王琳

(1.上海市測(cè)繪院，自然資源部超大城市自然資源時(shí)空大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

1 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代以及信息化進(jìn)程的不斷加快，各領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⒌男枨蟪尸F(xiàn)多樣化、精細(xì)化、個(gè)性化的趨勢(shì)。為進(jìn)一步對(duì)標(biāo)高質(zhì)量發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪的服務(wù)要求，構(gòu)建新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系已成為自然資源領(lǐng)域改革創(chuàng)新發(fā)展的必然要求和戰(zhàn)略抉擇[1～3]?！稖y(cè)繪地理信息事業(yè)“十三五”規(guī)劃》中明確指出，探索建立基于地理實(shí)體的成果采集和管理模式，逐步推動(dòng)現(xiàn)有國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫向地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)型，發(fā)展以地理實(shí)體為主要表現(xiàn)形式的公共產(chǎn)品，是促進(jìn)地理空間信息廣泛共享、優(yōu)化信息資源結(jié)構(gòu)的重要措施。

與傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪不同，新型基礎(chǔ)測(cè)繪采集精度要求為“按需測(cè)繪，不同要素不同精度”，成果中的全要素地形數(shù)據(jù)不再機(jī)械地按照比例尺進(jìn)行分級(jí)，而是通過實(shí)體構(gòu)建成無尺度的地理實(shí)體庫。因此，梳理分析依據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)建立的多尺度、多類型數(shù)據(jù)與地理實(shí)體數(shù)據(jù)之間的差異，建立數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換的知識(shí)圖譜，構(gòu)建由現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫到地理實(shí)體基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)庫建設(shè)的生產(chǎn)工藝流程，是新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

上海市作為新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)試點(diǎn)城市，結(jié)合上海超大型城市精細(xì)化管理的實(shí)際需求，按照“能采盡采、不同實(shí)體不同精度”的原則，探索并實(shí)踐了基于地理實(shí)體的全息數(shù)據(jù)采集與建庫。本文以上海市地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)為例，介紹了利用FME實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有地形成果數(shù)據(jù)升級(jí)轉(zhuǎn)換的技術(shù)方案。

2 問題概述

傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪采用按比例尺建庫的模式，測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)主要面向制圖需要，要素分類和采集標(biāo)準(zhǔn)都與符號(hào)化方法息息相關(guān)。以上海市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫為例，市中心區(qū)域?yàn)?1∶500圖幅，郊區(qū)為 1∶2 000圖幅。地形要素采集標(biāo)準(zhǔn)上，同一種要素在不同比例尺圖幅區(qū)域采集的方式不同。以門墩為例，在 1∶500圖幅區(qū)域按照范圍面采集，在 1∶2 000圖幅則采集中心點(diǎn)。

在智能化全息測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)下，同類要素采集方式進(jìn)行了統(tǒng)一，即同一種要素采集同一類圖形，如原來采點(diǎn)或面，現(xiàn)在統(tǒng)一采面；原來采單線或雙線，現(xiàn)在統(tǒng)一采雙線；按照智能化全息測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫建設(shè)時(shí)，需要梳理分析新舊標(biāo)準(zhǔn)下地形數(shù)據(jù)之間的差異，探索自動(dòng)化轉(zhuǎn)換技術(shù)，對(duì)此類要素現(xiàn)有的庫存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后方可入庫。

3 FME簡介

FME是一款用于空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)加載、轉(zhuǎn)換、集成、導(dǎo)出、共享的產(chǎn)品，是全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)整合平臺(tái)。FME擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、變換和自動(dòng)化能力，該軟件基于OpenGIS組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念“語義轉(zhuǎn)換”，通過提供在轉(zhuǎn)換過程中重構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，能夠支持包括GIS、CAD、柵格、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、BIM等在內(nèi)的300多種不同空間數(shù)據(jù)格式(模型)之間的轉(zhuǎn)換，為進(jìn)行快速、高質(zhì)量、多需求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了高效、可靠的手段。由于FME具有易用性、高效性、零編碼等特性，在大比例尺數(shù)據(jù)庫建設(shè)[4]、圖形轉(zhuǎn)換[5，6]、空間數(shù)據(jù)可視化[7]、數(shù)據(jù)檢查[8，9]等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

4 FME自動(dòng)化轉(zhuǎn)換的整體思路

4.1 明確轉(zhuǎn)換要素類別

地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫建設(shè)本質(zhì)上是傳統(tǒng)地形測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)向智能化全息測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，明確兩種標(biāo)準(zhǔn)的差異是數(shù)據(jù)庫升級(jí)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的前提。對(duì)傳統(tǒng)地形測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)和智能化全息測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，從要素、圖層和屬性等方面明確發(fā)生的變化，明確待轉(zhuǎn)換要素類別，建立轉(zhuǎn)換前后要素映射關(guān)系。

