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        基于FME的多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)研究

        2017-07-05 14:19:01黎,唐輝,肖勇,高
        地理空間信息 2017年5期
        關(guān)鍵詞:坐標(biāo)系測(cè)繪成果

        張 黎,唐 輝,肖 勇,高 翔

        (1.重慶市地理信息中心,重慶 401121)

        基于FME的多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)研究

        張 黎1,唐 輝1,肖 勇1,高 翔1

        (1.重慶市地理信息中心,重慶 401121)

        針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)大批量、多種類測(cè)繪成果基準(zhǔn)亟待統(tǒng)一的需求,研究了基于FME的多種數(shù)據(jù)類型坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方案和技術(shù),并開(kāi)發(fā)了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái);解決了多種常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件全自動(dòng)、高效率轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)安全中的關(guān)鍵問(wèn)題,并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)的可靠性。

        FME;多源數(shù)據(jù);坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)

        全國(guó)現(xiàn)有的坐標(biāo)系較多,如1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系,各城市還建立了自己獨(dú)立的城市坐標(biāo)系。測(cè)繪生產(chǎn)常用的數(shù)據(jù)類型也是多種多樣,如dwg數(shù)據(jù)、shp數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)等。2008年,國(guó)家測(cè)繪局啟用并全面推廣了CGCS2000坐標(biāo)系[1],要求不同基準(zhǔn)的測(cè)繪成果逐漸向CGCS2000坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。因此,將多種格式多種坐標(biāo)系成果數(shù)據(jù)統(tǒng)一到CGCS2000坐標(biāo)系成為了亟待解決的問(wèn)題。

        FME是加拿大Safe Software公司推出的一套完整的訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)的解決方案[2]。其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原理是語(yǔ)義轉(zhuǎn)換,允許用戶根據(jù)特殊需求在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中重新構(gòu)造數(shù)據(jù),而不是以單一的格式輸入數(shù)據(jù)[3-4]。本文開(kāi)發(fā)了基于FME的多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái),重點(diǎn)解決了dwg、dxf、MapInfo、shp、tiff等多種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題,研制了多種格式成果在不同坐標(biāo)系下相互轉(zhuǎn)換的平臺(tái),有效滿足了目前我國(guó)省、市、地區(qū)大量地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新的迫切需求。

        1 FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換方法

        傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法可比作一個(gè)連接兩個(gè)數(shù)據(jù)源的狹小通道,目的是提供一個(gè)簡(jiǎn)單直接訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)的方法,該方法的基礎(chǔ)是對(duì)細(xì)管兩端有限的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支持[5]。而FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換則在多個(gè)方面與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換不同,從整體效果上來(lái)看,可大大減少提供者和用戶所需的工作量,并可減少相關(guān)數(shù)據(jù)的管理費(fèi)用[6]。

        傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法與FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換方法的特點(diǎn)如表1所示。可以看出,與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換相比,F(xiàn)ME強(qiáng)大的讀寫功能支持多種不同格式數(shù)據(jù)的輸入,寬闊的轉(zhuǎn)換管路為數(shù)據(jù)間相互轉(zhuǎn)換提供了可能,豐富的函數(shù)庫(kù)可為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換提供相當(dāng)全面的功能[7]。因此,本文開(kāi)發(fā)了基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換方法的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了多格式多基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

        表1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法與FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換方法對(duì)比

        2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)

        2.1 FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

        基于FME可實(shí)現(xiàn)多格式的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。支持轉(zhuǎn)換的軟件模塊主要包括參數(shù)鍵入模塊和轉(zhuǎn)換方法模塊,具體包含:①FME支持的對(duì)多種數(shù)據(jù)格式的讀寫功能;②FME2012軟件平臺(tái)已有的轉(zhuǎn)換器;③Pythoncaller轉(zhuǎn)換器框架;④使用Python 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的用于數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器;⑤利用FME 的參數(shù)發(fā)布功能等制作的FME數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模板等。

