（地图学与地理信息系统专业论文）基于autocad的等高线综合研究.pdf

中山大拳硬士零位伦丈 基于a u t o c a d 的等高线综合研究 专业：地图学与地理信息系统 硕士生：李奇 指导教师：陈晓翔教授 摘要 在a u t o c a d 平台研发等高线综合系统是本文的主要研究目的。本文在综述制 图综合与a u t o c a d 开发的基础上讨论了等高线综合的策略，并设计开发出a u t o c a d 平台等高线综合系统。本系统采用a u t o c a d2 0 0 2 提供的o b j e c t a r x 开发包， 在v c + + 环境下开发出o b j e c t a r x 应用程序，在a u t o c a d2 0 0 2 环境下调试使用。 这种研究、开发方法，很好的解决了等商线综合实际过程中遇到的难题。最后开 发出来的等高线综合交互式c a d 系统，主要实现了以下几方面的功能： 1 等高线数据预处理。对原始等高线数据进行预处理，实现了一种基于 a u t o c a d 平台实用的等高线断线连接方法，实现断点的定位与连接。以及实现在 a u t o c a d 平台下高程属性的添加 2 实现等高线的单根线化简，并利用其处理初始等高线，使其消除数字化时 的重复点与毛刺 3 实现了等高线空间拓扑关系的构建。通过模拟人工判读等高线的过程，根 据等商线的空间几何关系。建立了等高线拓扑关系。 4 进行了等高线上地形特征点的寻找与确定，以及在等高线树结构的基础上 根据综合控制因子来追踪地形特征线。在等高线拓扑结构上追踪，不仅提高了追 踪的正确性，两且大大降低了计算量。 5 实现基于特征线的成组等高线综合。即删除次要山谷，结合o b j e c t a r x 改进实现了一种山谷公切点的判断方法 关键词； 蛳a r x 等高线综合地形特征线 甲山大掌琐士攀诬伦文 r e s e a r c ho nc o n t o u rl i n e s g e n e r a l i z a o nb a s e do na u t o c a d m a j o r ：c a r t o l o g ya n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m n a m e ：uq i a b s t r a c t t h em a i na i mo ft h i sd i s s e r t a t i o ni st od e v e l o pac o n t o u rl i n e sg e n e r a l i z a t i o ns y s t e m b a s e do na n t o c a dp l a t f o r m t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h es t r a t e g yf o rc o n t o u rl i n e s g e n e r a l i z a t i o na f t e rs u m m a r i z i n gm a pg e n e r a l i z a t i o na n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n to f a u t o c a d ，a n dd e s i g n sa n dd e v e l o p sac o n t o u rl i n e sg e n e r a l i z a t i o ns y s t e m t h es y s t e mr i s e st h eo b j e o a a xd e v e l o p m e n tk i to fa u t o c a d2 0 0 2 i ti s d e v e l o p e db yv c + a n du s e di na u t o c a d2 0 0 2 t h i sm e t h o d 1 w st h ea c t u a l p r o b l e m si nm a pg e n e r a l i z a t i o n t h ec o n t o u rl i n e sg e n e r a l i z a t i o ni n t e r a c t i v es y s t e m a c t u a l i z e st h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s ： 1 p r e t r e a tt h ec o n t o u rl i n e s r e a l i z eav a l i dm e t h o df o rc o n n e c t i n gt h ec o n t o u r l i n e sb a s e do na u t o c a d ，a n da d de l e v a t i o na t t r i b u t et ot h ec o n t o t wl i n e sb a s e d0 1 1 a u t o c a d 2 s i m p l i f