高文靜，李文博，王 璐

（西安市勘察測繪院，陜西西安 710054）

0 引言

地形圖是我國一項重要的測繪地理信息成果，地形圖數(shù)據(jù)主要包括居民地、交通、水系、植被、地貌等基本地理要素，其應(yīng)用范圍和影響極廣。Microstation 軟件是一款地形圖制圖軟件，與AutoCAD 相比，它在圖形表達尤其是符號化方面有很強的優(yōu)勢，在傳統(tǒng)測繪、建筑、規(guī)劃、交通運輸?shù)刃袠I(yè)中被普遍使用。ArcGIS 具有強大的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析能力，我國許多地理信息相關(guān)部門普遍將ArcGIS 作為各種地理信息數(shù)據(jù)庫建庫平臺，這些數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)又大部分來源于測繪部門，因此，我們必須通過一定方法將Microstation DGN 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS 平臺所需的數(shù)據(jù)格式，并需保證該方法能最大程度減少數(shù)據(jù)丟失和信息遺漏［1］。

1 平臺介紹

1.1 Microstation

1.2 ArcGIS

ArcGIS 是由ESRI 公司推出的一套完整的GIS產(chǎn)品平臺，該平臺具有非常強大的地圖制作、空間分析、空間信息整合、發(fā)布與共享能力。它基于核心組件庫ArcObjects 搭建，主要由ArcGIS Desktop、ArcGIS Engine、ArcGIS Server 和ArcIMS 4 部分組成。從軟件的使用功能來看，ArcGIS 可以幫助用戶實現(xiàn)創(chuàng)建地圖、編輯和使用地理信息數(shù)據(jù)、管理地理信息數(shù)據(jù)庫、分享地理信息數(shù)據(jù)等工作，因此，在測繪、地理信息、土地管理、不動產(chǎn)登記、城市規(guī)劃等行業(yè)使用廣泛。

1.3 FME

FME 是一種基于“語義轉(zhuǎn)換”理念的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，可以快速高效地實現(xiàn)250 多種空間數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換，基于FME 平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要由結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、內(nèi)容轉(zhuǎn)換2 個部分組成。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換通過對原數(shù)據(jù)格式的拆分、合并和重構(gòu)，使其符合FME 內(nèi)部標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再將其發(fā)送到FME 目標數(shù)據(jù)格式；內(nèi)容轉(zhuǎn)換則是將數(shù)據(jù)集中的幾何特征、屬性值等進行語義轉(zhuǎn)換。這2 種轉(zhuǎn)換工作都可以在FME Workbench 中實現(xiàn)：增加Reader 讀取原數(shù)據(jù)，為轉(zhuǎn)換前后2 種不同格式的數(shù)據(jù)建立一一映射關(guān)系，再通過Writer 輸出至目標GIS 空間數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)原數(shù)據(jù)到目標數(shù)據(jù)的成功轉(zhuǎn)換。

2 技術(shù)路線

2.1 轉(zhuǎn)換基本要求

FME 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺兼容250 多種GIS 與CAD數(shù)據(jù)格式，可輕松實現(xiàn)dwg、shp、dgn 等多種格式的轉(zhuǎn)換。由于不同數(shù)據(jù)來源的空間矢量數(shù)據(jù)對同一要素或?qū)嶓w的表達存在差異性，在把Microstation DGN 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS 數(shù)據(jù)格式時必須做到：1）圖形要素?zé)o丟失，坐標不發(fā)生改變，原數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有一一對應(yīng)關(guān)系；2）原數(shù)據(jù)屬性信息應(yīng)無錯漏；3）數(shù)據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)無變化，滿足圖形要素的成面、封閉、接邊和符號化等相關(guān)制圖要求。

2.2 轉(zhuǎn)換技術(shù)路線

基于Microstation 的DGN 數(shù)據(jù)主要分為點、線、面3 種類型，在通過Microstation 軟件進行地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)時會對應(yīng)基于不同比例尺的feature 表，這些feature 表詳細記錄了DGN 數(shù)據(jù)層、色、線型等參數(shù)。作為ArcGIS 平臺數(shù)據(jù)格式的shp 或gdb 數(shù)據(jù)，都有自己的屬性表，用戶可以根據(jù)項目需求定義圖層屬性結(jié)構(gòu)［2］。

利用FME 平臺進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要遵循以下5步，即數(shù)據(jù)檢查、制作層色對照表、設(shè)計轉(zhuǎn)換模板、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢查入庫。具體如下：

1）對原始地形圖數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和規(guī)范化、標準化處理，其中，數(shù)據(jù)檢查包括拓撲檢查、屬性檢查等，待原始地形圖數(shù)據(jù)符合轉(zhuǎn)換要求后方可進行下一步操作。

