基于Teigha.NET 和MapWinGIS 的多源異構(gòu)測繪數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

何清

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽合肥 230001）

0 引言

遙感技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的日益成熟，大大推動了測繪技術(shù)的不斷進(jìn)步，測繪已融入各行各業(yè)［1-2］。測繪對象范疇的不斷擴(kuò)大、觀測工具的多樣化和處理手段的智能化導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多源化的特征。這些數(shù)據(jù)的來源、結(jié)構(gòu)、類型完全不同，形成了海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)［3］。面對數(shù)據(jù)源類型復(fù)雜、比例尺和投影多樣、數(shù)據(jù)量巨大、結(jié)構(gòu)各異的測繪數(shù)據(jù)，測繪單位不僅需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行安全高效的存儲，還需要考慮對已有的數(shù)據(jù)如何進(jìn)行有效管理與利用，避免數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)［4］。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與管理技術(shù)已無法滿足測繪發(fā)展需求［5］，構(gòu)建對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化管理平臺迫在眉睫。

傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)方式是通過COM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與AutoCAD 等應(yīng)用程序之間的通信［6-8］，因此系統(tǒng)的運(yùn)行依賴AutoCAD 等商業(yè)軟件的支持。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，開源軟件在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等多個方面的應(yīng)用逐漸發(fā)展成熟［9-10］，通過對開源組件庫的調(diào)用，可幫助系統(tǒng)擺脫對商業(yè)軟件的依賴，有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。而Teigha.NET［11］是一套面向?qū)ο蟮闹С侄嗥脚_、多版本、多格式的CAD 文件的開源類庫，可脫離AutoCAD 環(huán)境實(shí)現(xiàn)讀寫操作、繪制渲染和轉(zhuǎn)換輸出等。基于此，本研究以C/S為基本結(jié)構(gòu)，采用了C#語言［12］、PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫、MapWinGIS 二次開發(fā)和Teigha.NET二次開發(fā)等多種開發(fā)手段，調(diào)用開源類庫以脫離AutoCAD 等商業(yè)軟件環(huán)境，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)測繪數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效存儲、共享和處理，大大提升了數(shù)據(jù)的利用效率，為多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的有效管理提供參考。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

針對測繪數(shù)據(jù)的海量性、多源性、異構(gòu)性的特點(diǎn)，系統(tǒng)致力于構(gòu)建一種多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合方法。通過研究開發(fā)，可以便捷地對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換和格式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)測繪空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的高效管理，大大提高數(shù)據(jù)的利用效率，為各項(xiàng)工作提供科學(xué)合理準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)綜合分析。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)功能建設(shè)目標(biāo)需求，將整個系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)分為應(yīng)用層、平臺層和數(shù)據(jù)層三個層次，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的靈活性、可拓展性，符合綜合發(fā)展的趨勢，滿足系統(tǒng)的功能需求［13-14］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Figure 1.System structure

1.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)以Visual Studio.NET［15-16］作為軟件的集成開發(fā)環(huán)境，以面向?qū)ο蟮腃#為開發(fā)語言，采用模型-視圖-邏輯控制器的三層軟件架構(gòu)，構(gòu)成整個系統(tǒng)應(yīng)用功能模塊的集成支撐。

考慮到存儲和處理海量的DWG格式數(shù)據(jù)文件的需求，并考慮到DWG 文件格式的不公開性，Teigha for.dwg 支持DWG 的多個版本，能直接讀取DWG文件獲取數(shù)據(jù)，基于此可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的變換和文件格式轉(zhuǎn)換，在此基礎(chǔ)上所開發(fā)的程序可完全脫離AutoCAD 平臺運(yùn)行，提高數(shù)據(jù)的處理效率，具有較高的安全性。Teigha.NET 是基于Teigha for.dwg 創(chuàng)建的操作DWG 文件的.NET 庫，可在微軟的.NET 開發(fā)平臺下使用，具有較高的開發(fā)效率和強(qiáng)大的功能。

