王 嬌

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

隨著鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)不斷革新，中比例地形數(shù)據(jù)(如1∶5萬(wàn)地形圖)在鐵路項(xiàng)目方案競(jìng)選階段的需求越來(lái)越多。中比例地形數(shù)據(jù)一般由國(guó)家基礎(chǔ)地理測(cè)繪數(shù)據(jù)制作而成(以數(shù)據(jù)庫(kù)格式存放和管理)。而工程設(shè)計(jì)往往需要CAD格式的地形數(shù)據(jù)。因此，需對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法存在處理效率較低、數(shù)據(jù)損失等問(wèn)題，針對(duì)這種情況，對(duì)兩種數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)常用轉(zhuǎn)換方法存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析，提出基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換與ObjectArx編程相結(jié)合的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確、無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析

數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)和CAD地形數(shù)據(jù)是由兩種不同軟件平臺(tái)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)無(wú)縫轉(zhuǎn)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(kù)地形數(shù)據(jù)是一種簡(jiǎn)單的矢量數(shù)據(jù)格式，要素通過(guò)點(diǎn)、線、面和注記四種類型來(lái)表示，用來(lái)存儲(chǔ)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(diǎn)圖層、線圖層、面圖層和注記圖層。一種地物實(shí)體的表達(dá)主要由點(diǎn)圖層、線圖層和面圖層來(lái)完成。一個(gè)圖層是一種類型要素的集合體，圖層中要素對(duì)象與類型要一致，如點(diǎn)要素圖層中對(duì)象均為點(diǎn)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(gè)圖層對(duì)象可以包含多種類型的要素[4](即一個(gè)圖層中可以包括點(diǎn)、線、塊、文字以及填充等多種類型的要素對(duì)象)。

1.2 數(shù)據(jù)分層分類

按照《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》中大類組織分層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)分層一般分為居民地及設(shè)施、交通、水系、管線、境界與政區(qū)、地貌、土質(zhì)與植被、定位基礎(chǔ)等八類[5]。根據(jù)數(shù)據(jù)類型不同，又分為點(diǎn)層、線層和面層，如水系類分層為HYDA、HYDL、HYDP等，居民地及設(shè)施類分層為RESA、RESL、RESP等。CAD地形數(shù)據(jù)則按照《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》中子類組織分層結(jié)構(gòu)，按照要素分類代碼進(jìn)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(yùn)河)、230101(湖泊)、230102(池塘)等。

1.3 數(shù)據(jù)屬性存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)在一個(gè)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)空間對(duì)象的幾何信息和屬性信息，一個(gè)圖層要素集對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性表，一個(gè)要素實(shí)體屬性信息存儲(chǔ)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(gè)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(diǎn)，要將數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)無(wú)縫轉(zhuǎn)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(chǔ)等方面進(jìn)行解析與轉(zhuǎn)換。

2 快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法的確定

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

2.1 利用ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的語(yǔ)義轉(zhuǎn)換

主要利用ArcGIS的Conversion Tools實(shí)現(xiàn)[9]，但其轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在較多問(wèn)題：①幾何要素丟失嚴(yán)重。由于GIS軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與CAD軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異較大，轉(zhuǎn)換過(guò)程中幾何屬性丟失較多(如線性、符號(hào)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(duì)顯示位置與表達(dá)關(guān)系，數(shù)據(jù)屬性信息較少。轉(zhuǎn)換后，屬性檢查與追加修改工作量較大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。③不具有自動(dòng)批量轉(zhuǎn)換功能，人工編輯工作量大，工作效率低。

2.2 利用FME實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的語(yǔ)義轉(zhuǎn)換

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，能夠靈活應(yīng)對(duì)各種數(shù)據(jù)重組內(nèi)容變換任務(wù)，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(yīng)用之間自由遷移[10]。

使用FME進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的思路是建立源數(shù)據(jù)與目的數(shù)據(jù)的語(yǔ)義映射關(guān)系轉(zhuǎn)換模型，通過(guò)選擇目的數(shù)據(jù)形式表達(dá)模板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式及形式表達(dá)等方面的快速轉(zhuǎn)換[11]。該方法具有強(qiáng)大的功能和靈活性，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率和質(zhì)量相對(duì)較高。但轉(zhuǎn)換過(guò)程仍然存在以下問(wèn)題：①FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換成果的完整性依賴于轉(zhuǎn)換模板，其模版應(yīng)盡可能包含目標(biāo)圖形全部符號(hào)、線型以及字體等，否則會(huì)造成部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，模板文件難以包含項(xiàng)目全部數(shù)據(jù)的符號(hào)、線型以及字體，存在少量數(shù)據(jù)丟失的情況，還需要進(jìn)行人工檢查以及要素編輯處理工作[11]。②有些復(fù)雜線型表達(dá)和轉(zhuǎn)換尚不能用FME語(yǔ)義實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，有些屬性信息轉(zhuǎn)換成CAD文字后會(huì)出現(xiàn)過(guò)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

