王 嬌

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

隨著鐵路勘測設計技術不斷革新，中比例地形數(shù)據(jù)(如1∶5萬地形圖)在鐵路項目方案競選階段的需求越來越多。中比例地形數(shù)據(jù)一般由國家基礎地理測繪數(shù)據(jù)制作而成(以數(shù)據(jù)庫格式存放和管理)。而工程設計往往需要CAD格式的地形數(shù)據(jù)。因此，需對數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)進行轉換處理。

傳統(tǒng)轉換方法存在處理效率較低、數(shù)據(jù)損失等問題，針對這種情況，對兩種數(shù)據(jù)的結構進行詳細分析，并對常用轉換方法存在的問題進行剖析，提出基于FME語義轉換與ObjectArx編程相結合的快速無縫轉換方法，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)的快速、準確、無縫轉換。

1 數(shù)據(jù)結構分析

數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)和CAD地形數(shù)據(jù)是由兩種不同軟件平臺制作而成，其數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)分層以及數(shù)據(jù)屬性等存在較大的差異，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)無縫轉換，必須充分了解兩種數(shù)據(jù)之間的區(qū)別。

1.1 數(shù)據(jù)要素組織

數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)是一種簡單的矢量數(shù)據(jù)格式，要素通過點、線、面和注記四種類型來表示，用來存儲矢量要素的空間信息和屬性信息[1]。根據(jù)要素類型不同，分為點圖層、線圖層、面圖層和注記圖層。一種地物實體的表達主要由點圖層、線圖層和面圖層來完成。一個圖層是一種類型要素的集合體，圖層中要素對象與類型要一致，如點要素圖層中對象均為點要素的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)[2-3]。

CAD地形數(shù)據(jù)是由顏色、線型、圖塊等靜態(tài)圖形特征組織后的圖層集合，一個圖層對象可以包含多種類型的要素[4](即一個圖層中可以包括點、線、塊、文字以及填充等多種類型的要素對象)。

1.2 數(shù)據(jù)分層分類

按照《基礎地理信息要素分類與代碼》中大類組織分層結構，數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)分層一般分為居民地及設施、交通、水系、管線、境界與政區(qū)、地貌、土質與植被、定位基礎等八類[5]。根據(jù)數(shù)據(jù)類型不同，又分為點層、線層和面層，如水系類分層為HYDA、HYDL、HYDP等，居民地及設施類分層為RESA、RESL、RESP等。CAD地形數(shù)據(jù)則按照《基礎地理信息要素分類與代碼》中子類組織分層結構，按照要素分類代碼進行數(shù)據(jù)分層及命名。如水系類分為210101(地面河流)、210102(地下河段)、220100(運河)、230101(湖泊)、230102(池塘)等。

1.3 數(shù)據(jù)屬性存儲

數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)在一個數(shù)據(jù)集中存儲空間對象的幾何信息和屬性信息，一個圖層要素集對應一個屬性表，一個要素實體屬性信息存儲在屬性表的一條記錄中[6]。CAD地形數(shù)據(jù)要素屬性表是一個虛擬表，屬性數(shù)據(jù)的描述主要依靠圖層和注記[7]。

從以上分析可以看出，兩種數(shù)據(jù)格式具有不同的特點，要將數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)無縫轉換到CAD地形數(shù)據(jù)，需要從數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)分層以及屬性存儲等方面進行解析與轉換。

2 快速無縫轉換方法的確定

數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)轉換的方法大致有如下幾種[8]。

2.1 利用ArcGIS軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的語義轉換

主要利用ArcGIS的Conversion Tools實現(xiàn)[9]，但其轉換過程中存在較多問題：①幾何要素丟失嚴重。由于GIS軟件數(shù)據(jù)結構與CAD軟件數(shù)據(jù)結構差異較大，轉換過程中幾何屬性丟失較多(如線性、符號等)。②屬性信息丟失或者冗余較多。GIS數(shù)據(jù)具有空間定位與空間分析能力，具有豐富的屬性信息，而CAD數(shù)據(jù)只注重相對顯示位置與表達關系，數(shù)據(jù)屬性信息較少。轉換后，屬性檢查與追加修改工作量較大，費時費力。③不具有自動批量轉換功能，人工編輯工作量大，工作效率低。

2.2 利用FME實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的語義轉換

FME是一款用于空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)加載、轉換、集成、導出、共享的產(chǎn)品，能夠靈活應對各種數(shù)據(jù)重組內容變換任務，并將處理后的信息輸出到要求的格式中去，使信息在格式與應用之間自由遷移[10]。

