劉衛(wèi)國(guó)

(天津市測(cè)繪院，天津 300381)

基于Object DBX和ArcGIS Engine的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

劉衛(wèi)國(guó)?

(天津市測(cè)繪院，天津 300381)

首先介紹了數(shù)據(jù)字典等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，然后重點(diǎn)介紹了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將符合數(shù)據(jù)字典要求的DWG格式地形圖轉(zhuǎn)換成GeoDataBase(Access)格式的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)各功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后介紹了該系統(tǒng)成果。

數(shù)據(jù)字典；制圖數(shù)據(jù)；地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換

在由傳統(tǒng)測(cè)繪向信息化測(cè)繪轉(zhuǎn)變的今天，測(cè)繪方式方法和測(cè)繪成果表現(xiàn)形式等方面都在發(fā)生深刻的變革。其在城市規(guī)劃、土地管理、市政管理、交通導(dǎo)航、通訊定位等方面的應(yīng)用也日趨廣泛。地理信息系統(tǒng)解決方案的核心——地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的制作與更新也需要有更精準(zhǔn)快捷的技術(shù)。

目前應(yīng)用于地形圖制圖的軟件很多，以天津市為例，主要是應(yīng)用AutoCAD軟件編制，成果為DWG格式數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)已經(jīng)不再只是滿足量算、噴繪等傳統(tǒng)需要，賦予了地理信息編碼和若干屬性信息滿足復(fù)雜的查詢需要。天津市測(cè)繪院在2007年先后編制完成了《天津市基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典第一部分:1∶500、1∶2 000》和《天津市基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典第二部分:1∶10 000》(以后簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)字典)。數(shù)據(jù)字典實(shí)施后指導(dǎo)生產(chǎn)的天津市濱海新區(qū)地形圖數(shù)據(jù)(1∶2 000)和市域1∶2 000縮編1∶10 000地形圖數(shù)據(jù)不僅具有詳細(xì)的地理信息分類編碼，還具有較詳細(xì)的基礎(chǔ)屬性信息(擴(kuò)展實(shí)體數(shù)據(jù))。如何便捷的將圖形數(shù)據(jù)和擴(kuò)展屬性無(wú)損的轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)客戶需求有取舍的轉(zhuǎn)換為客戶標(biāo)準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)，成為當(dāng)前技術(shù)需求。

1 技術(shù)背景和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)背景

Object DBX是AutoCAD軟件自帶的開(kāi)發(fā)包，包含了一系列的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)，通過(guò)它們可以訪問(wèn)AutoCAD圖形文件的所有對(duì)象，也可以建立獨(dú)立于AutoCAD環(huán)境的應(yīng)用程序?qū)WG圖形文件進(jìn)行訪問(wèn)或處理。

ArcGIS Engine是ESRI公司提供的供開(kāi)發(fā)人員自定義應(yīng)用程序的嵌入式GIS組件的完整類庫(kù)。其對(duì)象與平臺(tái)無(wú)關(guān)，支持Windows、UNIX、LINUX，能在不同的編程接口中調(diào)用，如C＋＋、Java、.NET。借用它可以開(kāi)發(fā)獨(dú)立的GIS應(yīng)用軟件。

數(shù)據(jù)字典是天津市測(cè)繪院為了更好地滿足天津市對(duì)基礎(chǔ)地形圖及其數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)的需要，適應(yīng)目前測(cè)繪技術(shù)向信息化生產(chǎn)過(guò)渡的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際作業(yè)情況編寫的指導(dǎo)基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)文件。符合數(shù)據(jù)字典要求的基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是為濱海新區(qū)規(guī)劃與建設(shè)管理系統(tǒng)生產(chǎn)基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)而開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以數(shù)據(jù)字典為依據(jù)生產(chǎn)的DWG格式地形圖數(shù)據(jù)，包括擴(kuò)展屬性，無(wú)損轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)庫(kù)GeoDataBase(Access)格式，再提取轉(zhuǎn)換為客戶數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(濱海新區(qū)規(guī)劃與建設(shè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn))。系統(tǒng)具有以下功能:

(1)先將擴(kuò)展屬性及自動(dòng)轉(zhuǎn)換有誤差的信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)出，形成標(biāo)準(zhǔn)信息文件，再將DWG格式文件批量轉(zhuǎn)換為GeoDataBase(Access)格式。

