等；然后将相应的数据导入到MicroStation数字制图平台，连接数据库，进行数据的符号化处理；再进行编辑修改、关系处理和绘图检查等操作；最后进行地图的出版处理，得到纸质定向地图。其中，定向地图的符号化表达、属性管理与地图编辑技术贯穿于整个定向地图的一体化生产过程，是定向地图制作的关键技术。

图2 定向地图一体化生产的总体方案及技术流程

3.2 定向地图的符号化表达

地图符号化技术是数字制图的核心技术，符号化表达的好坏决定了制图成果的优劣[5]。定向地图的符号化过程实现地图要素编码与定向地图符号的对应过程[6]，这种符号化表达是在制图的全过程而不是某一环节实现符号化，并满足定向地图要素采集、编辑修改能实时符号化的要求，符号化后的地图符号最终定向地图出版时的地图符号。

3.2.1 定向地图符号库的建立

实现定向地图的符号化，必须有相应的符号库支持。MicroStation提供便利的符号制作工具，根据定向地图图式规范的要求，建立相应的符号库。

1)符号线宽规定。MicroStation中提供了32种线宽变化(WT=0～31)，根据图式符号的尺寸要求，在符号制作前建立线宽与实际尺寸的对应关系，如WT=1代表0.1 mm。

2)符号颜色规定。定向地图的符号主要由7种颜色构成，在MicroStation中根据符号的颜色规定设置色表，定义每种颜色的RGB值和地图出版时的CMYK值，并建立两者的对应关系，如1号色代表100%蓝，2号色代表75%蓝。

3)点状符号制作。点状符号在MicroStation中称为图元(cell)，每个图元由点、线、圆弧等基本元素构成，根据定向地图符号的颜色、线宽、长度等规定制作点状符号即可，最后保存在图元库中。

4)线状符号制作。定向地图的线状符号比较简单，可由一组基本的图形单元循环配置而成。MicroStation提供的线状符号制作工具比较强大，首先建立线型库，然后根据图式要求制作线状符号即可。

5)面状符号制作。定向地图面状符号由填充色和填充样式组成，MicroStation中不提供面状符号库，而是提供“区域填充”工具，把填充图案放到图元库或线型库中，利用填充工具完成面状符号的制作。此外，还可以根据自己的需要，在MicroStation的基础上进行二次开发，完成复杂面状符号的制作。

3.2.2 多源数据属性编码与定向地图符号的对应

在定向地图的符号化过程中，由于没有现成的定向地图数据，通常利用已有的地形图数据作为基础底图数据，通过建立地形图要素属性编码与定向地图符号的对应关系，进而实现定向地图的符号化。由于定向地图要素种类少、符号少且没有注记的特殊性，两者的对应关系如下：①一一对应：部分地形图要素和定向地图的符号是一一对应的，如等高线、冲沟、陡崖等地貌要素；②多对一：普通地形图的要素种类多，定向地图的要素种类少，因此很多地形图要素和定向地图符号是多对一的关系，如地形图中的单线铁路、复线铁路、窄轨铁路对应定向地图中的铁路符号；③零对一：定向地图只表示对参赛人来说有价值的特征物，而地形图需要详细表示各类地理要素，因此很多地形图中的要素是不需要在定向地图中表示的，如测控点、境界、部分公共设施和水文要素等。此外，定向地图的制作通常需要进行外业测量，在对外业测量数据进行符号化处理时，建立外业测量数据属性编码与定向地图的对应关系，进而将实测数据符号化表达为所需要的定向地图数据。

3.2.3 定向地图符号化的控制

分层规定定义了不同要素的优先级关系，可以实现定向地图要素关系的处理；符号化控制表确定了符号化的对应关系，用户可通过建立不同的控制表，实现不同地图内容的符号化。

1)分层规定。定向地图要素的关系处理复杂，实现地图的出版时要考虑不同要素压盖关系，因此把地图要素放在不同的层上，灵活地进行压盖关系。分层是分类的细化，分层的规定主要受地图要素类型、符号颜色、要素压盖优先等级等因素的影响，MicroStation中定向地图的分层如图3所示。

2)建立符号化控制表。通过建立符号化控制表可以控制定向地图符号化的整个过程，控制表中按点、线、面要素进行归类并进行控制。点、线要素控制表的内容主要包括符号名称、要素编码、层名、颜色、宽度等，面状要素的控制表较为复杂，还包括填充色、填充样式等。

图3 MicroStation中定向地图的分层显示(部分)

3.3 定向地图属性管理与编辑技术

如果仅仅实现定向地图的生产，则不需要空间数据的属性管理，制图系统只需提供图形编辑功能即可，但是在定向地图制图与空间数据一体化生产模式中，必须在制图的过程中使用属性管理，并实现基于属性管理的编辑修改，把地图生产的过程同时变成空间数据生产的过程。

3.3.1 属性管理在定向地图中的应用

属性管理是GIS中非常成熟的技术，是GIS应用分析的基础，而目前的制图软件都是基于图形或符号的，在地图制图中借鉴属性管理的技术，能够使空间数据管理与地图制图有机结合，从而进行一体化的生产[8]。如果要存储属性信息，就必须在定向地图制图的过程中连接属性数据库，用它存放定向地图要素的各种地理属性信息(主要是定位坐标和编码属性信息，不包含注记信息)，符号化之后通过指针连接起地图符号与属性记录的联系。只有这样，经过地图编辑修改后，地理要素的属性信息不会丢失，才能进行地理信息的生产或更新。其中，定向地图要素的空间坐标可从作图平面上获取平面坐标，再经投影变换得到，属性信息从属性数据库中提取，最终得到所需要的地理空间数据，这就是空间数据的生产过程。MicroStation平台中，定向地图的属性信息数据使用通用的关系型数据库存储，地图符号文件通过ODBC形式连接属性数据库。