yas i n g l ec o n t o t wl i n ea n d u s et h ed o u g l a s p e u c k e rm e t h o dt or e d u c et h e d u p l i c a t ep o i n t sa 皿d b u r r s o f l i n e 3 c o n s t r u c ts p a t i a lr e l a t i o n s h i pa m o n gc o n t o u rl i n e s 4 c a r r yo u tas t e pt oc o n f i r mt h et o p o g r a p h i cc h a r a c t e r i s t i cp o i n t sa n dt r a c kt h e t o p o g r a p h i cc h a r a c t e rl i n e sb ys p a t i a lr e l a t i o n s h i po f t h ec o n t o l l rl i n e s 5 g e n e r a l i z eg r o u pc o n t o u rl i n e sb a s e do nt o p o g r a p h i cc h a r a c t e rl i n e s k e yw o r d s ：o b j c c t a r x c o n t o u r l i n e sg e n e r a l i z a t i o n ，t o 删i cc h a r a c t e rl i n e 甲山夫掌蕞尘举佳沧文 前言 地图综合这个传统的问题随着信息时代的到来，被赋予了新的内涵建立多 尺度，多分辨率地图数据库是未来的发展趋势，地图自动综合在其中起着重要的、 不可替代的作用。 地图自动综合是个“世界难题”，不同地图要素的综合方法都有不同，不同 地图要素的综合标准也不同，因此目前的地图自动综合很难全面考虑各种地图要 素。地图自动综合这个关于空间问题求解的复杂课题，可从多个角度将它分解成 若干个同构或同态的子问题，使问题相对简单化。按照地图综合内容的不同，可 将地图综合分解为地貌要素综合、水系要素综合、居民地综合、道路网综合和海 洋要素综合等等高线是地貌的基本要素之一，独立性强，是空间信息库建立的 重要内容，因此等高线综合也是地图综合的重要子课题。 国内外的很多学者、专家己经对等高线的综合问题作了大量的研究，但是等 高线本身的复杂性就决定着对它实现自动综合的复杂性，因为它是以成组的二维 曲线来表示连续的三维的且复杂的地表特征。而且不同比例尺、不同区域甚至不 同流域的综合方法都会有所不同的，这些都决定着线状要素综合的复杂性，己经 成为地图综合领域的难题之一 然而等高线闻并不是孤立的，丽是以成组形式表达地貌的所以在等高线的 综合中，除了顾及到等高线的弯曲删除还要考虑到等高线间的关系等地性结构 线是等高线的骨架线，可以用山谷线和山脊线来控制等高线的综合，这与传统制 图中等高线综合原理是一致的 此外，等高线综合的实现需要一定的软件平台a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司推出的通用计算机辅助绘图和设计( c a d ) 软件包，是目前w i n d o w s 环境下应 用最广泛、使用人数最多的c a d 软件我国早期的地图制图系统中。也多数以 a u t o c a d 作为软件的开发平台，目前很大一部分地理信息数据仍是以a u t o c a d 的 数据格式( d w g ) 存储，特别是国土规划部门使用的地图数据，因此在a u t o c a v 平 台解决等高线综合的问题是一件很有意义的事情。 甲山走掌顽尘掌伍论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的及意义 自1 9 9 8 年美国副总统戈尔提出“数字地球”概念以来，不少省市纷纷提出建 设“数字城市”的计划。地图数据作为城市规划国土资源等部门决策的重要依据， 是数字城市的主要内容。但各种比例尺地图系列建设并不齐全，无法全面发挥数 字地图的功能，不利于“数字城市”的全面建设。因此必须采用先进的计算机技 术，充分利用现有大比例尺地图数据快速缩编出其它系列小比例尺地图。 当一幅地图比例尺缩小时，同样的地图元素拥挤在更小的空问垦，过多的细 节淹没了有用的地图信息，如何处理这些地图元素是必须研究的。制图综合的目 的就是生成不同尺度的数据库，为不同层次的规划、管理与决策提供适宜的信息 量，减少信息的存贮空间，降低数据处理和传输时的时间开销，对于图形而言就 是减少一些不必要的细节，突出主导要素，增强地图的阅读性。可见实现地图缩 编必须研究制图综合，制图综合是缩编的技术基础。 制图综合是地图学的主要研究内容，计算机环境下的制图综合也就是地图自 动综合是个“世界难题”，不同地图要素的综合方法都有不同，不同地图要素的 综合标准也不同，因此目前的地图自动综合很难全面考虑各种地图要素。人工智 能领域中求解问题的方法之一是把复杂的问题分解为同构或同态问题，使问题能 用简单的方式求解。