4.2 確定轉(zhuǎn)換類型

根據(jù)轉(zhuǎn)換前后要素的幾何類型和圖式符號(hào)分類，確定要素的轉(zhuǎn)換類型，不同的轉(zhuǎn)換類型具有不同的轉(zhuǎn)換方法。升級(jí)前，上海市基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)的幾何類型包括點(diǎn)、線、面和注記。圖式符號(hào)分為7個(gè)類型(如表1所示)，采用依骨架線為主體的符號(hào)化表達(dá)，各個(gè)類型具有明確的定位點(diǎn)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)各個(gè)要素的組織方法也要進(jìn)行對(duì)應(yīng)。本文對(duì)待轉(zhuǎn)換要素進(jìn)行分析后，歸納總結(jié)了4大類共8小類轉(zhuǎn)換類型，具體轉(zhuǎn)換類型及要素示例如圖1所示。

圖式符號(hào)分類 表1

圖1 轉(zhuǎn)換類型及要素示例(其中，B代表不依比例尺)

4.3 確定轉(zhuǎn)換閾值

轉(zhuǎn)換閾值是指邊長、半徑、長度、寬度等圖形轉(zhuǎn)換過程中需要確定的幾何參數(shù)。本文通過研究，將轉(zhuǎn)換閾值的確定依據(jù)設(shè)計(jì)為“地方標(biāo)準(zhǔn)≥國家標(biāo)準(zhǔn)≥符號(hào)本身的尺寸”，其中：

①地方標(biāo)準(zhǔn)，即“DG/TJ08-86-2010 《1∶500 1∶1000 1∶2000數(shù)字地形測(cè)量規(guī)范》”。

②國家標(biāo)準(zhǔn)，即“GB/T 20257.1-2007《國家基本比例尺地圖圖式 第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》”。

③符號(hào)自身的尺寸。

以國家標(biāo)準(zhǔn)中的涵洞要素為例，區(qū)分依比例尺的和半依比例尺的兩種符號(hào)，并且規(guī)定“當(dāng)圖上寬度小于 1 mm用半依比例尺符號(hào)表示”。因此轉(zhuǎn)換時(shí)就以 1 mm作為轉(zhuǎn)換閾值，根據(jù)要素所在區(qū)域的出圖比例尺最終確定轉(zhuǎn)換后涵洞圖形的寬度，如表2所示。

根據(jù)轉(zhuǎn)換閾值和出圖區(qū)域比例尺確定轉(zhuǎn)換后圖形寬度 表2

4.4 明確轉(zhuǎn)換定位信息

轉(zhuǎn)換定位信息主要指轉(zhuǎn)換前要素和轉(zhuǎn)換后要素的位置關(guān)系。本文從兩個(gè)方面對(duì)待轉(zhuǎn)換的要素進(jìn)行逐要素梳理，確定轉(zhuǎn)換定位信息。

①轉(zhuǎn)換前的點(diǎn)要素是轉(zhuǎn)換后面要素的幾何中心還是邊線中心？如圖2(a)和圖2(b)。

②轉(zhuǎn)換前的線要素是轉(zhuǎn)換后閉合線要素的中心線還是邊線？如圖2(c)和圖2(d)。

圖2 轉(zhuǎn)換定位關(guān)系(其中，紅色的點(diǎn)、線為轉(zhuǎn)換前要素)

4.5 傳遞條件符號(hào)信息

條件符號(hào)是指某一地理要素的符號(hào)化形態(tài)與自身的某一相關(guān)屬性的屬性值或其自身某一節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)類型特征相關(guān)，如點(diǎn)狀要素的角度屬性、線狀要素的轉(zhuǎn)點(diǎn)信息。如圖3(a)為斜坡要素的符號(hào)化顯示效果，能夠?qū)崿F(xiàn)該效果是依托斜坡要素點(diǎn)序列中首邊末尾的節(jié)點(diǎn)類型(如圖3(b))，將該點(diǎn)標(biāo)記為轉(zhuǎn)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)斜坡正確符號(hào)化，否則只能看到骨架線效果(如圖3(c))。為確保轉(zhuǎn)換后要素仍然能夠正確符號(hào)化，需要對(duì)條件符號(hào)信息進(jìn)行解析，并在轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行傳遞。