MapWinGIS是一套二次開發(fā)組件庫，其核心庫是一個名為MapWinGIS 的ActiveX 控件，可以利用這個ActiveX 組件在系統(tǒng)中添加GIS 的相關(guān)功能，例如：地圖顯示、繪圖、存儲GIS 數(shù)據(jù)以及一些簡單的地圖操作，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，決策者可根據(jù)地圖數(shù)據(jù)做到統(tǒng)籌全局、及時決策。MapWinGIS是一個相當(dāng)高效的開源地圖引擎，數(shù)據(jù)瀏覽漫游速度很快，開發(fā)環(huán)境友好，封裝接口對象完善，是GIS 程序開發(fā)的較好選擇。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

1.4.1 基于Teigha.NET的CAD測繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

DWG 文件坐標(biāo)變換的目的是實(shí)現(xiàn)文件內(nèi)每個塊實(shí)體的坐標(biāo)變換，每個塊實(shí)體包含一個或多個實(shí)體，所以DWG文件坐標(biāo)變換的實(shí)質(zhì)是每個實(shí)體坐標(biāo)變換的實(shí)現(xiàn)［17］。

系統(tǒng)中DWG文件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊是基于Teigha.Net 開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。相較于傳統(tǒng)的逐塊轉(zhuǎn)換的方法［18］，系統(tǒng)采用了逐點(diǎn)轉(zhuǎn)換的方法，大大提高了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換效率和精度。系統(tǒng)可依次遍歷圖形中的所有實(shí)體，讀取各個實(shí)體的所有節(jié)點(diǎn)的位置屬性，并對各點(diǎn)的坐標(biāo)逐一進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。模塊主要進(jìn)行不同坐標(biāo)基準(zhǔn)下高斯投影坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換或相同坐標(biāo)基準(zhǔn)下的高斯換帶計算。轉(zhuǎn)換模型采用的是布爾莎七參數(shù)模型或四參數(shù)模型。進(jìn)行坐標(biāo)變換后，模塊會將變換后的坐標(biāo)值重新賦值給該點(diǎn)的位置屬性，從而達(dá)到轉(zhuǎn)換完成圖形中的所有實(shí)體，這種轉(zhuǎn)換方法的精度只取決于轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取誤差，不存在額外的精度損失。

1.4.2 基于Teigha.NET實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)與shp數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

利用Teigha.NET 類庫，可讀取選定的DWG 文件，并將DWG 文件中所含的各類數(shù)據(jù)信息以對象的形式保存在一個數(shù)據(jù)庫中。通過遍歷DWG 數(shù)據(jù)庫，將實(shí)體歸于點(diǎn)、線、面，并讀取對應(yīng)實(shí)體的擴(kuò)展數(shù)據(jù)、坐標(biāo)等屬性信息，并輸出到相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，分別輸出到shapefile 點(diǎn)、線、面類型文件中。這種轉(zhuǎn)換方式，不會造成屬性信息的丟失，極大地減輕了后期數(shù)據(jù)處理工作。轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖2所示。

圖2 DWG轉(zhuǎn)shp結(jié)果圖Figure 2.Transformation result from DWG to shp

2 多源異構(gòu)測繪成果數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫作為頂層數(shù)據(jù)庫，為保證數(shù)據(jù)的安全性，針對不同的賬戶信息設(shè)置了不同的權(quán)限，主要實(shí)現(xiàn)存儲和管理賬號信息、用戶權(quán)限、文件上傳等基本功能，它隱藏了數(shù)據(jù)庫內(nèi)部復(fù)雜而又多樣化的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，作為用戶訪問數(shù)據(jù)庫中測繪空間數(shù)據(jù)的橋梁，直接面向用戶。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)Figure 3.System database structure

2.2 元數(shù)據(jù)庫的建立

由于測繪數(shù)據(jù)種類繁雜，包含地形圖、影像圖、控制點(diǎn)資料等多種類型測繪空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式各異，時序各不相同，覆蓋的范圍也不一樣。為整合、存儲多元異構(gòu)的測繪空間數(shù)據(jù)，系統(tǒng)建立元數(shù)據(jù)庫［19］用于保存文件的屬性信息，元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。在元數(shù)據(jù)庫中建立“文件公有信息”和“文件私有信息”兩類表格。文件公有信息表用于存儲不同類型數(shù)據(jù)的公共屬性，可以間接提高大規(guī)模數(shù)據(jù)檢索的性能。文件私有信息表用于存儲不同類型數(shù)據(jù)特有的屬性信息，在文件公有屬性的基礎(chǔ)上對不同類型數(shù)據(jù)的私有屬性進(jìn)行補(bǔ)充，確保文件屬性的完整性。