2）充分了解轉(zhuǎn)換需求，編制DGN 格式轉(zhuǎn)換GIS格式數(shù)據(jù)的層色對照表，主要有點表、線表、面表、注記表、屬性表、賦值表等，如圖1 所示。

圖1 層色對照表

3）設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模板，在FME Desktop 中進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計，這項工作是整個任務(wù)的核心內(nèi)容。

在現(xiàn)行區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展政策措施推動下，粵東西北地區(qū)交通條件不斷改善、產(chǎn)業(yè)共建成效初顯、一批優(yōu)質(zhì)項目落地、中心城區(qū)擴容提質(zhì)扎實推進，發(fā)展取得了突出成效。

4）通過標準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模板將DGN 數(shù)據(jù)的點、線、符號、注記等類型的數(shù)據(jù)成功轉(zhuǎn)換為點、線、面3種類型，注記數(shù)據(jù)記錄到對應(yīng)的屬性表中，以實現(xiàn)DGN 數(shù)據(jù)到shp 或gdb 數(shù)據(jù)的無損轉(zhuǎn)換。

5）對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行位置精度檢查、圖形信息檢查、拓撲信息檢查和屬性信息檢查等工作，待轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查完全合格后方可進行入庫。

以上述5 步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法為基礎(chǔ)，認真研究如何實現(xiàn)Microstation DGN 數(shù)據(jù)到GIS 空間數(shù)據(jù)shp或gdb 格式的無損轉(zhuǎn)換，制作無損轉(zhuǎn)換模板，如圖2所示。

圖2 有向點和門墩角度信息

2.3 發(fā)布FME Server服務(wù)

Microstation DGN 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS 的標準化地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模板也可以發(fā)布到FME Server 上，用戶通過瀏覽器訪問指定網(wǎng)站，上傳原始地形圖數(shù)據(jù)進行在線轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)該項資源共享。

3 地形圖有向點要素轉(zhuǎn)換

由于Microstation 軟件在數(shù)據(jù)存儲、圖元定義和管理風(fēng)格等方面與ArcGIS 有著極大地區(qū)別，在進行直接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中可能會導(dǎo)致地物要素丟失、屬性信息遺漏等。在一般情況下，房屋、水系等邊界較為簡單清晰的地物要素的轉(zhuǎn)換方法也相對簡單。但對于邊界相對復(fù)雜的地物要素如植被，其邊界由地類界構(gòu)成，這就要求我們在進行植被要素提取、構(gòu)面時，必須先對地類界和其他圖層之間的拓撲關(guān)系進行處理，確保地物邊界可構(gòu)成封閉的區(qū)間，且邊界屬性正確。對于符號化的地物，則需要在進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前，對符號進行必要的分析判斷，確定轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)類型以便于設(shè)計轉(zhuǎn)換模板。對于有向線則需保持與原數(shù)據(jù)一致，按照線前進方向右手邊繪制符號表示。對于有向點要素則需賦角度屬性。

下面將重點介紹基于FME 平臺將Microstation DGN 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為shp 或gdb 數(shù)據(jù)格式時，如何最大程度避免重要的有向點要素角度丟失。

3.1 地形圖中的點要素

地形圖要素主要通過點、線、文字注記、符號等進行表達。點要素是獨立的地物要素，在Microstation 中稱作單元，特征參數(shù)有層、色和單元符號。常見的地形圖點狀地物主要有高層房屋中心點（mslink 值138，要素編碼310501）、棚房中心點（mslink 值136，要素編碼310602）、不依比例的通信塔（mslink 值235，要素編碼340505）、不依比例的下建筑物出入口（mslink 值294，要素編碼380301）、路燈（mslink 值683，要素編碼380501）、天窗（mslink值673，要素編碼380302）、雨水篦子（mslink 值758，要素編碼544102）、不依比例的門墩（mslink 值681，要素編碼380410）等［3］。

3.2 常見的有向點要素

有向點，即有方向性的點狀要素，在地形圖中方向按其真實方向表示。角度方向以正北方向為0°，順時針計算確定其角度值。作者通過梳理得出地形圖中較常見的有向點要素主要有不依比例的地面上窯洞（mslink 值630，要素編碼311104）、不依比例的門墩（mslink 值681，要素編碼380410）、不依比例的地下建筑物出入口（mslink 值294，要素編碼380301）、不依比例的地鐵站出入口（mslink 值705，要素編碼450107）、雨水篦子（mslink 值758，要素編碼544102）等。

