基于FME的地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)建庫(kù)技術(shù)研究

金振陽(yáng)

1廣州全成多維信息技術(shù)有限公司，廣東 廣州511457

全國(guó)各地正在規(guī)模性地開(kāi)展的農(nóng)村地籍調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)格式復(fù)雜［1］。依賴傳統(tǒng)功能單一的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力［2］，無(wú)法滿足批量處理需求。已有方法主要有：通過(guò)將圖形轉(zhuǎn)換成DXF格式后編制軟件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，編寫(xiě)Python腳本對(duì)接邊線要素進(jìn)行自動(dòng)接邊［3］，利用Access數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)接邊，利用Geoway實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換等［4］。本文在已有研究基礎(chǔ)上，基于空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)（feature mainpulate engine，F(xiàn)ME）構(gòu)建了一套完整的地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)建庫(kù)模板，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)化導(dǎo)入、接邊、轉(zhuǎn)換、入庫(kù)、檢查［5］。

1 研究思路與方法

本文基于加拿大Safe Software公司開(kāi)發(fā)的FME系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)［6］，采用可視化的數(shù)據(jù)處理流程模式，能夠直觀定義數(shù)據(jù)的圖形與屬性對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一系列工作。

對(duì)范圍較小的區(qū)域，數(shù)據(jù)量小，可將所有數(shù)據(jù)先進(jìn)行接邊處理，再坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將整幅大圖進(jìn)行裁剪，一次性得到所有目標(biāo)坐標(biāo)系下的分幅圖；對(duì)范圍較大的區(qū)域，數(shù)據(jù)量大，可先通過(guò)接圖表得到原坐標(biāo)系和目標(biāo)坐標(biāo)系下圖幅間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，僅將具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的少數(shù)幾幅圖單獨(dú)接邊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和裁剪，逐幅進(jìn)行處理。具體流程如圖1所示。

圖1 地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程圖Fig.1 Flow Chart of Coordinate Transformation

1.1 獲取接圖表

提取原坐標(biāo)系下的所有圖廓數(shù)據(jù)，首先對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到這些圖廓點(diǎn)在目標(biāo)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（稱為舊圖廓）；再按目標(biāo)坐標(biāo)系下分幅規(guī)則確定各幅圖廓對(duì)應(yīng)的西南角和東北角點(diǎn)坐標(biāo)，利用2DGridAccumulator轉(zhuǎn)換器生成能覆蓋所有區(qū)域的格網(wǎng)，即目標(biāo)坐標(biāo)系下的圖廓（稱為新圖廓）。利用AreaOnAreaoverlayer轉(zhuǎn)換器將新舊兩組圖廓進(jìn)行疊加分析，得到每一幅新圖廓對(duì)應(yīng)的多幅舊圖廓的文件數(shù)量、名稱、位置。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了獲取接圖表模板，如圖2所示。

圖2 獲取接圖表模板Fig.2 Adjacent Map Chart Flow

通過(guò)疊加分析可以得到在目標(biāo)坐標(biāo)系下的新舊圖廓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，黑色的圖廓線為舊圖廓的位置，紅色的圖廓線為新圖廓的位置，如圖3所示。

圖3 在目標(biāo)坐標(biāo)系下的新舊圖廓疊加分析Fig.3 Superposition Analysis of New and Old Map Borders in New Coordinate

1.2 地籍圖接邊

按照接圖表，根據(jù)兩個(gè)坐標(biāo)系下圖廓線的對(duì)應(yīng)關(guān)系導(dǎo)入相應(yīng)路徑的源數(shù)據(jù)或是導(dǎo)入所有的源數(shù)據(jù)，提取相鄰的地籍圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行要素幾何與屬性上的接邊。數(shù)據(jù)接邊包括地理接邊和屬性接邊，地理接邊是屬性接邊的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)接邊前進(jìn)行預(yù)處理，利用bufferer轉(zhuǎn)換器在圖廓周圍設(shè)置緩沖區(qū)域，通過(guò)SpatialFilter判斷出與其相交的線要素和面要素，進(jìn)行分類單獨(dú)接邊［7］。

1）地理接邊。

兩幅相鄰圖幅接邊處同一要素的地理位置的重要特征是其與圖廓線的交點(diǎn)坐標(biāo)唯一。判斷其是否為接邊要素的重要轉(zhuǎn)換器為L(zhǎng)ineOnLineoverlayer和LineOnAreaoverlayer，即進(jìn)行壓蓋判斷，若有壓蓋則說(shuō)明該要素與圖廓線相交。接著，通過(guò)Coordinate-Extractor轉(zhuǎn)換器可以提取出圖廓線處的交點(diǎn)坐標(biāo)，查找相鄰圖幅圖廓線交點(diǎn)中的相同坐標(biāo)，即認(rèn)為這兩個(gè)要素在地理上是一致的，據(jù)此構(gòu)建線要素與面要素地理接邊模板。