而地图自动综合这个关于空间问题求解的复杂课题，也同样 可从多个角度将它分解成若干个同构或同态的子问题，使问题相对简单化。按照 地图综合内容的不同，可将地图综合分解为地貌要素综合、水系要素综合、居民 地综合、道路网综合和海洋要素综合等( 吴艳兰2 0 0 4 ) 。等高线是地貌的基本要 素之一，独立性强，是空问信息库建立的重要内容，因此等高线综合也是地图综 合的重要子课题。 由上论述可知等高线自动综合即等高线自动缩编有着科研价值以及现实意 义。目前地图自动综合多数在g i s 环境下实现，操作方便，实旌简单。然而我国 早期的地图制图系统中，多数以 u t o c a d 作为软件的开发平台，目前很大一部分 2 中山夫攀啊尘举僵沧定 地理信息数据仍是以a u t o c a d 的数据格式( d w g ) 存储( 曹国云，2 0 0 6 ) ，数据格 式的不兼容是g i s 环境下实旌地图综合的不利之处。虽然对于d w g 格式的地图 数据可以通过工具软件或者开发的程序转成g i s 兼容格式，然后再进行制图综 合，实现地图缩编但曲g 格式的数据作为c a d 的主要数据，从制图综合的角 度来说，偏向于图形综合( 毕竟c a d 数据的属性数据不多) ，a u t o c a d 环境下强 大图形处理功能能够胜任制图综合功能，实现地图自动化缩编。如果在a u t o c a d 平台中，利用其提供的开发工具，高效的实现制图综合功能，可以省去转换数据 格式，保持数据特格式等优点再者d w g 格式豹数据在测绘规划部门比较通用， 在数据格式转换过程难免有内在信息的损失，因此在a u t o c a d 环境下进行软件开 发，研究等高线综合功能，实现地图缩编是有必要的 1 2 国内外研究现状 在制图综合中，研究最多的就是线状要素的简化，新的算法和理论不断的涌 现，但是每种算法和理论都存在着自身的缺陷，所在到目前为止还没有一种算法 能圆满的解决线状要素的简化以及等高线的简化问题 在线状要素的简化中用得最多的算法就是d o u g l a s - p e u c k c r 算法、垂距法、 n t h 算法，但是每一种算法都存在着自己的局限性。u t h 算法只是简单的对点的删 除，既相隔若干个点保留一个点，这种算法没有顾及到此点在该曲线上是否是特 征点，这样就会有大量的特征点被删除，简化后的曲线不能保留原地形的特征。 d o u g l a s - p e u c k c r 算法、垂距法都能够保留曲线的基本特征，但是垂距法有时会将 特征点删除大量的试验证明，到目前为止d o u g l a s - l 把u c k c r 算法是最成功的曲 线概括的方法，对于简单的线状要素能很好的将其进行简化，但是用于综合复杂 的等高线时，就会出现算法本身难以解决的自相交的问题( 郭庆胜，2 0 0 2 ) 随着分形学和小波理论的应用，这些理论也被引入了线状要素的综合中但 是这些理论用来解决复杂的等高线综合问题，还是不够完善。分形学被誉为是大 自然的几何学，是根据自然界广泛存在的自相似性对曲线进行简化( 王桥，1 9 9 5 ) ， 但是这种方法仍然需要使用d o u g l a s - l u c k c r 算法，其结果和d o u g l a s - p c u c k e r 算 法的结果相似，只是比其多选择了一些点小波理论是基于多分辨率的分析的另 一种曲线简化的方法，用于曲线的简化有利于保持曲线轴线的延伸方向( 朱长清， ， 甲山大掌颈尘掌位论文 2 0 0 4 ) ，但是离确切的轴线还有一定的距离。 线状要素的简化不仅仅是顶点的选择，它不仅涉及到弯曲的判断，还涉及到 所综合区域的特征的判断，以及与其它目标的空间关系。如今很多号家提出，若 算法忽视地图目杯之间的空间关系就容易引起等高线的相交，为了解决这个问题 很多学者就提出了专门用于等高线综合的算法，例如c 蚴o p h e rg o l d 等使用中 心轴线和骨架线控制等高线的综合。由于等高线是以成组方式反映地形特征，因 此费立凡( 1 9 9 3 ) 进行了等高线成组综合的实验，该方法提取等高线的地形特征点 和基于等高线的地形特征线。 等高线的综合具有很大的主观性和经验性，如弯曲的识别，地形特征的判断， 以及综合手法的使用，所以实现等高线的完全自动综合带来了很大的困难。 1 3 研究内容与论文组织 在a u t o c a d 平台开发等高线综合系统，实现等高线自动缩编是本文的主要研 究目的。文章主要研究运用制图综合的方法理论实现a u t o c a o 平台的等高线缩 编，提高数据建库效率，节约建库成本，并采用a u t o c a d2 0 0 2 提供的o b j e c t a r x 开发包，在v c 十+ 环境下开发出地图综合应用程序。论文主要内容如下： 论文第一章主要介绍了a u t o c a d 环境下等高线综合的研究目的和意义，以及 目前国内外等高线与线状要素综合的研究现状。 论文第二章介绍制图综合的概念、影响因素、自动制图综合形式和基本方法。 论文第三章介绍a u t o c a d 平台及其二次开发方式，选择o b j e c t a r x 开发方式 进行系统开发工具，并介绍等高线地图数据在“t o c a d 中的组织表达方式及 o b j e c t a r x 的选择集。 