基于ObjectArx開發(fā)接口可靈活方便地實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)的分類重組和形式表達(dá)，在CAD地形數(shù)據(jù)的線型、符號(hào)以及文字注記等表達(dá)處理方面具有較強(qiáng)能力。但其對(duì)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)格式解析能力比較弱，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)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(yán)密轉(zhuǎn)換關(guān)系模型，難度較大，耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.4 利用FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換與編程方式相結(jié)合的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法

綜合以上幾種轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)點(diǎn)，提出采用FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換和編程方式相結(jié)合的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換思路：首先利用FME強(qiáng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分類分層構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)與CAD地形數(shù)據(jù)的映射對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)兩種格式數(shù)據(jù)邏輯組織層面的快速無(wú)損轉(zhuǎn)換(即實(shí)現(xiàn)幾何要素完整無(wú)縫提取轉(zhuǎn)換)。再利用ObjectArx靈活方便的開發(fā)接口與較強(qiáng)的形式表達(dá)層面數(shù)據(jù)處理能力，根據(jù)CAD地形數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)與表達(dá)規(guī)則，研發(fā)自動(dòng)批量快速轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序功能，實(shí)現(xiàn)兩種格式數(shù)據(jù)形式表達(dá)層面的快速轉(zhuǎn)換。

3 FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換與ObjectArx編程相結(jié)合的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)

3.1 基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的要素分類提取轉(zhuǎn)換方案

根據(jù)兩種地形數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)和圖形表達(dá)規(guī)則，對(duì)每類地形要素集，分別從數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)、幾何要素分類分層轉(zhuǎn)換、屬性數(shù)據(jù)分類篩選提取等方面建立數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)映射過(guò)程，制定各自的要素分類提取轉(zhuǎn)換方案，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邏輯組織層面的快速完整轉(zhuǎn)換。基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的要素分類提取轉(zhuǎn)換方案的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的要素分類提取方案技術(shù)路線

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程：①讀取數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)的分類要素。采用FME Workbench搭建轉(zhuǎn)換模板，選擇數(shù)據(jù)庫(kù)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(jié)構(gòu)重構(gòu)。由于數(shù)據(jù)庫(kù)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(guó)標(biāo)分類編碼對(duì)要素進(jìn)行重新分層組織(利用屬性過(guò)濾轉(zhuǎn)換器AttributerFilter完成)。③幾何要素分類分層提取轉(zhuǎn)換。利用屬性過(guò)濾轉(zhuǎn)換器將分類要素的幾何要素全部轉(zhuǎn)出，保證幾何要素的完整性。如利用3DForce將等高線、高程點(diǎn)集合要素轉(zhuǎn)換成CAD下的三維對(duì)象，保持高程信息的完整轉(zhuǎn)換。④屬性信息分類篩選提取轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)庫(kù)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(guó)標(biāo)編碼等)。依據(jù)CAD地形數(shù)據(jù)表達(dá)規(guī)則，利用屬性過(guò)濾轉(zhuǎn)換器AttributerFilter進(jìn)行篩選過(guò)濾，再利用TextAdder轉(zhuǎn)換器將篩選出的屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAD文字注記，在輸出屬性中設(shè)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(dòng)化處理，依據(jù)數(shù)據(jù)表達(dá)一致性原則，利用AttributerFilter對(duì)要素集合進(jìn)行拆分，將相同表達(dá)的要素進(jìn)行重組分類(如將數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)中AGNP類要素集合，根據(jù)道路級(jí)別、行政區(qū)級(jí)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(shè)置數(shù)據(jù)格式及屬性，最終通過(guò)目的數(shù)據(jù)源指定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑及文件名稱，生成完整的CAD地形數(shù)據(jù)文件。此時(shí)生成的CAD地形數(shù)據(jù)具有完整無(wú)損的幾何要素信息，但在要素表達(dá)方面需要進(jìn)一步進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。

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

圖2 道路類線要素集的FME語(yǔ)義映射轉(zhuǎn)換方案部分成果展示

3.2 基于ObjectArx二次開發(fā)的自動(dòng)批量轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序