2）屬性接邊。

在滿足地理接邊的條件下，兩幅相鄰圖幅接邊處同一要素屬性也應(yīng)當(dāng)一致，當(dāng)且僅當(dāng)屬性一致時(shí)，才進(jìn)行接邊，稱為屬性接邊。而由于不同類別要素的屬性表結(jié)構(gòu)不一樣，對(duì)全部屬性項(xiàng)逐一地進(jìn)行接邊檢查并無(wú)實(shí)際意義。因此，挑選部分表征要素本質(zhì)特征的重要字段進(jìn)行屬性匹配接邊檢查，通過(guò)配置屬性表確定各要素接邊檢查的字段，通過(guò)Feature-Merger轉(zhuǎn)換器讀取該表格來(lái)進(jìn)行相關(guān)檢查，據(jù)此構(gòu)建屬性接邊模板。

1.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

FME軟件中附帶了多種坐標(biāo)系，這些坐標(biāo)系均是基于不同的投影、橢球體和基準(zhǔn)面進(jìn)行定義的。在本次調(diào)查中，為盡可能地減少變形誤差，外業(yè)測(cè)圖時(shí)采用的是西安80坐標(biāo)系112°中央經(jīng)線的高斯投影平面坐標(biāo)，而最終的成果需要提交國(guó)家2000坐標(biāo)系111°中央經(jīng)線的高斯坐標(biāo)地籍圖，需要進(jìn)行兩種變換，一是相同大地基準(zhǔn)下的投影換帶處理，二是進(jìn)行西安80坐標(biāo)系至國(guó)家2000坐標(biāo)系的不同大地基準(zhǔn)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換［8，9］。

1）相同大地基準(zhǔn)下的投影換帶。

中央經(jīng)線為112°的投影帶不屬于高斯投影標(biāo)準(zhǔn)分帶，因此需要自定義這個(gè)投影帶，定義主要包括以下內(nèi)容：COORDINATE_SYSTEM_DEF（坐標(biāo)系名稱），PROJ（投影類型），UNIT（單位類型），DT_NAME或EL_NAME（基準(zhǔn)面或橢球體類型），MAX_LAT，MAX_LNG，MIN_LAT，MIN_LNG（坐標(biāo)系有效的經(jīng)緯度范圍），PARM（不同投影類型對(duì)應(yīng)的投影參數(shù)，數(shù)量不定），QUAD（指定坐標(biāo)系產(chǎn)生的笛卡爾坐標(biāo)所在的象限），X_OFF（東方向加常數(shù)），Y_OFF（北方向加常數(shù)），ZERO_X（設(shè)定X最小值的非零值），ZERO_Y（設(shè)定Y最小值的非零值）。西安80坐標(biāo)系下3°帶東經(jīng)112°高斯投影平面坐標(biāo)系的定義如下：

COORDINATE_SYSTEM_DEF.XIAN.GK3d/CM-112E

DESC_NM“Xi’an 1980/3-degree Gauss-Kruger CM 112E”

DT_NAME Xi’an80

GROUP ASIA

MAP_SCL 1

PARM1 112

PROJ TM

QUAD 1

SCL_RED 1

UNIT Meter

X_OFF 500000

ZERO_X 0.0001

ZERO_Y 0.0001

將新定義的坐標(biāo)系導(dǎo)入至FME坐標(biāo)系庫(kù)中，利用Reprojector轉(zhuǎn)換器將源坐標(biāo)系設(shè)定為112°高斯投影平面坐標(biāo)系，目標(biāo)坐標(biāo)系設(shè)定為111°高斯投影平面坐標(biāo)系即可進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。2）西安80坐標(biāo)系國(guó)

2）西安80坐標(biāo)系至國(guó)家2000坐標(biāo)系不同大地基準(zhǔn)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

測(cè)區(qū)內(nèi)多個(gè)控制點(diǎn)既有西安80坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，又有國(guó)家2000坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，都轉(zhuǎn)換為各自對(duì)應(yīng)的中央經(jīng)線為111°的高斯平面直角坐標(biāo)，進(jìn)一步通過(guò)控制點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)求解兩者之間的平面坐標(biāo)相似變換四參數(shù)，最后利用FME的Affiner轉(zhuǎn)換器對(duì)地籍圖實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。四參數(shù)包括平移參數(shù)ΔX、ΔY，尺度參數(shù)k和旋轉(zhuǎn)參數(shù)α，兩個(gè)坐標(biāo)系通過(guò)原點(diǎn)的平移、坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)和尺度的縮放完成轉(zhuǎn)換。將西安80坐標(biāo)(X0，Y0)向國(guó)家2000坐標(biāo)(X1，Y1)轉(zhuǎn)換，則相應(yīng)的解析關(guān)系可表示為：