论文第四章论述等高线自动综合策略，包括线状要素简化，等高线空间关系 建立，等高线地形特征线提取，以及等高线成组综合。 论文第五章介绍v c + + 环境下o b j e c t a r x 开发包开发出的等高线综合系统。 论文第六章是全文的总结。 4 甲山夫事麓士掌使伦文 第2 章制图综合介绍 制图综合( 又称制图概括) ，即c a r t o g r a p h i c ( o rm a p ) g e n e r a l i z a t i o n ，是指根据 地图的主题、用途、比例尺和制图区域的特点，对各地理要素及其内在联系加以 分析和研究，并将地面最重要、最基在本的事物或现象反映在地图上，而舍去某 些次要的、非本质的事物或现象的过程( 祝国瑞，2 0 0 3 ) 利用计算机进行制图综合，可表述为g e n e r a l i z a t i o ni nd i g i t a le n v i r o n m e n t 。 d i g i t a lg e n e r a l i z a t i o n 等形式按照m c m a s t e r ( 1 9 9 2 ) 的较完整表述，计算机制图综 合，是通过空间和地理属性的交换，从数据源导出一个符号化的、数字编码的地 图数据集的过程，其目标是减少或简化图域内地图或编码数据的数量、类型和地 图学描述。以求符合于所选择的制图目的和所面向的读者，并保持预定比例尺上 表达的清晰性。这个定义较好地表达了计算机制图综合的内涵和特点。该定义表 明，计算机综合是手工综合的延伸和发展：一方面，它继续遵循传统制图综合的 基本思想和原则：另一方面，它又不是传统意义上的制图综合，制图综合一经与 计算机相合，事实上发生了一系列质的变化这种变化不仅发生在操作层次上 也发生在思维方式上计算机综合与人工综合的主要区别可以归纳为下述三方 面： 第一，人工综合过程是极端费力的：而计算机综合通过高效率自动化动作， 力图把人从高强度的繁难手工劳动中解放出来。 第二，人工综合的过程是高度主观的，因而在各种制图综合方法的选择和应 用程度上，是个性化、风格各异的相比之下，计算机综合定额化地遵循一组预 先决定的计算机指令，以求为制图综合实践提供客观、一致性的应用方法 第三人工综合的行为始终在图域内全局，整体性考虑下进行；而计算机综合 操作是一系列按预先定义的顺序依次进行、相对独立的局部性综合措旅之组合 计算机综合至今不具备人脑综合思维的能力难以从全局、整体的角度( 而不是仅 从相邻图元的角度) 很好地评价施加在一个图元上的综合行为对其它图元综合的 影响。 上述三点实际上给出了计算机制图综合相对人工过程的两个主要优点：高效 5 中山大掌顼士掌伍伦文 率和客观性，和一个主要的缺点：局限性。克服这个局限性即不断提高综合的智 能化程度，正是计算机制图综合领域的主要努力方向。 2 1 制图综合的基本问题 毋河海( 2 0 0 0 ) 在m c m a s t e r & s h e a ( 1 9 8 9 ；1 9 9 2 ) 的地图综合概念模型基础丰提 出了地图综合的5 w 十1 h 问题。首先，地图综合的原因，即地图综合“为什么 ( w h y ) ”。这个问题已经很清楚，地图综合是指大空间到小空间的映射、生成较小 比例尺的地图或生成另一分辨率的空间数据库、为不阿层次的决策提供适宜信 息、减少信息的存储空间、降低数据处理和传输时间开销等。其次，地图综合的 实质，即地图综合“是什么( w h a ti s ) ”。毋河海指出了地图综合本质的地图信息 变换观。艾廷华进一步提出了空间映射的思想，指出地图综合过程可具体分为空 间实体映射和空问关系映射两种变换。第三，地图综合的对象，即地图综合“做 什么( w h a t i st ob ed o n e1 “。毋河海指出地图综合的对象是空间数据库中的地理信 息，包括以数字形式存储的抽象的地理实体和关系。第四，地图综合的条件，即 “何时( w h e np 综合。“何时”是指在什么条件下执行什么综合操作。第五，地 图综合的地域定位，即“何地( w h e r e ) ”综合。“何地”是指在什么地方进行( 十 么综合操作。最后，地图综合的实施，即“如何( h o w ) ”综合。关于“如何”综 合，毋河海提出了基于模型和算法的结构化地图综合原理与方法。概括起来，前 3 个问题归结为基础理论问题，后3 个问题归结为技术方法问题。 2 2 影响制图综合的基本因素 制图综合的程度和采取的方法受到很多因素的制约，包括地图的用途、比例 尺、景观条件、图解限制和数据质量等。 、地图的用途 任何一幅地图所能表示的内容都是有限的，只能满足某一方面或某几方面的 要求，所以地图内容的选择和表示，就必须考虑到地图的用途。地图用途既然直 接决定着地图内容，因而就影响着制图综合。例如1 ：5 0 0 0 0 0 比例尺地形图和 1 ：5 0 0 0 0 0 比例尺政区图，由于两者用途不同，地图内容的取舍和化简程度就很 不一样。l ：5 0 0 0 0 0 比例尺地形图是国家基本地形图之一，在军事上是战役用图， 6 卒山夫掌臻士掌伍沧文 经济上是规划用图。