利用基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上也具有一定的規(guī)律性。在此基礎(chǔ)上，利用ObjectArx開發(fā)接口，采用C#開發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)研發(fā)自動(dòng)批量表達(dá)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序[14-15]，實(shí)現(xiàn)對(duì)初步成果的進(jìn)一步處理，完成數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)到CAD地形數(shù)據(jù)的快速完整轉(zhuǎn)換。應(yīng)用程序主要從以下方面實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)轉(zhuǎn)化處理。①數(shù)據(jù)清理與轉(zhuǎn)換：經(jīng)過(guò)FME語(yǔ)義提取轉(zhuǎn)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(duì)其進(jìn)行實(shí)體要素類型批量轉(zhuǎn)換。②顏色線型表達(dá)：依據(jù)國(guó)家基本比例尺地形圖圖式相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將地形要素逐層進(jìn)行顏色、線型以及線寬等屬性自動(dòng)批量設(shè)置。③點(diǎn)狀要素符號(hào)化表達(dá)：依據(jù)地形符號(hào)庫(kù)及表達(dá)規(guī)則，將點(diǎn)要素自動(dòng)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)符號(hào)，并根據(jù)符號(hào)角度屬性，自動(dòng)設(shè)置符號(hào)旋轉(zhuǎn)角度。④面要素填充表達(dá)：對(duì)水系、房屋、植被等閉合要素進(jìn)行批量暈線填充表達(dá)處理。⑤文字注記表達(dá)：對(duì)經(jīng)過(guò)基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換后初步成果中的文字注記要素進(jìn)行歸類處理，可直接對(duì)文字大小、樣式、顏色、角度等進(jìn)行自動(dòng)批量處理。⑥特殊表達(dá)處理：如抽稀處理、隧道洞口表達(dá)處理等。數(shù)據(jù)庫(kù)注記轉(zhuǎn)化成CAD文字時(shí)會(huì)出現(xiàn)文字過(guò)密現(xiàn)象，需要進(jìn)行取舍等抽稀表達(dá)；有時(shí)隧道洞口未進(jìn)行符號(hào)化表達(dá)，需要根據(jù)隧道多段線自動(dòng)提取洞口點(diǎn)，再進(jìn)行符號(hào)化表達(dá)處理。

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

圖3 基于ObjectArx開發(fā)的自動(dòng)批量表達(dá)轉(zhuǎn)換程序

3.3 FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換與ObjectArx編程相結(jié)合的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法在生產(chǎn)項(xiàng)目中的應(yīng)用

以泰綏鐵路項(xiàng)目(1∶5萬(wàn))數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為例，運(yùn)用FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換與ObjectArx編程相結(jié)合的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法(新方法)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

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

圖4 FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換成果與傳統(tǒng)FME直接轉(zhuǎn)出成果

對(duì)兩種方法獲得的成果進(jìn)行如下的比較。①圖形可識(shí)別性與標(biāo)準(zhǔn)性：新方法將要素顏色、圖層名稱等方面進(jìn)行分類標(biāo)準(zhǔn)化處理，可識(shí)別性較強(qiáng)；傳統(tǒng)方法圖形識(shí)別性和標(biāo)準(zhǔn)性均較差。②文件大小與冗余數(shù)據(jù)：新方法對(duì)道路、河流中線等冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，冗余數(shù)據(jù)少，文件相對(duì)較??；傳統(tǒng)方法冗余相對(duì)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(duì)隱含屬性進(jìn)行了針對(duì)性的暴露與轉(zhuǎn)換處理，對(duì)同類同表達(dá)的要素進(jìn)行了歸類處理，其數(shù)據(jù)完整且具有規(guī)則性，便于自動(dòng)批量化表達(dá)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(qiáng)，人工處理工作量較大。

(2)利用基于ObjectArx接口開發(fā)的自動(dòng)批量轉(zhuǎn)換處理程序，對(duì)FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換后初步成果進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)批量處理。其中，線型與填充自動(dòng)批量處理程序應(yīng)用效果如圖5。

圖5 線型與填充自動(dòng)批量處理程序應(yīng)用效果

對(duì)新方法與傳統(tǒng)方法的生產(chǎn)效率進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖6。

圖6 新方法與傳統(tǒng)方法的項(xiàng)目應(yīng)用工效對(duì)比

從項(xiàng)目應(yīng)用的工效統(tǒng)計(jì)對(duì)比中可以看出，利用FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換與ObjectArx編程相結(jié)合的快速無(wú)縫轉(zhuǎn)換方法不僅保證了數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)的快速、無(wú)縫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換與處理的工作效率，在生產(chǎn)項(xiàng)目中應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)論

(1)采用基于FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的要素分類提取轉(zhuǎn)換方案，結(jié)合基于ObjectArx二次開發(fā)的自動(dòng)批量轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序，可以很好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)向CAD地形數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確、無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

(2)新方法在生產(chǎn)項(xiàng)目應(yīng)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(zhì)量都有較大提高。

(3)新方法不僅適用于鐵路項(xiàng)目，對(duì)其他類型項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理也具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

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