城市地下管線數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法研究

宋百川

摘 要：傳統(tǒng)地下管線成果主要是以CAD格式為主，無(wú)法支持查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等功能，難以滿足城市地下管線信息化的需求。本文提出一種利用FME的城市地下管線數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法，將傳統(tǒng)的CAD格式數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整、高效地轉(zhuǎn)換為GIS格式，滿足城市地下管線信息化管理的需求。

關(guān)鍵詞：FME;地下管線數(shù)據(jù);CAD;GIS;格式轉(zhuǎn)換

導(dǎo)語(yǔ)

地下管線是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施， 不僅具有規(guī)模大、范圍廣、種類多、空間分布復(fù)雜、敷設(shè)區(qū)域變化大、增長(zhǎng)速度快、形成時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)， 而且承擔(dān)著整個(gè)城市與人民生活息息相關(guān)的信息傳輸、能源輸送、污水排放等重要功能， 是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)， 因此也被稱為城市的“生命線”。目前， 我國(guó)的城市地下管網(wǎng)尚沒有進(jìn)行統(tǒng)一的布局規(guī)劃和管理， 不可避免地經(jīng)常發(fā)生各部門各自為政、互相損壞地下管線的事故， 這不僅給國(guó)家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失， 也給百姓生活帶來(lái)不必要的麻煩， 改變這種狀況勢(shì)在必行。

城市地下管線按功能可分為給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信、工業(yè)等七大類，目前數(shù)據(jù)主要采用AutoCAD平臺(tái)繪制，最終成果以dwg格式文件歸檔，成果數(shù)據(jù)主要以圖面表達(dá)為主，根據(jù)數(shù)據(jù)范圍分幅存儲(chǔ)，不具備大范圍信息查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等功能，難以滿足城市管理信息化的需求。GIS的優(yōu)勢(shì)正是數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可實(shí)現(xiàn)圖形屬性的一體化，能對(duì)空間信息進(jìn)行存儲(chǔ)、建模、查詢、輔助決策和集成管理。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展， 為實(shí)現(xiàn)城市地下管網(wǎng)的現(xiàn)代化管理提供了有效手段， 利用GIS技術(shù)解決城市地下管線的數(shù)據(jù)管理問題成為必由之路。建設(shè)城市地下管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，準(zhǔn)確、完整、高效的將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)就成為當(dāng)前需要解決的一個(gè)問題，基于FME空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，建立模型數(shù)據(jù)映射關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)CAD與GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，是解決地下管線數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換行之有效的方法。

1 FME與空間數(shù)據(jù)庫(kù)

FME （Feature Manipulate Engineering ， 簡(jiǎn)稱FME）是加拿大Safe Software公司開發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng) ， 它是完整的空間ETL解決方案。該方案基于OpenGIS組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念“語(yǔ)義轉(zhuǎn)換”， 通過(guò)提供在轉(zhuǎn)換過(guò)程中重構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)250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。FME語(yǔ)義映射提取源數(shù)據(jù)的不同層面和內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 它提供了一個(gè)可重新定義輸入或輸出數(shù)據(jù)的引擎。通過(guò)FME語(yǔ)義轉(zhuǎn)換將源數(shù)據(jù)要素的坐標(biāo)及屬性映射到目標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型構(gòu)建

2.1CAD數(shù)據(jù)分析與整理

在建立轉(zhuǎn)換模型前，需要首先分析地下管線數(shù)據(jù)在DWG中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為定義數(shù)據(jù)讀模塊做準(zhǔn)備。城市地下管線CAD數(shù)據(jù)主要包括點(diǎn)、線、塊參照、文字注記等四種類型，文字注記主要表達(dá)點(diǎn)位編號(hào)和管線信息，塊參照主要用來(lái)表達(dá)點(diǎn)位類型，同時(shí)通過(guò)擴(kuò)展屬性存儲(chǔ)額外信息，線主要表達(dá)管線位置及高程;圖層主要分為給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信、工業(yè)等不同專業(yè)，每個(gè)圖層存儲(chǔ)相應(yīng)類別的管線數(shù)據(jù)。

