徐　進，李　博，白春江，周　穎，張云鵬

(1. 大連海事大學航海學院，遼寧 大連 116026； 2. 遼寧水文地質工程地質勘察院實驗室，遼寧 大連 116037)

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海事測繪CAD數據空間矯正共享模型

徐進1，李博2，白春江1，周穎1，張云鵬1

(1. 大連海事大學航海學院，遼寧 大連 116026； 2. 遼寧水文地質工程地質勘察院實驗室，遼寧 大連 116037)

Marine Surveying and Mapping CAD Data Spatial Correction and Sharing Model

XU Jin，LI Bo，BAI Chunjiang，ZHOU Ying，ZHANG Yunpeng

摘要：海事測繪部門早期積累的數據多為CAD格式數據，由于CAD平臺缺乏空間分析能力，且其數據結構、存儲方式、表征形式、空間參考等方面均具有一定的局限性，給數據在海事測繪部門之間的應用與共享帶來了諸多不便。本文針對CAD數據在海事測繪領域應用與共享中存在的問題，提出了采用參考點矯正原始數據、投影變換、分層轉換等方式，基于ArcGIS平臺實現了海事測繪CAD數據的共享技術模型，為其數據向其他海事測繪數據格式的共享提供了一個有效的解決方案。

關鍵詞：海事測繪；CAD；ArcGIS；數據共享

我國的海事測繪科學技術已進入信息化建設的時代，正在以前所未有的速度蓬勃發(fā)展。信息化進程的加快使海事測繪數據的研究、生產和應用跨入了一個新的紀元。但是，在海事測繪部門早期積累的數據中，有很大一部分數據都采用了AutoCAD平臺支持的DWG格式數據或DXF交換格式數據。由于AutoCAD平臺缺乏空間分析能力，且其數據的空間參考信息處理方面具有一定的局限性，使其在海事測繪部門之間的應用和共享帶來了諸多不便。

本文深入研究海事測繪CAD數據的空間參考規(guī)律和組織規(guī)律，基于ArcGIS對其進行數據轉換共享，并分析CAD數據轉換后存在的自身誤差或外界不確定性帶來的數據失效問題，針對研究天津港口區(qū)域的CAD數據，采用關鍵參考點糾正、數據重配準和坐標投影變換等手段，構建CAD數據空間矯正共享模型，改進海事測繪CAD數據的共享融合技術。

一、海事測繪CAD數據應用與共享中存在的問題

1. 數據結構與表征形式方面

現行的海事測繪數據是基于IHO S-100通用海道測量數據模型標準，將數據按照點、線、面、水深4個圖形特征進行分類管理。各類數據分別擁有不同樣式的圖形表征方法和屬性庫(如1個燈塔包括rhythm of light、light sector、signal sequence 3個復合屬性和object name、height 2個簡單屬性，而照明規(guī)律rhythm of light復合屬性又包括light characteristic、signal period、signal group 3個子屬性，見表1和表2)。目前的海事測繪數據的特點是數據量龐大、數據結構復雜、多采用墨卡托投影方式和以經緯度為單位的地理坐標系統(tǒng)，且需要復雜的拓撲關系來進行大量的空間分析。而現有的海事測繪CAD數據注重的是對現實地物要素的定位和定量描述，雖然其圖形表達信息管理功能十分強大，但與IHO S-100標準的要求相比，其圖形表征樣式表現相對單一、屬性信息管理功能相對較弱、拓撲結構較為簡單，且多采用用戶自定義投影方式[1]和以米、千米或海里為單位的平面坐標系統(tǒng)。

表1　燈塔屬性結構

表2　照明規(guī)律復合屬性結構

2. 數據共享方面

在數據共享方面，海事測繪CAD數據具有空間參考不統(tǒng)一、數據轉換易丟失圖形信息和屬性信息等弊端存在。

(1) 空間參考不統(tǒng)一

在海事測繪領域中，特別是港口測繪工作，CAD數據應用廣泛。在早期積累的一部分數據中，由于其數據應用在某個限定的平臺上，其空間坐標系統(tǒng)往往是以某個特定的地點為原點、正東方向為X軸正方向、正北方向為Y軸正方向構建的平面坐標系統(tǒng)，或是所在地區(qū)建立的城建坐標系統(tǒng)[2]。這兩種坐標系統(tǒng)缺乏嚴格的標準，進行投影變換時易產生誤差。因此，在應用和共享這類數據時，首先應對其進行校正，再進行數據轉換。

(2) 數據轉換易造成圖形信息丟失或圖形變形

由于CAD數據中的要素圖形數據結構在其他海事測繪平臺中的圖形數據結構偏差較大，數據轉換兼容性差，容易導致要素圖形信息丟失或圖形變形。如在電子海圖中，一個錨地符號的表達只需要一個點數據和一個點樣式符號進行表征，而在CAD數據中，往往需要繪制出一個閉合的多邊形對象，導致數據轉換后，本應為一個點要素的對象卻變成了線要素或面要素對象。

(3) CAD數據轉換易造成屬性信息丟失

CAD數據在屬性信息的應用方面考慮不夠周全，缺少編碼機制，且少有考慮地物數據之間的拓撲關系[3]。利用現有工具轉換CAD數據時，經常容易丟失空間數據中的部分屬性信息，甚至出現丟失全部屬性信息的情況。

二、解決方案

1. 原始數據矯正

針對自定義坐標系統(tǒng)或城建坐標系統(tǒng)的海事測繪CAD數據，首先應對原始數據進行矯正，即采用標準采樣點計算數據誤差，然后進行原始數據的批量矯正。