在科学研究方面是参考用图，在这种地图上要全面地反映制 图区域的自然和社会经济方面的基本情况：而l ：5 0 0 0 0 0 比例尺政区图是省级机 关进行行政管理、部署工作用图，在图上主要表示社会经济要素( 如境界、居民 地、交通线等) ，而对自然要素( 如地形、土质、植被等) 则可作较大的概括 二、地图比例尺 比例尺对制图综合的影响非常明显。由于比例尺的缩小，同一个制图区域在 图上的面积随之缩小，因而图上所能表示的地物数量也相应减少当地图幅面一 定时，不同比例尺地图所包括的实地范围不同，大比例尺地图所包括的地面面积 较小，小比例尺地图包括的地面面积较大，在不同范围内，对同一地物重要程度 的评价并不相同，有些事物从小范围看是重要的，但在大范围内可能是次要的 三，景观条件 景观条件对制图对象的综合有着重要的影响，这反映在同样的制图对象在不 同的景观条件下具有不同的价值，选取和概括的方法也就不同当然不同的景观 条件也决定着制图综合的原则，例如：流水地貌、砂岩地貌和冰川地貌的等高线 的概括就要用不同综合手法和综合原则 图解限制和数据质量对制图综合都有一定的影响，在由大比例尺综合到小比 例尺的时候需要了解数据的质量及数据的可靠性 2 3 自动制图综合的形式 在数字环境下，自动制图综合的形式主要有三种： ( 1 ) 自动化综合，又称为批量式综合机器自动识别空间结构、自动调用匹 配的综合算子、自动设定参量系数，在用户启动。开始”后，系统自动完成整个 综合过程输出地图，可以省去图形可视化显示但制图自动综合过程中的许多问 题是很难完全用数学语言来描述的，只能用某种算法来描述因为它是针对某类 地图综合问题的有穷的机械的判定或计算过程，用有穷条指令描述，计算机便能 按指令执行有穷步的计算过程，最后达到解决某类综合问题的目的 ( 2 ) 交互式综合，人机协同作业下完成综合过程，这也是现阶段使用最多， 相对最成熟的综合形式综合行为是不同层次决策的组合，从人工智能角度看， 综合的知识可分为几何知识、结构知识和处理过程知识。决策综合算子选取及运 7 甲山夫掌硕士掌伍伦文 用次序具有最高的智能行为，依据决策中不同的智能水平对人机进行综合行为 分工，由人完成高层次的智能决策，分析空间结构判断综合选取，而让机器完成 低层次的耗时劳动型综合行为，如执行化简、合并、移位的具体操作，人机角色 的改变取决于综合研究水平的提高，直到完全自动化。目前许多相对比较成功的 地图综合系统采用的都是这种形式，如i n t e r g r a p h 的m a pg e n e r a l i z a t i o n 中的几个 算子都需要在人机协同作用下完成。 ( 3 ) 在线式综合，这种综合最早由o o s t c r o m 提出，它不产生真正的数据综合 结果，只是将综合后数据在屏幕上实时地可视化显示，用于电子地图浏览方法镜 式的无级变焦可视化，这种综合方式要求时间响应速度快，需要层次结构综合机 制的支持( 刘志勇，2 0 0 5 ) 。 另外还存在一种伪自动化综合，建库时通过编辑做了面向综合的大量的结构 化组织工作，在数据库中显式地记录了某种比例尺下某些目标删除、某些目标聚 合的信息，地貌形态结构线也显式地标注在数据库中，在后续综合时，不要人的 参与由系统自动读取有关信息完成综合结果的输出。该方式实际上是将综合的智 能决策行为移植到数据库建库过程中，仍然由人来完成的，并不是真正意义上的 自动化。 2 4 制图综合的基本方法 制图综合是一个高度智能化的和具有创造性的作业过程，它是一个整体任 务，包含了一系列不同性质的操作，可以分解为若干个子过程来实现。由于这些 子过程之间缺少明确的内在或逻辑联系，使得这些子过程是以某种混合形式来组 合应用。制图综合的方法，是由它所需要解决的基本矛盾决定的。制图综合所需 要解决的基本矛盾，是缩小、简化了的地图模型与实地复杂的现实之间的矛盾。 制图综合的方法可以归纳为选取、化简、概括和位移四个基本方面： 1 选取 选取，是制图综合的最重要和最基本的方法。所谓选取，就是从大量的、多 种多样的制图物体中选取一部分，而舍去另一部分。选取可以是对地图内容而言， 如选取某一项或某几项内容，而舍去某一项或某几项内容；选取也可以是对同类 制图物体而言，如从大量的居民地中选取一部分居民地。 8 甲山夫掌坝士掌伍伦文 选取有很强的目的性，最重要的是基于对地图的用途要求、制图区域地理特 点的深刻认识也就是通过对地图内容的取和舍，选取符合地图主题需要的某几 项内容，而舍去与地图主题无关的某几项或一项内容；选取对地图用途要求或反 映制图区域地理特点来说是重要的制图物体，而舍去另一部分次要的制图物体。 选取的目的性通常表现在两个方面： 1 ) 遵循一定的选取顺序。选取制图物体的顺序，一般是从高级到低级，从主 要到次要从的到小的，从整体到局部 2 ) 确定具体的选取对象。地图内容的取舍不是在所有的制图物体中进行的 一般来说，有些制图物体是必取的，另一些是必舍的，而只有一部分制图物体有 取有舍因此关键是在“全取”和“全舍”之间确定具体的选取对象选取是有 比较严密的数量的规定性的，这是在地图用途和制图区域一定的条件下，由地图 比例尺限定的地图载负量决定的。为了实现选取数量的规定性，就要引入数量分 析的方法，即利用数学方法研究之徒物体的选取规律，模拟出数学解析式，并据 此计算选取指标，它一般有两种形式：一是选取物体的标准，即通常所说的选取 。资格”它是按照制图物体的数量或质量标志确定选取标准，够标准的就取， 不够标准的按条件选取。