3.3.2 基于地理属性管理的定向地图编辑

在地图制图的过程中使用属性数据库管理要素属性，可以实现地图编辑从基于图形、符号到基于地理属性的飞跃[9-10]。在定向地图的符号化控制表中，已经定义了地理属性与定向地图符号之间的关系，在连接了属性数据库之后，就能够存储地图符号的各种属性信息。如果要修改一个地图要素，首先修改属性数据库中它的属性信息，然后根据要素的编码信息确定改变的定向地图符号，完成修改操作。这种基于地理属性管理的定向地图编辑方式，既能够编辑修改地理要素的属性信息，同时能够编辑修改对应的定向地图符号，可大大提高工作的效率。

4 系统的设计与实现

4.1 系统的总体设计

本系统在MicroStation V8平台下，采用MDL语言(MicroStation Development Language)实现，MDL是一个完整的开发环境，支持标准C语言，并且提供了MicroStation的各类图形函数库。系统的总体设计如图4所示，系统的主界面如图5所示。

4.2 系统的主要功能

基于MicroStation的定向地图制图系统的主要功能：

1)多源数据处理功能：系统能够对定向地图的相关数据进行处理，包括对地形图数据、野外测量数据、纸质地图、遥感影像等多源数据的输入和读取，能够实现投影转换、坐标系转换、几何纠正等数据预处理功能。

2)定向地图符号化功能：系统中建立定向地图的符号库，在数据读取与符号库的基础上，能够实现地图的符号化功能，为进一步的编辑修改和出版成图提供便利。

3)定向地图编辑与修改功能：MicroStation软件提供强大的地图编辑功能，在此基础上，系统能够实现要素的采集、图形的编辑修改、要素查询、制图综合处理等功能。

图4 定向地图制图系统的框架设计

4)定向地图属性管理功能：系统连接空间数据库，能够对空间数据的属性信息进行管理，并实现基于属性管理的编辑修改，在管理属性信息的同时对图形、符号进行编辑修改，把空间数据的管理与地图制图结合在一起，可以实现定向地图的一体化生产。

5)定向地图整饰与出版功能：系统中能实现地图整饰的功能，包括图名、比例尺、指北针、检查点描述表以及路线设计等；在地图出版方面，还可以实现颜色空间转换、添加图形蒙片等功能，最终以打印或印刷的方式输出成图。

5 结束语

本文设计研发的定向地图制图系统，克服了传统OCAD软件制图的不足，能够将地图制图与空间数据管理有机结合在一起，进行定向地图的一体化生产。由于MicroStation软件在制图方面的优势，该系统界面友好、操作方便、性能稳定，而且具备定向地图的数据准备、地图编辑、地图出版等功能，目前该系统在实践中得到较好地应用。

[1] 严薇,周辉,杨佳,等.MicroStation在数字专题地图中的应用[J].测绘与空间地理信息,2011,34(4): 233-235.

[2] 张晓威.定向越野[M].2版.北京: 星球地图出版社,2013.

[3] 王家耀,孙群,王光霞,等.地图学原理与方法[M].北京: 科学出版社,2009.

[4] 陈换新,孙群,严薇,等.基于多源数据(资料)的地理空间信息提取及更新系统的设计[J].测绘通报,2010(2): 17-21.

[5] 叶乘鸾,范冲,邹峥嵘.制作定向地图的一种新方法[J].测绘与空间地理信息,2005,28(3): 59-61.

[6] MACEACHREN A M.The Role of Complexity and Symbolization Method in Thematic Map Effectiveness[J].Annals of the Association of American Geographers,1982,72(72): 495-513.

[7] 祁华斌,艾廷华,胡珂.基于ArcGIS的地图符号库建立及符号化实施[J].测绘通报,2003(1): 14-17.

[8] Liu Q.Study on the Connection of GIS Graphic Data with the Attribute Data[J].Mine Surveying,2001.

[9] 陈海莉，毛伟，王慧莹.测绘成果管理系统架构与实现研究[J].测绘与空间地理信息，2015,38(9)：197-199.

[10] 刘海砚.地图制图与空间数据生产一体化理论和技术的研究[D].郑州：信息工程大学,2002.

[责任编辑：李铭娜]

Research and realization of orienteering map system based on MicroStation

MA Jingzhen1,XIAO Qiang1,WEN Bowei1,YANG Chao2

(1.Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China; 2.Troops 96633,Beijing 100096,China)

Orienteering map is one of the essential tools of orientation movement,which is the key factor that determines the match.This paper analyzes the characteristics of orienteering map,concluding the process and existing problems in cartography with OCAD software.An integrative production mode of orienteering map is proposed,and the map symbolization,attribute management,map editing are studied in this paper.At last,the orienteering map system is developed by MDL on MicroStation,with many functions,such as data preparation,map editing and publishing process,and the system can be applied to the practice.

orienteering map; integrative production; map symbolization; MicroStation

引用著录：马京振，肖强，温伯威，等.基于MicroStation的定向地图制图系统的研究与实现[J].测绘工程，2017，26(1)：55-60.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.01.012

2016-04-28；

2016-05-03

国家自然科学基金资助项目(41571399;41071297)

马京振(1993-)，男，硕士研究生.

P258

A

1006-7949(2017)01-0055-06