(2)根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則提取需要的點(diǎn)、線實(shí)體，讀取標(biāo)準(zhǔn)信息文件，將地形圖數(shù)據(jù)擴(kuò)展屬性映射成為標(biāo)準(zhǔn)屬性結(jié)構(gòu)并寫入對(duì)應(yīng)實(shí)體。

(3)根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則將線實(shí)體拓?fù)涑擅鎸?shí)體，轉(zhuǎn)換屬性，根據(jù)規(guī)則庫(kù)刪除多余的線實(shí)體，得到標(biāo)準(zhǔn)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

(4)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)連接(Union)功能。

(5)根據(jù)提取標(biāo)準(zhǔn)，提取需要的實(shí)體和需要的屬性項(xiàng)，對(duì)部分不符合幾何類型要求的實(shí)體作必要的幾何類型轉(zhuǎn)換，輸出符合客戶標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

2 主要功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 規(guī)則庫(kù)及規(guī)則庫(kù)管理模塊

規(guī)則庫(kù)里定義了目標(biāo)實(shí)體的幾何類型和屬性映射關(guān)系，指導(dǎo)數(shù)據(jù)由DWG格式向GeoDataBase(Access)格式轉(zhuǎn)換規(guī)則(簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換規(guī)則)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)向客戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則(簡(jiǎn)稱提取規(guī)則)。

在DWG格式文件里的地理信息實(shí)體實(shí)際只有點(diǎn)、線等基本幾何類型。通常利用ArcToolBox的Import From CAD工具將DWG格式文件轉(zhuǎn)換為GeoData-Base(Access)格式文件，在該文件里看到的面要素類(Polygon FeatureClass)是把DWG格式文件里的閉合線實(shí)體作為面實(shí)體轉(zhuǎn)換進(jìn)入的。哪些實(shí)體需要轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換為什么幾何類型(Geometry Type)、存放在哪個(gè)要素集(Feature Dataset)的哪個(gè)要素類(FeatureClass)里、需要哪些屬性在規(guī)則庫(kù)里做了統(tǒng)一規(guī)定。

AutoCAD擴(kuò)展實(shí)體數(shù)據(jù)即地形圖數(shù)據(jù)里的擴(kuò)展屬性，是在常規(guī)的圖形數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上增加的按一系列分類代碼組合而成的數(shù)據(jù)塊，不同于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的表現(xiàn)形式。需要將擴(kuò)展實(shí)體數(shù)據(jù)信息映射到相應(yīng)的要素類的屬性表里。

不同的用戶需要的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一樣。以《濱海新區(qū)規(guī)劃與建設(shè)用地管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》為例，有如下區(qū)別:獨(dú)立的地理信息編碼、屬性結(jié)構(gòu)、字段名稱與數(shù)據(jù)字典的標(biāo)準(zhǔn)編碼差異較大；部分地物分類與數(shù)據(jù)字典不統(tǒng)一；少數(shù)地物和屬性信息不需要；少數(shù)地物的幾何類型與數(shù)據(jù)字典相異。在標(biāo)準(zhǔn)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)向客戶系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)需要做必要的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和過(guò)濾。

規(guī)則庫(kù)的設(shè)計(jì)能夠很好地解決上述3類問(wèn)題，規(guī)則庫(kù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如表1、表2、表3所示。

轉(zhuǎn)換規(guī)則表 表1

?

提取規(guī)則表 表2

字段映射表 表3

規(guī)則庫(kù)管理模塊主要是調(diào)用.NET Framework數(shù)據(jù)，提供程序OLE DB數(shù)據(jù)源的類集合來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)則庫(kù)管理和訪問(wèn)功能。規(guī)則庫(kù)管理模塊主要包含規(guī)則庫(kù)管理類(RulesManage)及其打開(kāi)規(guī)則庫(kù)、讀取轉(zhuǎn)換規(guī)則、讀取字段映射關(guān)系等3個(gè)重要方法。規(guī)則庫(kù)類封裝了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)操作基礎(chǔ)類(clsDBClass)實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)則庫(kù)的打開(kāi)、關(guān)閉、讀取等基本操作。規(guī)則庫(kù)類調(diào)用了OleDb-Connection和 OleDbDataReader的相關(guān)方法。規(guī)則庫(kù)管理類結(jié)構(gòu)如下:

2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊主要實(shí)現(xiàn)將DWG文件的所有信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫(kù)GeoDataBase(Access)格式文件。系統(tǒng)調(diào)用CadWorkspaceFactoryClass()類的IWorkspaceFactory接口打開(kāi)DWG文件，用FeatureDataConverterClass ()類的ConvertFeatureClass方法將DWG文件的全部圖形信息和基本屬性轉(zhuǎn)入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用接口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換有3個(gè)缺點(diǎn):一是DWG文件里的擴(kuò)展屬性不能有效轉(zhuǎn)出，二是文字注記轉(zhuǎn)換為點(diǎn)后有位置偏移，三是所有點(diǎn)要素的編碼(Thickness)值丟失。為了確保數(shù)據(jù)精度和信息完整，采用AutoCAD/ObjectDBX類型庫(kù)的接口，能夠快速打開(kāi)DWG文件，遍歷實(shí)體按照數(shù)據(jù)字典的要求讀取所有基本信息和擴(kuò)展信息寫出為標(biāo)準(zhǔn)信息文件。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本點(diǎn)、線按規(guī)則庫(kù)過(guò)濾添加屬性，然后按規(guī)則庫(kù)拓?fù)渖擅鎸?shí)體，刪除不需要的線。數(shù)據(jù)處理的主要依據(jù)是編碼(Thickness，塊為塊名稱)和句柄(Handle)。

臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中包含大量垃圾數(shù)據(jù)。比如，根據(jù)數(shù)據(jù)字典，塊應(yīng)該轉(zhuǎn)換為點(diǎn)，但是在轉(zhuǎn)換中不僅生成了點(diǎn)，還生成了構(gòu)成塊文件的所有線條，這些線是不需要的；制圖數(shù)據(jù)中，高程點(diǎn)是用一個(gè)點(diǎn)和一個(gè)符號(hào)塊表示的，轉(zhuǎn)換之后塊生成的點(diǎn)是不需要的，高程點(diǎn)生成的點(diǎn)因?yàn)闆](méi)有編碼也不需要，因?yàn)辄c(diǎn)轉(zhuǎn)換之后缺少編碼(Thickness值)；所有閉合的線轉(zhuǎn)換成的面實(shí)體均不需要，因?yàn)槊鎸?shí)體要用線實(shí)體根據(jù)規(guī)則庫(kù)重新拓?fù)洚a(chǎn)生。實(shí)際上，在臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中只有部分線和塊轉(zhuǎn)換成的線和點(diǎn)是需要的。系統(tǒng)按照規(guī)則庫(kù)的要求，提取臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中需要的點(diǎn)和線實(shí)體，放入過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)的目標(biāo)位置，根據(jù)句柄讀取標(biāo)準(zhǔn)信息文件里的屬性，進(jìn)行字段匹配寫入目標(biāo)字段。點(diǎn)包括注記(Text)的插入點(diǎn)和普通點(diǎn)(Point)，如高程點(diǎn)，同樣也需要經(jīng)過(guò)字段匹配把點(diǎn)的屬性信息寫入對(duì)應(yīng)的實(shí)體屬性項(xiàng)。

屬性映射機(jī)制是屬性轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)換機(jī)制如圖1所示。

圖1 DWG格式向GeoDataBase(Access)格式屬性轉(zhuǎn)換示意圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

面實(shí)體由線實(shí)體根據(jù)數(shù)據(jù)字典拓?fù)涠?，然后刪除需要?jiǎng)h除的線實(shí)體。面的形成比較復(fù)雜；針對(duì)面實(shí)體拓?fù)湓O(shè)計(jì)了拓?fù)漕?，拓?fù)漕惓送瓿删€實(shí)體拓?fù)渖擅鎸?shí)體，還要完成線、面實(shí)體的接邊。拓?fù)漕悓?shí)現(xiàn)了5個(gè)重要算法:

(1)獨(dú)立閉合多邊形形成算法。該算法直接讀取多段線的坐標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)IFeatureclass接口的CreateFeature方法直接創(chuàng)建。

(2)接邊多邊形自動(dòng)閉合算法。該算法將斷在內(nèi)圖廓上的多邊形通過(guò)判斷與內(nèi)圖廓的關(guān)系實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉合。

(3)內(nèi)圖廓生成算法。該算法目前主要完成根據(jù)天津市1990年任意直角坐標(biāo)系1∶2 000地形圖分幅圖幅號(hào)計(jì)算并返回內(nèi)圖廓的幾何圖形(IGeometry)。