圖4 元數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)Figure 4.Meta-database structure

2.3 文件數(shù)據(jù)庫的建立

為解決二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件的存儲問題，系統(tǒng)建立文件數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖5 所示。文件數(shù)據(jù)庫采用分段存儲的方式對二進(jìn)制文件進(jìn)行存儲，將文件轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，再以固定長度進(jìn)行分割存儲，這種方式既提高了文件輸入、輸出的速度，也避免了造成數(shù)據(jù)庫膨脹。

圖5 文件數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)Figure 5.File database structure

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用了PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫、MapWinGIS 二次開發(fā)和Teigha.NET二次開發(fā)等混合開發(fā)模式，構(gòu)建了“多源異構(gòu)測繪數(shù)據(jù)管理平臺”，實(shí)現(xiàn)了信息化管理平臺與PostgreSQL數(shù)據(jù)庫的無縫對接。

系統(tǒng)具有以下功能：

（1）文件管理。文件的上傳與下載、數(shù)據(jù)的備份與還原功能，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理與檢索查詢。

（2）圖表顯示。可以對shp 數(shù)據(jù)和CAD 數(shù)據(jù)瀏覽與導(dǎo)航。在“數(shù)據(jù)顯示”窗口中劃分了多個視圖，各種類型數(shù)據(jù)可同時加載顯示。

（3）圖形編輯。提供基本的圖形編輯與繪畫功能，主要包含線打斷、線延伸、線修剪、添加文本等。由于測繪數(shù)據(jù)中DWG 圖形數(shù)據(jù)量通常很大，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新時制圖卡頓。因此為解決該問題，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了DWG圖形的局部導(dǎo)出更新功能。

（4）查詢統(tǒng)計分析?？刹樵凕c(diǎn)坐標(biāo)、兩點(diǎn)距離及方位、線長、實(shí)體面積、實(shí)體擴(kuò)展屬性等，輔助用戶進(jìn)行圖形的統(tǒng)計與分析。

（5）定制報表。用于將指定圖形數(shù)據(jù)定制成.dat格式的文件。系統(tǒng)可將指定點(diǎn)、高程點(diǎn)、界址點(diǎn)、控制點(diǎn)、復(fù)合線和等高線生成數(shù)據(jù)文件。

（6）坐標(biāo)變換。主要進(jìn)行不同坐標(biāo)基準(zhǔn)下高斯投影坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換或相同坐標(biāo)基準(zhǔn)下的高斯換帶計算。

（7）文件轉(zhuǎn)換。對DWG 文件與shp 文件格式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，同時實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)、高程點(diǎn)、野外測點(diǎn)等DAT數(shù)據(jù)的展繪。

（8）質(zhì)量檢查。包括屬性完整性檢查、重復(fù)實(shí)體檢查、實(shí)體相交關(guān)系檢查和實(shí)體封閉性檢查功能，用于在數(shù)據(jù)入庫前對CAD圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。

（9）用戶管理。存儲用戶信息、訪問記錄以及信息化管理平臺的后臺信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全訪問。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)以Visual Studio.NET 作為軟件的集成開發(fā)環(huán)境，采用面向?qū)ο蟮腃#開發(fā)語言，PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫開發(fā)手段，構(gòu)建了測繪數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息化管理平臺與PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫的無縫對接。基于開源的MapWinGIS 和Teigha.NET 二次開發(fā)，使得系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)可脫離AutoCAD 平臺，運(yùn)用軟件工程技術(shù)以及內(nèi)存管理等方法很好地解決了測繪空間數(shù)據(jù)信息化管理平臺兼容性與信息安全問題。針對不同空間基準(zhǔn)、不同格式的各類測繪空間多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建各類測繪空間多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換方法，并實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫對測繪空間多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效管理，大大提高了數(shù)據(jù)的利用效率，為各項(xiàng)工作提供科學(xué)合理準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)綜合分析。