如一份天津航道標志點的CAD數據見表3，采用了自定義坐標系統(tǒng)。首先利用GPS設備采樣獲取“B1”“H2”的WGS-84坐標系下的經緯度坐標數據；再將其轉換成1954北京坐標系下的平面坐標數據，見表4；最后根據這兩個點的平均誤差(4 000 032.2，59.977)，批量矯正天津航道標志點的所有數據(見表5)。

2. 數據轉換

在數據轉換方面，本文深入分析了AutoCAD和ArcGIS的數據結構、存儲方式和組織規(guī)律，采用分層轉換的方式，將CAD數據逐層轉換為ArcGIS支持的shapefile數據。

表3　自定義坐標系統(tǒng)的天津航道標志點CAD部分數據

表4　采樣點WGS-84經緯度坐標和1954北京坐標數據

表5　批量矯正數據

AutoCAD具有強大的工程繪圖和建模功能，常用DWG和DXF兩種數據格式。在CAD中的空間對象實體是基于像元塊要素，并輔以符號、顏色和注記進行圖形表達(如圖1所示)，從而完成工程制圖的目的的。數據層和像元塊是CAD數據的核心，空間信息和屬性信息種類相同的空間對象實體被封裝入一個數據層中，分為點、線、面、注記4個基本類型的數據層。值得注意的是，AutoCAD中的一個數據層往往是ArcGIS一個圖層中的某個專題類[4]。DXF是CAD的數據交換格式，用于跨軟件平臺之間的數據轉換。

ArcGIS存儲數據主要包括兩種方式：一是以shapefile文件格式為代表的文件存儲方式，二是以ArcGIS SDE空間數據引擎為代表的數據庫存儲方式。本文采用以shapefile文件存儲格式轉換AutoCAD數據[5]。ArcGIS存儲信息時，根據地物要素的幾何特征和屬性特征將其數據進行分類，并將每一類地物要素對象分別存儲在一組shapefile文件中[6]。一組shapefile文件至少由shp、dbf、shx 3個文件組成，分別存儲空間坐標信息、屬性信息及索引關系。其中，shx文件用于存儲shp文件中地理要素空間坐標序列與主文件頭的偏移量，并且保證shp表和dbf表記錄地理要素對象信息的順序與索引關系保持一致，3個文件的關系如圖2所示。

圖2　shapefile文件存儲格式關系

數據轉換時，首先將CAD中的數據層名與ArcGIS的要素類名保持一致，接下來利用CAD開發(fā)接口循環(huán)逐步讀取每個數據層中的實體空間數據和屬性數據，再利用ArcGIS Engine開發(fā)接口向對應的要素類中添加要素記錄，如圖3所示。

圖3　ArcGIS轉換CAD數據實現方法

三、模型構建

1. 原始數據矯正模塊

根據上文中提到的數據矯正方法，建設原始數據矯正模塊，以表1中的B1點為例應用該模塊，如圖4所示。

2. 數據共享平臺

以天津港總平面布置圖為例，對比AutoCAD和數據共享平臺轉換后的ArcGIS數據，如圖5所示。

圖4　原始數據矯正模塊

圖5　數據轉換前后效果對比

四、結論與展望

本文首先針對海事測繪CAD原始數據進行空間矯正；再依據其數據層進行數據分類，以點、線、面和注記為分類標準，根據層名檢索空間信息；之后基于ArcGIS Engine研發(fā)海事測繪數據空間矯正共享模型轉換CAD數據。該模型在天津港海事測繪CAD數據矯正共享工作中進行了實際應用，為其數據向shapefile數據、電子海圖數據、map數據及其他格式數據的共享提供了一個有效的解決方案。

海事測繪數據空間矯正共享模型在實際應用中表現出一些不足之處，在接下來的工作中將進一步完善：

1) 原始數據矯正模塊目前只采用單獨點或批量點坐標的方式來矯正CAD原始數據，在下一步的工作中要考慮采用面向對象方式，針對點、線、面實體進行數據矯正。

2) 本文采用AutoCAD的數據層與ArcGIS的要素類一一對應的方式進行數據共享，而現實中的數據層往往是一個要素類的專題層，因此，應在下一步工作中引入自動識別分類方法，將數據結構相同、空間對象類型相似的數據層按專題的方式轉入同一個要素類中。

3) 現行的海事測繪數據將按照IHO S-100通用海道測量數據模型標準進行屬性數據的管理，而本文研發(fā)的海事測繪數據空間矯正共享模型只針對CAD原始屬性數據進行跨平臺轉換，尚未按照“復合屬性”“物標關聯”“專題顯示”等機制進行數據的發(fā)布，在下一步工作中，應在模型的研發(fā)工作中引入上述機制。

4) 我國現行的海事測繪數據平臺主要包括CARIS HPD、ArcGIS、AutoCAD、電子海圖桌等，在接下來的工作中，海事測繪數據空間矯正共享模型應提供CAD測繪數據向其他平臺數據格式共享轉換的多種方案。

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[8]袁源琳，張新長，黃健鋒，等.AutoCAD地形圖數據規(guī)整入庫的研究與應用[J].測繪通報，2013(5)：84-88.

中圖分類號：P229

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)03-0054-04

作者簡介：徐進(1985—)，男，博士,主要從事海事測繪領域的技術研究。E-mail：jinxu@dlmu.edu.cn通信作者： 李博。E-mail：libo_2020@126.com

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費專項(3132015002)

收稿日期：2015-04-17

引文格式： 徐進，李博，白春江,等. 海事測繪CAD數據空間矯正共享模型[J].測繪通報，2016(3)：54-57.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0085.