使用FME進行數(shù)據(jù)轉換的思路是建立源數(shù)據(jù)與目的數(shù)據(jù)的語義映射關系轉換模型，通過選擇目的數(shù)據(jù)形式表達模板實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式及形式表達等方面的快速轉換[11]。該方法具有強大的功能和靈活性，數(shù)據(jù)轉換效率和質量相對較高。但轉換過程仍然存在以下問題：①FME語義轉換成果的完整性依賴于轉換模板，其模版應盡可能包含目標圖形全部符號、線型以及字體等，否則會造成部分數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。在實際項目應用過程中，模板文件難以包含項目全部數(shù)據(jù)的符號、線型以及字體，存在少量數(shù)據(jù)丟失的情況，還需要進行人工檢查以及要素編輯處理工作[11]。②有些復雜線型表達和轉換尚不能用FME語義實現(xiàn)轉換，有些屬性信息轉換成CAD文字后會出現(xiàn)過密現(xiàn)象，這些特殊情況仍需要人工編輯處理[12]。

2.3 編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的轉換

基于ObjectArx開發(fā)接口可靈活方便地實現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)的分類重組和形式表達，在CAD地形數(shù)據(jù)的線型、符號以及文字注記等表達處理方面具有較強能力。但其對GIS數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)格式解析能力比較弱，難以實現(xiàn)對其幾何信息和屬性信息的快速讀取與完整解譯[13]。因此，單純利用編程方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式解析，建立兩種數(shù)據(jù)之間的嚴密轉換關系模型，難度較大，耗時較長。

2.4 利用FME語義轉換與編程方式相結合的快速無縫轉換方法

綜合以上幾種轉換方法的優(yōu)點，提出采用FME語義轉換和編程方式相結合的數(shù)據(jù)轉換方法，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的快速無縫轉換。

轉換思路：首先利用FME強大的GIS數(shù)據(jù)模型，依據(jù)分類要素各自的數(shù)據(jù)組織結構特點，分類分層構建數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)與CAD地形數(shù)據(jù)的映射對應關系，實現(xiàn)兩種格式數(shù)據(jù)邏輯組織層面的快速無損轉換(即實現(xiàn)幾何要素完整無縫提取轉換)。再利用ObjectArx靈活方便的開發(fā)接口與較強的形式表達層面數(shù)據(jù)處理能力，根據(jù)CAD地形數(shù)據(jù)的組織結構與表達規(guī)則，研發(fā)自動批量快速轉換應用程序功能，實現(xiàn)兩種格式數(shù)據(jù)形式表達層面的快速轉換。

3 FME語義轉換與ObjectArx編程相結合的快速無縫轉換方法實現(xiàn)

3.1 基于FME語義轉換的要素分類提取轉換方案

根據(jù)兩種地形數(shù)據(jù)的組織結構和圖形表達規(guī)則，對每類地形要素集，分別從數(shù)據(jù)組織結構重構、幾何要素分類分層轉換、屬性數(shù)據(jù)分類篩選提取等方面建立數(shù)據(jù)對應映射過程，制定各自的要素分類提取轉換方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)結構邏輯組織層面的快速完整轉換?；贔ME語義轉換的要素分類提取轉換方案的技術路線如圖1所示。

圖1 基于FME語義轉換的要素分類提取方案技術路線

數(shù)據(jù)轉換過程：①讀取數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)的分類要素。采用FME Workbench搭建轉換模板，選擇數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)，利用讀模塊加載分類要素集數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)組織結構重構。由于數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)與CAD地形數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)組織與分層方式的不同，需要按照國標分類編碼對要素進行重新分層組織(利用屬性過濾轉換器AttributerFilter完成)。③幾何要素分類分層提取轉換。利用屬性過濾轉換器將分類要素的幾何要素全部轉出，保證幾何要素的完整性。如利用3DForce將等高線、高程點集合要素轉換成CAD下的三維對象，保持高程信息的完整轉換。④屬性信息分類篩選提取轉換。數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)的屬性表中附帶大量屬性信息(如高程、角度、名稱、國標編碼等)。依據(jù)CAD地形數(shù)據(jù)表達規(guī)則，利用屬性過濾轉換器AttributerFilter進行篩選過濾，再利用TextAdder轉換器將篩選出的屬性數(shù)據(jù)轉換為CAD文字注記，在輸出屬性中設置顏色、字體大小等。⑤數(shù)據(jù)分類分層拆分與重組處理。為了便于后續(xù)程序批量自動化處理，依據(jù)數(shù)據(jù)表達一致性原則，利用AttributerFilter對要素集合進行拆分，將相同表達的要素進行重組分類(如將數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)中AGNP類要素集合，根據(jù)道路級別、行政區(qū)級別等拆分重組)。⑥CAD地形數(shù)據(jù)文件生成。利用寫模塊將分類要素分別寫出，設置數(shù)據(jù)格式及屬性，最終通過目的數(shù)據(jù)源指定的數(shù)據(jù)存儲路徑及文件名稱，生成完整的CAD地形數(shù)據(jù)文件。此時生成的CAD地形數(shù)據(jù)具有完整無損的幾何要素信息，但在要素表達方面需要進一步進行轉換處理。

依據(jù)轉換思路，在FME的Workbench環(huán)境下建立語義映射轉換方案。圖2為數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)道路類線要素集的FME語義映射轉換方案部分成果展示。