2.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在通用文件系統(tǒng)文件夾中的各種類型地理數(shù)據(jù)集的集合，在格式轉(zhuǎn)換過(guò)程中使用 Microsoft Access 數(shù)據(jù)文件中存儲(chǔ)和管理的GIS 地理數(shù)據(jù)。地下管線空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是構(gòu)建地下管線信息系統(tǒng)的核心內(nèi)容。空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需要根據(jù)入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)地下管線的不同類別及要素類型分別設(shè)置圖層，按功能可分為給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信、工業(yè)等七大類，每類由分點(diǎn)圖層、線圖層，共14個(gè)圖層，同時(shí)根據(jù)入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)為每個(gè)圖層添加相應(yīng)的屬性字段。

2.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型設(shè)計(jì)

FME通過(guò)一系列轉(zhuǎn)換器的連接與組合，實(shí)現(xiàn)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以對(duì)原始數(shù)據(jù)的空間信息和屬性信息進(jìn)行重構(gòu)。城市地下管線數(shù)據(jù)從CAD到GIS的格式轉(zhuǎn)換流程如下：

1）CAD數(shù)據(jù)讀?。涸贔ME Workbench中創(chuàng)建空的工作空間，杜旭的數(shù)據(jù)格式選擇Autodesk AutoCAD DWG/DXF，參數(shù)設(shè)置包括：①實(shí)體以幾何類型導(dǎo)入;②取消塊打散操作，保證擴(kuò)展屬性完整讀取;③暴露CAD數(shù)據(jù)的autocad_layer、autocad_block_name、autocad_text_string等屬性。

2）GIS數(shù)據(jù)輸出：輸出的數(shù)據(jù)格式選取Esri Geodatabase （Personal Geodb）。在工作空間中根據(jù)入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)要求添加相應(yīng)的要素類，并定義要素類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括圖層名稱、幾何類型、字段名稱、字段類型、字段長(zhǎng)度等。

3）數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器用于源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)的映射，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的變換。添加的轉(zhuǎn)換器包括：①GeometryFilter（區(qū)分點(diǎn)線面等要素幾何類型）;②AttributeExposer（暴露CAD擴(kuò)展屬性）;③AttributeFilter_4（根據(jù)屬性區(qū)分要素類型）;④AttributeManager（將原有屬性名更改為輸出標(biāo)準(zhǔn)屬性名）;⑤SubstringExtractor（從原有屬性中提取子字符串作為新屬性輸出）。

4）數(shù)據(jù)檢查轉(zhuǎn)換器：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形和屬性檢查。添加的轉(zhuǎn)換器包括：①GeometryValidator（檢查圖形是否有自相交問題）;②AttributeValidator（檢查屬性是否存在空值、超出值域范圍等問題）;③Tester（通過(guò)特定條件判斷屬性是否存在問題）。

3. 實(shí)例分析

本文以九江市某片區(qū)地下綜合管線成果數(shù)據(jù)為例，原始數(shù)據(jù)為CAD格式，通過(guò)構(gòu)建FME轉(zhuǎn)換模板，可以在FME Workbench環(huán)境下建立CAD到GIS的關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換模板如圖1所示。

結(jié)論

應(yīng)用本文介紹的城市地下管線數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法，可以很好的完成復(fù)雜管線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，準(zhǔn)確、完整的保留的CAD圖紙中的圖形信息與屬性信息，實(shí)現(xiàn)了從CAD到GIS數(shù)據(jù)的無(wú)損轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)成果能夠直接應(yīng)用于地下管線管理信息系統(tǒng)，為城市基本建設(shè)提供完整、可靠、及時(shí)的基礎(chǔ)信息。

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