Affiner轉(zhuǎn)換器中有6個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)A、B、C、D、E、F，其坐標(biāo)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為［10］：

由此可得，參數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：A=(1+k)cosα，B=-(1+k)sinα，C=ΔX，D=(1+k)sinα，E=(1+k)cosα，F(xiàn)=ΔY。

1.4 數(shù)據(jù)建庫(kù)

目前地籍?dāng)?shù)據(jù)大多數(shù)采用的是GIS平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行管理，而地籍圖繪制平臺(tái)常采用CAD的dwg格式，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成能被GIS系統(tǒng)識(shí)別的文件類型［11］。利用GeometryFilter轉(zhuǎn)換器將地籍圖要素分為：點(diǎn)、線、面、文本4類，檢查面層間和面層內(nèi)的拓?fù)潢P(guān)系，根據(jù)要求對(duì)屬性進(jìn)行修改，將屬性表與圖形進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再依照數(shù)據(jù)特性篩出至不同的圖層，進(jìn)行分層入庫(kù)［12，13］。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，要特別注意CAD文件中的擴(kuò)展屬性，即屬性塊，是具有文字屬性的圖塊，其實(shí)體是一個(gè)塊參照，顯示內(nèi)容根據(jù)不同的屬性值而不同，需要單獨(dú)提取進(jìn)行處理，從而構(gòu)建數(shù)據(jù)建庫(kù)FME模板［14］。

2 實(shí)驗(yàn)及效果

2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)域概況

項(xiàng)目區(qū)域位于廣東省某丘陵地帶，含有多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，劃分為1 647幅西安80坐標(biāo)系1：500地籍圖，采用中央經(jīng)線為112°的高斯投影。利用本文FME模板進(jìn)行處理，得到1 725幅西安80坐標(biāo)系中央經(jīng)線為111°的高斯投影帶地籍圖，1 739幅國(guó)家2000坐標(biāo)系中央經(jīng)線為111°的地籍圖。

2.2 轉(zhuǎn)換精度檢查

經(jīng)過(guò)§1.3的兩種轉(zhuǎn)換，得到了西安80坐標(biāo)系111°中央經(jīng)線的地籍圖和國(guó)家2000坐標(biāo)系111°中央經(jīng)線的地籍圖，需要對(duì)其轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行全面檢查。將DLG數(shù)據(jù)中控制點(diǎn)層的控制點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、等級(jí)、坐標(biāo)等屬性提取出來(lái)，通過(guò)DatabaseJoiner轉(zhuǎn)換器與檢查模板中GDCORS RTK獲取的高精度控制點(diǎn)信息進(jìn)行比較，從而得到控制點(diǎn)的檢查結(jié)果［12］。該轉(zhuǎn)換器能用數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)或多個(gè)列與要素的一個(gè)或多個(gè)屬性相關(guān)聯(lián)，與之匹配的數(shù)據(jù)庫(kù)表列的值會(huì)被添加到要素屬性當(dāng)中。本文選擇了59個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行前后對(duì)比，利用自定義將西安80坐標(biāo)系中央經(jīng)線為112°的高斯投影平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至中央經(jīng)線為111°的高斯投影平面坐標(biāo)后，與控制網(wǎng)成果中相應(yīng)坐標(biāo)之間的差值，結(jié)果如圖4所示，坐標(biāo)誤差在 ±0.9 mm內(nèi)。根據(jù)式（1）、式（2）建立的Affiner轉(zhuǎn)換器得到的國(guó)家2000坐標(biāo)與GDCORS RTK測(cè)量坐標(biāo)間的差值，結(jié)果如圖5所示，坐標(biāo)誤差在±1.2 mm內(nèi)，驗(yàn)證了坐標(biāo)最終成果的準(zhǔn)確性。

圖4 換帶處理后坐標(biāo)差值Fig.Coordinate Difference after Zone Exchange

圖5 相似變換后坐標(biāo)差值Fig.5 Coordinate Difference after Similarity Transformation

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以廣東省某區(qū)域?yàn)槔?，研究了地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的技術(shù)要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法，運(yùn)用FME構(gòu)建了地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模板，實(shí)現(xiàn)了地籍圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、接邊、分幅和建庫(kù)等工作的自動(dòng)化處理，并用高精度控制點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)本文處理方法進(jìn)行了正確性驗(yàn)證。