圖2 道路類線要素集的FME語義映射轉換方案部分成果展示

3.2 基于ObjectArx二次開發(fā)的自動批量轉換應用程序

利用基于FME語義轉換方案處理后的初步成果，不但具有完整的幾何要素信息，數(shù)據(jù)結構上也具有一定的規(guī)律性。在此基礎上，利用ObjectArx開發(fā)接口，采用C#開發(fā)語言，設計研發(fā)自動批量表達轉換與數(shù)據(jù)處理的應用程序[14-15]，實現(xiàn)對初步成果的進一步處理，完成數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的快速完整轉換。應用程序主要從以下方面實現(xiàn)批量自動轉化處理。①數(shù)據(jù)清理與轉換：經(jīng)過FME語義提取轉換后，初步成果中的道路中線、河流中線等冗余數(shù)據(jù)需要批量刪除；塊以及直線等類型數(shù)據(jù)需要對其進行實體要素類型批量轉換。②顏色線型表達：依據(jù)國家基本比例尺地形圖圖式相關標準，將地形要素逐層進行顏色、線型以及線寬等屬性自動批量設置。③點狀要素符號化表達：依據(jù)地形符號庫及表達規(guī)則，將點要素自動轉換成對應符號，并根據(jù)符號角度屬性，自動設置符號旋轉角度。④面要素填充表達：對水系、房屋、植被等閉合要素進行批量暈線填充表達處理。⑤文字注記表達：對經(jīng)過基于FME語義轉換后初步成果中的文字注記要素進行歸類處理，可直接對文字大小、樣式、顏色、角度等進行自動批量處理。⑥特殊表達處理：如抽稀處理、隧道洞口表達處理等。數(shù)據(jù)庫注記轉化成CAD文字時會出現(xiàn)文字過密現(xiàn)象，需要進行取舍等抽稀表達；有時隧道洞口未進行符號化表達，需要根據(jù)隧道多段線自動提取洞口點，再進行符號化表達處理。

將基于ObjectArx二次開發(fā)的自動批量轉換應用程序通過LoadNet命令加載集成到CAD編圖環(huán)境下即可應用。程序主要界面如圖3所示。

圖3 基于ObjectArx開發(fā)的自動批量表達轉換程序

3.3 FME語義轉換與ObjectArx編程相結合的快速無縫轉換方法在生產(chǎn)項目中的應用

以泰綏鐵路項目(1∶5萬)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)轉換為例，運用FME語義轉換與ObjectArx編程相結合的快速無縫轉換方法(新方法)進行數(shù)據(jù)轉換。

(1)利用FME要素分類語義映射轉換方案將地形數(shù)據(jù)幾何要素完整轉出。轉出后初步成果如圖4(a)，傳統(tǒng)方法FME直接導出成果如圖4(b)。

圖4 FME語義轉換成果與傳統(tǒng)FME直接轉出成果

對兩種方法獲得的成果進行如下的比較。①圖形可識別性與標準性：新方法將要素顏色、圖層名稱等方面進行分類標準化處理，可識別性較強；傳統(tǒng)方法圖形識別性和標準性均較差。②文件大小與冗余數(shù)據(jù)：新方法對道路、河流中線等冗余數(shù)據(jù)進行了處理，冗余數(shù)據(jù)少，文件相對較小；傳統(tǒng)方法冗余相對較多，文件較大。③數(shù)據(jù)完整性與數(shù)據(jù)規(guī)則性：新方法對隱含屬性進行了針對性的暴露與轉換處理，對同類同表達的要素進行了歸類處理，其數(shù)據(jù)完整且具有規(guī)則性，便于自動批量化表達處理。傳統(tǒng)方法屬性要素存在丟失情況，數(shù)據(jù)規(guī)則性不強，人工處理工作量較大。

(2)利用基于ObjectArx接口開發(fā)的自動批量轉換處理程序，對FME語義轉換后初步成果進行數(shù)據(jù)自動批量處理。其中，線型與填充自動批量處理程序應用效果如圖5。

圖5 線型與填充自動批量處理程序應用效果

對新方法與傳統(tǒng)方法的生產(chǎn)效率進行對比，其結果如圖6。

圖6 新方法與傳統(tǒng)方法的項目應用工效對比

從項目應用的工效統(tǒng)計對比中可以看出，利用FME語義轉換與ObjectArx編程相結合的快速無縫轉換方法不僅保證了數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)的快速、無縫轉換，而且減少了人工編輯地形圖的工作量，提高了數(shù)據(jù)轉換與處理的工作效率，在生產(chǎn)項目中應用效果較好。

4 結論

(1)采用基于FME語義轉換的要素分類提取轉換方案，結合基于ObjectArx二次開發(fā)的自動批量轉換應用程序，可以很好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)的快速、準確、無縫轉換。

(2)新方法在生產(chǎn)項目應用中，不僅能夠保證數(shù)據(jù)完整性，而且可以減少大量人工處理工作，工作效率與成圖質量都有較大提高。

(3)新方法不僅適用于鐵路項目，對其他類型項目的數(shù)據(jù)庫地形數(shù)據(jù)轉換處理也具有很好的應用價值。

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