        坐標(biāo)轉(zhuǎn)換框架如圖1所示。在此基礎(chǔ)上,利用C#語(yǔ)言可以很方便地制作用戶交互界面,用于選擇源數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)路徑;再以命令行方式執(zhí)行包含所需參數(shù)的命令行語(yǔ)句,完成數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換??傮w流程如圖2所示。

        用戶登錄系統(tǒng)后,通過(guò)VPN專網(wǎng)對(duì)用戶信息進(jìn)行驗(yàn)證,并檢核待轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。用戶通過(guò)交互界面選擇源坐標(biāo)系和目標(biāo)坐標(biāo)系并設(shè)定輸出的數(shù)據(jù)格式,滿足轉(zhuǎn)換條件的數(shù)據(jù)將通過(guò)封裝的FME Transformer轉(zhuǎn)換到目標(biāo)坐標(biāo)系下,并輸出為預(yù)設(shè)格式。用戶通過(guò)VPN專網(wǎng)下載轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。整個(gè)數(shù)據(jù)交換過(guò)程都在密級(jí)較高的VPN專網(wǎng)中進(jìn)行,保證了國(guó)家對(duì)涉密成果的保密需求。

        圖1 FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換框架圖

        圖2 交互界面下的總體流程圖

        2.2 多格式多基準(zhǔn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)

        基于FME的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)支持多種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。不同坐標(biāo)系下的輸入數(shù)據(jù),其區(qū)別僅在于坐標(biāo)系參數(shù)的不同,如長(zhǎng)半軸、扁率等,這些參數(shù)(常用的坐標(biāo)系)均可逐一封裝在參數(shù)模塊中形成Transformer,用戶只需在可視化的交互界面中選擇Transformer中源數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系和高程系,就可對(duì)應(yīng)地設(shè)置這些參數(shù),而無(wú)需手動(dòng)嵌入每一個(gè)坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的參數(shù)。轉(zhuǎn)換的方法和計(jì)算的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)值,則直接封裝在轉(zhuǎn)換器中,用戶無(wú)法獲取這個(gè)轉(zhuǎn)換器的內(nèi)容,為轉(zhuǎn)換參數(shù)的保密性提供了保障。

        圖3演示了在FME中對(duì)控制點(diǎn)和圖形進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的流程。通過(guò)轉(zhuǎn)換器AffineWarper的Control端口輸入控制點(diǎn)數(shù)據(jù),Observed端口輸入待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),AffineWarper將糾正后的控制點(diǎn)通過(guò)Corrected端口輸出,并將轉(zhuǎn)換成果寫入目標(biāo)數(shù)據(jù)文件。同時(shí),基于FME的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)支持多源數(shù)據(jù)(如dwg、shp、img等)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。其參數(shù)輸入仍被封裝為Transformer供用戶在交互界面中選擇,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器同樣也被封裝,區(qū)別僅在讀取的數(shù)據(jù)源。

        圖3 控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)流程圖

        2.3 平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

        1)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成果集成:將現(xiàn)有的坐標(biāo)變換公式、算法封裝為FME Transformer,并能將其應(yīng)用到FME模板中,對(duì)外發(fā)布為服務(wù)。

        2)坐標(biāo)成果格式檢查:提供客戶端獨(dú)立運(yùn)行的程序,用戶自行對(duì)待提交坐標(biāo)成果的有效范圍、坐標(biāo)系、坐標(biāo)格式等信息進(jìn)行檢查。

        3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù):坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法及參數(shù)采取離線方式,坐標(biāo)成果的傳輸采取在線方式。在滿足國(guó)家保密要求情況下,服務(wù)器能抓取內(nèi)網(wǎng)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并將結(jié)果反饋給用戶。因此,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)為離線方式,但用戶體驗(yàn)應(yīng)為在線方式,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)界面如圖4所示。