圖3 條件符號(hào)信息示例

4.6 搭建FME轉(zhuǎn)換運(yùn)行模板

在前期分析的基礎(chǔ)上，區(qū)分不同的轉(zhuǎn)換類型確定相應(yīng)的轉(zhuǎn)換思路。利用FME平臺(tái)，對(duì)轉(zhuǎn)換思路進(jìn)行逐步拆解和細(xì)化，找到關(guān)鍵步驟對(duì)應(yīng)的FME轉(zhuǎn)換器，連接不同的轉(zhuǎn)換器最終搭建形成轉(zhuǎn)換模板，從而實(shí)現(xiàn)要素轉(zhuǎn)換的批量化和自動(dòng)化。圖4為主要的轉(zhuǎn)換步驟，輸入包括兩個(gè)方面：映射表和待轉(zhuǎn)地形數(shù)據(jù)。映射表可為Access、Excel等多種格式，包含待轉(zhuǎn)換要素名稱、轉(zhuǎn)換前編碼、轉(zhuǎn)換后編碼、轉(zhuǎn)換閾值(如邊長、半徑等)、定位點(diǎn)類型等信息。將待轉(zhuǎn)換要素編碼發(fā)布為FME參數(shù)，通過與地形數(shù)據(jù)編碼匹配，篩選出待轉(zhuǎn)要素。待轉(zhuǎn)要素的比例尺屬性字段與映射表中的轉(zhuǎn)換閾值信息結(jié)合，計(jì)算獲得轉(zhuǎn)換圖形參數(shù)；根據(jù)各個(gè)轉(zhuǎn)換類型確定圖形轉(zhuǎn)換的具體方法，如使用緩沖區(qū)方法進(jìn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)面、使用雙側(cè)平行線方法實(shí)現(xiàn)單線轉(zhuǎn)雙線。在圖形轉(zhuǎn)換結(jié)束后，對(duì)需要進(jìn)行條件符號(hào)信息傳遞的要素進(jìn)行符號(hào)化信息的處理。最終輸出成果，需要注意的是：轉(zhuǎn)換前后要素之間的關(guān)系可以分為一對(duì)一和一對(duì)多兩種，除線節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)面和單線轉(zhuǎn)雙線兩種類型外，其余轉(zhuǎn)換類型均為一對(duì)一。

圖4 轉(zhuǎn)換主要步驟

5 應(yīng)用實(shí)例

在地形數(shù)據(jù)當(dāng)中，存在成排規(guī)則排列的半依比例尺支柱，線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)支柱。轉(zhuǎn)換時(shí)，需要將線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別轉(zhuǎn)換為一個(gè)支柱面。具體轉(zhuǎn)換思路如下：

①獲取線上的節(jié)點(diǎn)，如圖5(a)和圖5(b)。若為曲線，則首先進(jìn)行邊界內(nèi)插，然后獲取線上各節(jié)點(diǎn)；

②遍歷每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)與前一點(diǎn)、后一點(diǎn)的位置計(jì)算該節(jié)點(diǎn)代表的支柱的方向；

③根據(jù)轉(zhuǎn)換閾值和要素比例尺計(jì)算轉(zhuǎn)換后要素面的邊長；

④根據(jù)邊長和轉(zhuǎn)換定位信息，計(jì)算轉(zhuǎn)換后要素面的四個(gè)角點(diǎn)，并按照逆時(shí)針方向加點(diǎn)連接成面，此時(shí)所有的面都為正北方向，如圖5(c)所示；

⑤根據(jù)②計(jì)算得到的方向?qū)χе孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最終效果如圖5(d)所示。

圖5 線節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)面類型轉(zhuǎn)換示意圖

對(duì)轉(zhuǎn)換思路進(jìn)行逐步拆解和細(xì)化，尋找對(duì)應(yīng)的FME轉(zhuǎn)換器，如表3所示。

線節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)面關(guān)鍵步驟及對(duì)應(yīng)FME轉(zhuǎn)換器 表3

連接不同的轉(zhuǎn)換器最終搭建形成轉(zhuǎn)換模板，從而實(shí)現(xiàn)要素轉(zhuǎn)換的批量化和自動(dòng)化，如圖6所示。

圖6 線節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)面FME模板

6 結(jié) 語

新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)是當(dāng)前國家測(cè)繪地理信息事業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)之一。傳統(tǒng)按尺度分級(jí)測(cè)繪、構(gòu)建多尺度數(shù)據(jù)庫的模式發(fā)生了改變，在現(xiàn)有地形成果數(shù)據(jù)向無尺度地理實(shí)體庫升級(jí)的過程中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是現(xiàn)有數(shù)據(jù)的自動(dòng)化轉(zhuǎn)換。本文結(jié)合上海市新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目“智能化全息測(cè)繪-基于地理實(shí)體的全息數(shù)據(jù)采集與建庫”，建立了現(xiàn)有地形成果數(shù)據(jù)向智能化全息測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的技術(shù)方案，利用FME強(qiáng)大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力自定義轉(zhuǎn)換流程，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)自動(dòng)化轉(zhuǎn)換。