制图物体的数量标志通常包括山顶的大小、高程和高差、 山谷山脊的长度等等。制图物体的质量标志通常包括控制点的等级、居民地的行 政意义、道路的等级、境界等级等等二是选取制图物体的数量，即通常所说的 选取“定额”它是规定地图上单位面积内选取制图物体的数量例如地图上1 0 0 平方厘米内选取1 2 0 个居民地。两者各有自己的局限性，单纯实用其中的一种方 法很难解决制图物体选取得全部问题，因此一般是两种方法配合使用 2 化简 制图物体的形状在地图上是用平面图形表示的，它包括内部结构和外部轮廓 两个方面。所谓化简。就是化简制图物体的平面图形，即化简其内部结构和外部 轮廓化简的结果，是导致制图物体平面图形的简化 制图物体的平面图形就其表现形式而言，无外乎线状和面状两类。前者如河 流、道路等等，后者如居民地、湖泊等等。随着地图比例尺的缩小，它们的平面 图形都要按照一定的规律被简化 化简也具有明确的目的性。它通过对制图物体平面图形的化筒，表达其外部 轮廓和内部结构的基本特征和典型特点为此，必须有科学的化简方法与步骤。 9 中山夫掌颧士学位伦文 化简同样具有数量的规定性。通常是根据视觉读图的条件和反映制图物体平 面图形特征的需要，规定碎部图形的最小尺寸和化简的比例。 3 概括 概括，是指减少制图物体在质量和数量方面的差别，包括数量特征的概括和 质量特征的概括，它是通过制图物体的分类分级来实现的。 制图物体数量特征的概括，即减少制图物体在数量特征方面的差别，这就是 按数量分级的问题。而且随着地图比例尺的缩小，制图物体按数量分级的数目越 来越少，即级差越来越大，制图物体的数量特征表示得越来越概括。例如，按人 口数分级的居民地表示法。 质量特征的概括，在于以概括的分类代替详细的分类，以综合的质量概念代 替各个物体的具体的质量概念。它包括概念的抽象、分类和概念的转换。例如， 将针叶林、阔叶林和混交林合并为森林：将喀斯特山地、喀斯特丘陵、喀斯特台 地、喀斯特溶蚀堆积盆地合并为喀斯特地貌。 4 位移 位移，是编图时处理各要素相互关系的基本方法，其目的是要保证地图内容 各要素总体特征的适应性，即与实地的相似性。 编图时正确处理各要素相互关系包括两个方面的问题：一是符号化及其组合 法则要能正确表达相互关系，这是涉及符号时应当解决而编图时正确使用符号的 问题；二是由于地图比例尺的缩小，以符号表示的各个物体之间的相互压盖，模 糊了相互间的关系，使人难以判读，这就需要采用图解的方法加以正确处理。 解决由于符号相互压盖而造成的关系看不清的问题，基本的方法是“位移”， 即移动某些符号的位置，以保证相互关系的正确性。 2 5 制图综合的方法研究 制图综合作为国际制图与空间信息科学领域的热门研究与应用课题，一直受 到国内外研究人员的关注，他们对地图要素、要素间关系以及表达方式从本质上 进行了研究，提出了从总体到局部的多种综合模型与算法，当前采用的主要方法 有： a ) 反向工程法：对多种比例尺地图进行分析，将地物各属性对比例尺变化的 中山大学觏童掌佳伦文 敏感程度量化为指标数据，从而建立起地图综合的指标体系这种方法能够从统 计学角度生成指导与控制综合过程的知识，量化评价标准，将不确定的智能问题 转化为确定的计算问题。 b ) 分形法：基于线状要素的自相似性实现线状、面状要素的综合，分形理论 和分形方法的自动综合，等高线的自动综合，小波分析对线状目标的自动综合等。 然而地图综合模型由于受统计样本的限制，地域环境的普遍适用性较差。 c ) 解析法：基于地图要素的平面坐标来确定要素的结构特征与要素问关系， 用以实现地图综合的算法。 d ) 形态学方法：基于地图要素随比例尺变化的渐进平滑性，由两种比例尺地 图获取中间比例尺的地图 e ) 基于知识的智能增强法：这里的知识包括几何知识、结构知识、过程知识， 知识的表达方式有逻辑谓词、产生式规则、框架，综合系统需要具有自动学习知 识的能力，不断扩充知识库。 f ) 人机交互法：计算机执行运算功能，操作人员进行综合控制，包括选择实 体、选择综合算法、输入参数以及进行结果评价 这些制图综合方法基本上也是把整个优化过程分解为若干个子过程来实现， 这些子过程基本上等同于传统制图综合的某些手法( 如选取、概括、合并与位移 等) 1 1 中山大学顽童掌位伦文 第3 章a u t o c a d 平台介绍 3 1 a u t o c a d 概述 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司推出的通用计算机辅助绘图和设计( c a d ) 软件 包，a u t o c a d 是目前w i n d o w s 环境下应用最广泛、使用人数最多的c a d 软件。目 前，a u t o c h d 己广泛应用于机械、建筑、电子、航天、造船、石油化工、土木工 程、冶金、地质、农业气象、纺织、轻工、商业等领域，是目前世界上最畅销的 c a d 软件包之一。目前大多数地区采用全要素地形地籍数字化测图，图形系统多 数采用a u t o d e s k 公司的c a d 格式，成果不仅供国土部门使用，而且供城建、规 划、设计等部门使用。目前，城建部门其建筑规划设计大多也采用a u t o c h d 软件。 a u t o c a d 不但功能强大，而且提供了非常开放的二次开发环境。