        圖4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)界面

        4)支持多種不同類型數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:由于FME具有強(qiáng)大的讀寫功能,能支持上百種不同格式數(shù)據(jù)的寫入和輸出,而轉(zhuǎn)換過(guò)程都是通過(guò)將定制參數(shù)、算法等封裝為FME Transformer并發(fā)布為服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)能支持上百種類型數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,各種不同格式圖形轉(zhuǎn)換界面如圖5所示。

        3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法驗(yàn)證

        3.1 shp矢量圖形轉(zhuǎn)換

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):現(xiàn)有某地區(qū)矢量地形圖,該圖有已知1980西安坐標(biāo)系成果。在該圖上獲取某一建筑物4個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)(依次編號(hào)為1、2、3、4);已計(jì)算該區(qū)域1980西安坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)系的平面四參數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟為:

        1)記錄點(diǎn)1、2、3、4的已知成果(1980西安坐標(biāo)系),利用已有平面四參數(shù)模型的轉(zhuǎn)換參數(shù),采取傳統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件Coord計(jì)算這4點(diǎn)轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下的成果,如表2所示。

        2)采用同樣的轉(zhuǎn)換參數(shù),利用FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)將shp圖形文件轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下,并在ArcGIS中提取轉(zhuǎn)換后shp文件中特征點(diǎn)1、2、3、4的坐標(biāo),如表2所示。

        3)比較傳統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件和FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)較差,檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果是否一致。

        從表2可以看出,傳統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換后的特征點(diǎn)坐標(biāo),與FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)對(duì)shp圖形文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換后提取的特征點(diǎn)坐標(biāo)保持一致,說(shuō)明FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)對(duì)shp圖形文件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果完全正確。

        圖5 圖形轉(zhuǎn)換界面

        表2 轉(zhuǎn)換后的shp文件上特征點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)比/ m

        3.2 img影像圖轉(zhuǎn)換

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):現(xiàn)有某地區(qū)遙感影像圖,該圖有已知1980西安坐標(biāo)系成果,在該圖范圍內(nèi)均勻選取若干個(gè)較為明顯的建筑物勾繪邊線,構(gòu)成矢量圖,命名為“Outline.shp”。實(shí)驗(yàn)步驟為:

        1)將“Outline.shp”按照§3.1的轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下。

        2) 在FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)上將該影像利用同樣轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下。

        3)在ArcGIS中加載轉(zhuǎn)換后的結(jié)果,影像圖作為底圖,“Outline.shp”位于底圖之上,比較兩個(gè)圖層的套合情況,結(jié)果如圖6所示。

        從圖6可以看出,轉(zhuǎn)換后的建筑物邊線shp與img影像能完全套合,由于shp矢量圖形轉(zhuǎn)換結(jié)果精度可靠,因此可以判定,F(xiàn)ME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)對(duì)img圖像轉(zhuǎn)換結(jié)果正確且可靠。

        圖6 轉(zhuǎn)換后的img影像與建筑物邊線shp圖像對(duì)比

        4 結(jié) 語(yǔ)

        本文研究了基于FME多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺(tái)的轉(zhuǎn)換方法和平臺(tái)特色,并以某地區(qū)1980西安坐標(biāo)系下圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標(biāo)系為例,分別對(duì)轉(zhuǎn)換后的shp圖像和img圖像進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該軟件能準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行shp圖像和img影像的轉(zhuǎn)換工作。

        [1] 陳俊勇.中國(guó)現(xiàn)代大地基準(zhǔn):中國(guó)大地坐標(biāo)系統(tǒng)2000(CGCS2000)及其框架[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2008,37(3):269-271

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        P226+.3

        B

        1672-4623(2017)05-0060-03

        10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0051.9

        張黎,碩士研究生,主要研究方向?yàn)镚NSS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)及測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收。

        2016-12-07。

        項(xiàng)目來(lái)源:2016年國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016KJ0303)。

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        電子制作(2017年9期)2017-04-17 03:01:00
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