有向點的旋轉(zhuǎn)角度記錄方式如圖2 所示，以不依比例的門墩（mslink 值681，要素編碼380410）為例，當(dāng)門墩角度值為0°時，方向指北方向；當(dāng)角度值為120°，方向按順時針旋轉(zhuǎn)120°記錄角度信息。這些常見的有向點要素在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，需保證轉(zhuǎn)換后的shp 或者gdb 數(shù)據(jù)屬性表中含角度信息，以保證數(shù)據(jù)完整性，滿足后期制圖要求。

3.3 轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

地形圖有向點的角度信息記錄在“地形圖—類型細節(jié)—方向信息”中，利用FME 實現(xiàn)DGN 數(shù)據(jù)有向點向GIS 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換用到的關(guān)鍵函數(shù)有Attribute Exposer、ParameterFetcher、StringReplacer、Tester 等，主要轉(zhuǎn)換過程如下［4］：

1）利用AttributeExposer 轉(zhuǎn)換器，將DGN 數(shù)據(jù)中的mslink、igds_rotation、igds_cell_name、igds_asename等隱藏的信息暴露出來，其中，igds_rotation 即需要提取的旋轉(zhuǎn)角信息，igds_cell_name 為對應(yīng)的要素編碼，mslink 屬性即mslink 值。

2）通過tester 轉(zhuǎn)換器，對mslink 值以及igds_cell_name 等信息進行判斷，可以控制在轉(zhuǎn)換過程中只轉(zhuǎn)換需要的要素。

3）通過ParameterFetcher 轉(zhuǎn)換器將判斷的標準以發(fā)布參數(shù)的形式發(fā)布出來，以達到當(dāng)提取標準發(fā)生變化的時候，無需修改轉(zhuǎn)換模板，只需要修改運行參數(shù)即可。

4）在經(jīng)過初步提取后，使用gdb 寫模塊將數(shù)據(jù)寫為gdb 格式的數(shù)據(jù)，即完成了整個數(shù)據(jù)的提取轉(zhuǎn)換流程，如圖3 所示。

圖3 FME 有向點轉(zhuǎn)換配置圖

3.4 具體轉(zhuǎn)換過程

運行轉(zhuǎn)換模板，把原始數(shù)據(jù)作為源文件讀入，在“待提取的要素編碼”對話框中輸入有向點要素對應(yīng)的mslink 值或者有向點要素對應(yīng)的要素編碼，多個值之間用英文空格隔開，再選擇要存儲的目標文件，本次模板設(shè)計的數(shù)據(jù)存儲格式為*.gdb，如圖4 所示。

圖4 轉(zhuǎn)換參數(shù)值

3.5 轉(zhuǎn)換結(jié)果

FME 平臺進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，查看轉(zhuǎn)換結(jié)果，如圖5 所示。

圖5 轉(zhuǎn)換日志

通過轉(zhuǎn)換日志獲取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的具體信息。本次試驗選取西安市1∶500 大比例尺地形圖（圖幅大?。?50 m ×200 m）100 幅，通過FME 模板讀入172 861 條記錄，轉(zhuǎn)換后共寫入gdb 數(shù)據(jù)645 條記錄，轉(zhuǎn)換用時2'10.6''，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換無信息丟失和損壞，轉(zhuǎn)換效率相對較高［5］。

4 轉(zhuǎn)換結(jié)果檢核

在Microstation 平臺加載原始地形圖，通過要素檢查可獲得該地形圖中各要素的具體信息，如要素名稱、數(shù)量、類型、圖層、顏色等。在原始地形圖中不依比例的門墩（mslink 值681，要素編碼380410）數(shù)量為32，不依比例的門墩方向值可通過元素信息查找獲取。

在ArcMap 平臺加載轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)，打開不依比例的門墩所在層19 對應(yīng)屬性表，按屬性選擇查找不依比例的門墩要素，共32 條數(shù)據(jù)記錄，其中“igds_rotation”字段詳細記錄了其方向信息。經(jīng)檢核該有向點方向值轉(zhuǎn)換無損。

5 結(jié)語

利用FME 實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的批量轉(zhuǎn)換工作已擁有較多的完成實例。本文立足測繪生產(chǎn)實際，提出了基于FME 的Microstation DGN 與GIS 空間數(shù)據(jù)有向點轉(zhuǎn)換技術(shù)研究。經(jīng)驗證，該方法簡單、可操作性強，節(jié)省了大量時間、人力且能最大程度保證數(shù)據(jù)完整無丟失。在西安市1.8 × 108km2范圍內(nèi)傳統(tǒng)1∶500、1∶1000 大比例尺地形圖數(shù)據(jù)實體化改造中成功進行了實踐，同時也為解決類似的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題提供了一定的參考價值。