h u t o c h o 开 放的体系结构，允许用户和开发者采用高级编程语言对其进行扩充和修改，即二 次开发。用户通过对a u t o c a d 系统的二次开发，可以利用a u t o c h d 内部的各种功 能，结合自己的专业特点，开发属于自己的专用型c a d 系统，极大地提高了设计 生产效率。目前，国内开发的许多工程制图软件都是采用a u t o c a d 做为支撑平台， 进行二次开发而成的。例如，南方测绘基于a u t o c a d 开发的c a s s 软件成为测绘 行业的龙头软件之一。又如北京天正工程软件有限公司研发的天正c a d 系统、中 国大恒信息技术公司在机械领域里最早推出的基于a u t o c a d 的二维机械设计软 件h m c a d 、北京理正软件设计研究院有限责任公司为工程建设行业研发的建筑、 电气、结构、给排水、勘察、道路等各专业的计算与制图软件等，均是在a u t o c a d 基础上进行二次开发实现的。a u t o c a d 为工程设计和制图行业刨造了巨大的经济 效益和社会效益。 3 2 u t o c a d 二次开发语言 a u t o c h d 第一版于1 9 8 2 年1 1 月由a u t o d e s k 公司推出，目前大家广泛使用 的是h u t o c a i ) 2 0 0 0 2 0 0 2 。最新版本是a u t o c a d2 0 0 7 ，其二次开发语言及工具也 中山大掌瓤士掌位伦文 在不断地涌现，自 u t o c a dv 2 1 8 版至2 0 0 7 的十几年问，就相继推出了三代二 次开发工具： u t o l i s p ，a d s ，v i s u a ll i s p ，v b a 和0 b j e c t a r x 等。 u t o c a d 的 二次开发语言的发展如图2 - 1 所示( 吕家平，2 0 0 0 ) 。 图2 - i u t o c a d 的二次开发语言的发展 3 2 1 第一代开发工具_ a u t o l i s p a u t o l i s p 的全名是l i s t e s s i n gl a n g u a g e ，是于1 9 8 6 年随a u t o c a d v 2 1 8 提供的二次开发工具。它是一种人工智能语言，是嵌入 u t o c a d 内部的 c 0 删0 nl i s p 的一个子集。在a u t o c a d 的二次开发工具中，是唯一一种功能全面 的解释性编程语言，一直是低版本a u t o c a d 的首选编程语言。它又是一种表处理 语言，是被解释执行的，任何一个语句键入后就能马上执行，对于交互式的程序 开发非常方便使用a u t o l i s p 可直接调用a u t o c a d 命令、系统变量和对话框。 a u t o l i s p 具有以下优点：语言规则十分简单，易学易用：直接针对a u t o c a d ， 易于交互：解释执行，立竿见影。 u t o l i s p 的缺点是：功能单一，综合处理能力差：解释执行，程序运行速度 慢：缺乏很好的保护机制，源程序保密性差；l i s p 用表来描述一切，并不能很好 地反映现实世界和过程，跟人的思维方式也不一致：不能直接访问硬件设备、进 行二进制文件的读写。 a u t o l i s p 的这些特点，使其仅适合于有能力的终端用户完成一些自己的开 发任务目前，第一代的a u t o l i s p 己能被第三代的v l i s p 完全替代 3 2 2 第二代开发工具a d s a d s 的全名是a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ，是 u t o c a dr i i 开始支持的一 种基于c 语言的灵活的开发系统，a d s 本质上是一组可以用c 语言编写a u t o c a d 应用程序的头文件和目标库，它直接利用用户熟悉的c 语言编译器，将应用程序 编译成可执行的文件( a d s 应用程序) 后在a u t o c a d 环境下运行从而既利用了 a u t o c a d 环境的强大功能，又利用了c 语言的结构化编程、运行效率高的优势 a d s 由于其速度快，又采用结构化的编程体系，因而很适合于高强度的数据处理， 中山大学顽尘学位伦吏 如二次开发的机械设计c a d 、工程分析c a d ，建筑结构c a d 、土木工程c a d 、化学 工程c a d 、电气工程c a d 等。 与a u t o l i s p 相比，a d s 优越之处在于：具备错综复杂的大规模处理能力：编 译成机器代码后执行速度快：编译时可以检查出程序设计语占的逻辑错误：程序 源代码的可读性优于a u t o l i s p 。但人们在使用中发现，a d s 的缺点是：c 语言比 l i s p 语言难于掌握和熟练应用：a d s 程序的隐藏错误往往导致a u t o c a d ，乃至操 作系统的崩溃：需要编泽才能运行，不易见纠代码的效果；同样功能a d s 程序源代 码；比a u t o l i s p 代码长很多。正是因为缺点明显，因丽在a u t o c a d2 0 0 0 以上版本 中不再支持a d s 。 