(4)回字形多邊形處理算法。由于數(shù)據(jù)字典規(guī)定回字形多邊形沒(méi)有內(nèi)框架線(BOUND)，該算法通過(guò)判斷一個(gè)小多邊形完全落在一個(gè)大多邊形中，用小多邊形剪切(Clip)大多邊形得到。

(5)接邊算法。該算法主要是通過(guò)內(nèi)圖廓生成算法返回內(nèi)圖廓引導(dǎo)搜尋圖廓線兩邊的地物，把屬性一致的有共享點(diǎn)的線或有共享邊的面合并。如圖2所示，一段河流分布在4幅地形圖中，需要自動(dòng)接邊。

圖2 接邊示意圖

2.4 數(shù)據(jù)提取模塊

數(shù)據(jù)提取模塊主要是根據(jù)規(guī)則庫(kù)提取實(shí)體信息，按客戶標(biāo)準(zhǔn)寫入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)提取模塊還有一個(gè)很重要的功能是完成部分實(shí)體的幾何圖形的轉(zhuǎn)變。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)是依據(jù)數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)的，客戶標(biāo)準(zhǔn)可能只需要部分地物及其屬性項(xiàng)，比如本項(xiàng)目《濱海新區(qū)規(guī)劃與建設(shè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》涵蓋了大部分地物及屬性項(xiàng)，并且部分地物的編碼不一樣，部分字段名稱也不一樣，需要根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則表進(jìn)行過(guò)濾，根據(jù)字段映射表轉(zhuǎn)換屬性。轉(zhuǎn)換規(guī)則如表4所示。

轉(zhuǎn)換規(guī)則表 表4

在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立了轉(zhuǎn)換關(guān)系類。轉(zhuǎn)換關(guān)系類首先確定某類編碼是否轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用規(guī)則庫(kù)類的GetToCodeInfo()方法，得到包括從源編碼到目標(biāo)編碼相應(yīng)的要素名稱、要素集、要素類、屬性項(xiàng)即字段對(duì)應(yīng)關(guān)系、是否有Z值及高程與Z值的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、幾何類型自動(dòng)轉(zhuǎn)換等重要控制信息，最后轉(zhuǎn)換類把需要轉(zhuǎn)換的源實(shí)體圖形及屬性經(jīng)轉(zhuǎn)換寫入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)。轉(zhuǎn)換關(guān)系類結(jié)構(gòu)如下:

3 結(jié) 論

系統(tǒng)采用ArcGIS Engine 9.2＋AutoCAD ObjectDBX 16＋Visual C＃.NET2005開(kāi)發(fā)方式，快捷開(kāi)發(fā)出了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。系統(tǒng)正確處理了天津市濱海新區(qū)行政區(qū)域內(nèi)的3511幅1∶2 000 DWG格式地形圖，得到了單幅的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)(GeoDataBase Access格式)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接邊，拼接成了整幅數(shù)據(jù)，得到了符合數(shù)據(jù)字典要求的單幅和整幅兩種數(shù)據(jù)成果；繼而，將標(biāo)準(zhǔn)成果提取轉(zhuǎn)換成了符合《濱海新區(qū)規(guī)劃與建設(shè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》的客戶標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，交付客戶使用。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，為制圖數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換積淀了經(jīng)驗(yàn)。

系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖3。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行界面

參考資料

[1]ArcGIS Engine Developer Guide.ESRI Press，2004

[2]ArcGIS Desktop Developer Guide.ESRI Press，2004

The Design And Implementation of Data Convert System Based on Object DBX And ArcGIS Engine

Liu WeiGuo
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

This paper firstly introduced some basic technologies of Data Conversion System such as Data Dictionary，and then emphatically introduced the designation and realization of each function module of the Data Conversion System，which can convert topographic map of DWG format as Data Dictionary required，into GIS(Geographic Information System)database of GeoDataBase(Access)format，and finally presented some results of the System.

Data Dictionary；Cartographic Data；GIS Data；Conversion

1672－8262(2010)02－41－05

P208

B

2009—11—28

劉衛(wèi)國(guó)(1960—)，高級(jí)工程師，主要從事數(shù)字地圖的制作與開(kāi)發(fā)，同時(shí)負(fù)責(zé)數(shù)字地圖成果質(zhì)量的控制和監(jiān)督工作。