3 2 3 第三代开发工具一v i s u a ll i s p ，v b a 和a r x v i s u a ll i s p ( v l i s p ) v l i s p 是a u t o l i s p 的换代产品，已经被完整地集成到a u t o c a d2 0 0 2 中，为 开发者提供了崭新的、增强的集成开发环境。v l i s p 对语言进行了扩展，一改过 去在a u t o c a d 中内嵌a t u o l i s p 运行引擎的机制，使开发者可以直接使用a u t o c a d 中的对象和反应器，进行更底层的开发。它还可以通过m i c r o s o f ta c t i v e x a u t o m a t i o n 接口与对象交互。作为开发工具，v l i s p 提供了一个完整的集成开发 环境( i d e ) ，包括编译器、调试器和其它工具，因此，使用户开发a u t o l i s p 程 序的时间被大大地缩短，提高了二次开发的效率。另外，v l i s p 还提供了用于发 布独立的应用程序的工具。 v b a 在h u t o c a dr 1 4 中，a u t o d e s k 公司在a u t o c a d 中增加了对a c t i v e x 的支持( 在 c c + + 中以a d s r x 开发包的形式提供) 。a c t i v e x 是一种直接对a u t o c a d 图元数据 库访问的新方法，在许多情况下，a c t i v e x 在处理a u t o c a d 图元对象时比一般的 a u t o l i s p 函数要快。a c t i v e x 的出现，可以使用户利用一些高级语言如：c h ，v b ， d e l p h i ，v b a ，j a v a 等通过a c t i v e xa u t o m a t i o n 实现对a u t o c a d 的编程。 v b a 即m c r o s o f to f f i c e 中的v i s u a lb a s i cf o ra p p li c a t i o n s ，是基于 a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术( 亦称为o l ea u t o m a t i o n 技术) 的开发工具。它被集成 到a u t o c a d2 0 0 2 中。v b a 为开发者提供了一种新的选择，也为用户访问a u t o c a d 2 0 0 2 中丰富的技术框架打开一条新的通道。￥b a 和a u t o c a d2 0 0 2 中强大的 a c t i v e x 自动化对象模型的结合，代表了一种新型的定制a u t o c a d 的模式构架。 1 4 卒山大掌双尘掌馒伦文 通过v b a ，用户可以操作a u t o c a d 。控制a c t i v e x 和其它一些应用程序，使之相 互之间发生互易活动 o b j e c t a r x 在a u t o c a d2 0 0 2 中，a u t o d e s k 提供了一种特定的c c + 十编程环境一 o b j e c t a r x 2 0 0 2 ，它是对r 1 4 的a d s r x 的完善，提供了一组库结构和代码 o b j e c t a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ) ，即a u t o c a d 实时扩展编程环 境。是a u t o c a dr 1 3 之后推出的个以c 十十语言为基础的面向对象的开发环境和 应用程序接口用于开发a u t o c a d2 0 0 0 2 0 0 2 的o b j e c t a r x2 0 0 0 2 0 0 2 版本支持 m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o c + + 6 0 编译器，它提供了以m i c r o s o f tv i s u a lc + + 为基础的面向对象的开发机制，具有面向对象编程方式的数据可封装性、继承性 及多态性等特点，是基于a u t o c a d 的新一代功能强大的二次开发工具( 李世 国，2 0 0 0 ) 针对a u t o c a d 进行大型复杂的二次开发最好是选用o b j e c ta r xt 具( 吕家 平，2 0 0 0 ) ，在a u t o c a d2 0 0 2 中，虽然a u t 0 0 a d 的功能有所更新，但o b j e c t a r x2 0 0 2 与o b j e c t a r x2 0 0 2 相比变化不大，只是增加了一些新的类函数而已本研究选 用以a u t o c a d 2 0 0 2 为开发平台，利用o b j e c t a r x 2 0 0 2 进行a u t o c a d 的二次开发 3 3 利用0 b j e c t a r x 对a u t o c j ) 进行二次开发 a r x 程序本质上为w i n d o w s 动态链接库( d l l ) 程序，与a u t o c a d 共享地址空 间，直接调用a u t o c a