基于CASS的基礎地理信息數據建庫技術研究

李巍巍，許慶領，何 靜

（1. 國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶 400015）

隨著“數字城市”建設的不斷深入，對空間地理信息數據的精細度要求越來越高。雖然大比例尺地形圖數據能夠滿足精細度的要求，但絕大部分大比例尺地形圖都是CAD格式（*.dwg），沒有形成管理高效快捷、使用安全方便的空間地理信息數據庫，無法支持“數字城市”中所需的統計、查詢、空間分析等需求[1-4]。為此，需要對傳統地形圖進行整理和重構，構建滿足GIS所需要的統一、權威、現勢性強的基礎測繪地理信息數據庫，更好地發揮大比例尺地形圖數據的作用。

1 建庫的基本原則

1.1 規范一致性原則

在建庫時，必須按照國標或者地標的規范進行，同時還要參照其他行業標準[5]。目前，大比例尺地形圖數據建庫的主要依據包括《GBT 20257.1-2007國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1︰500、1︰1 000、1︰2 000地形圖圖式》、《GBT 20258.1-2007 基礎地理信息要素數據字典第1部分：1︰500、1︰1 000、1︰2 000基礎地理信息要素數據字典》、《CHT 9008.1-2010 基礎地理信息數字成果1︰500、1︰1 000、1︰2 000數字線劃圖》、《GBT 18316-2008數字測繪成果質量檢查與驗收》。

1.2 原圖一致性原則

建庫的最終成果要與原始CAD成果基本保持一致，不能缺失或增加地物對象，不能改變對象的空間屬性和位置。通過判讀，能確定是原始數據錯誤的，應征得數據提供方同意后修改，并做好修改記錄。

1.3 結合實際原則

在建庫過程中除了遵照國標和地標外，還要根據數據的現狀和應用需求，適當地擴展項目的建庫標準，以更好地提高數據的利用效率。對于國標未定義的地物對象，應與數據提供方溝通，確認地物歸屬，制定相應編碼，制作地圖符號。例如，要考慮數據今后的用途，交通、水系要素會應用于空間分析，對于雙線表示的地物要提取中心線，作連通處理，并賦予相關的屬性信息。同時，為了制圖的需要，還要保留河流和道路的邊線。建筑物構面后，要提取建筑物的屬性信息，如地上地下層數、建筑類型、所在單位名稱、戶數等信息。如項目需要，還要進行房屋調查面構建和建庫，以完善和補充房屋面數據。

2 關鍵技術研究

2.1 數據分層

根據《GBT 20257.1-2007國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1︰500、1︰1 000、1︰2 000地形圖圖式》定義的標準，按照從大到小、從粗到細的原則，將數據分為定位基礎、水系、居民地及附屬設施、交通、管線、境界與政區、地貌、植被、圖廓整飾等9大類，每個大類按照空間特征點、線、面、注記進行細分到層，如定位基礎包括測量控制點、測量控制點輔助線、測量控制點注記3個層，交通包括道路面、道路中心線、交通點、交通線、交通面、交通注記6個層。按照這一原則，將全要素數據劃分到50個數據層，形成全要素數據庫。對于項目需要的特殊要素，可適當添加若干數據層或者大類，如不在國標定義范圍內的興趣點類、居民地及附屬設施類中的房屋調查面、單位調查面、工礦面等。數據分層定義如表1所示。

表1 數據分層定義結構表

2.2 數據分類編碼

由于CASS成圖系統制作的CAD數據每類要素都有一個唯一的編碼（即測圖編碼），通過提取CASS全要素測圖編碼信息，與數據庫模型中的要素類編碼、要素名稱、符號編碼建立對應關系，形成一套全面統一的數據入庫標準。通過這種方式，有效解決了因數據庫模型的改變而需對入庫軟件修改的麻煩，只需對對應關系作相應的補充或修改即可，提高了軟件設計的靈活性和通用性。數據分類編碼對照表如表2所示。

表2 數據分類編碼對照結構表

2.3 CAD數據向GIS數據的無損轉換

FME提出一個數據轉換引擎的概念，其實質是根據OpenGIS的規則，建立一個詳盡地包含大量GIS數據的模型。按照OpenGIS的數據模型與各類數據格式和數據模型的對應關系，在任意兩種數據格式之間建立更寬的“數據通道”，使任意兩種數據格式和模型之間可以進行最大限度的、不丟失信息的相互轉換和表達。基于FME的數據轉換引擎，使得CAD與GIS數據模型在數據引擎中都能找到各自的映射，而且能夠通過映射關系使數據轉換中的數據結構邏輯組織、形式表達層面的沖突得以解決，最終實現真正意義的CAD與GIS的數據無損轉換[1,3,4]，如圖1所示。

圖1 無損轉換入庫處理流程

無損轉換入庫程序如圖2所示。

圖2 無損轉換入庫程序

在使用FME進行數據無損轉換的過程中，需要注意的事項有：

1）要求數據處理人員在檢查數據屬性結構時，要檢查數據質量、數據歸屬、數據屬性的完整性及結構一致性等；

2）模板文件應包含目標圖形的全部符號、線型以及字體，要素映射關系要包含源數據的全部要素，否則會造成部分數據丟失。

通過無損轉換建庫，達到了全要素建庫的目的，如圖3、圖4所示。

圖3 建庫前CAD原圖

圖4 建庫后GIS數據庫

2.4 數據質量檢查與控制

數據質量檢查與控制方法應根據數據庫的內容、作業方法、人員水平、所使用的軟件等因素確定[6]。在實際作業過程中，可從以下幾個方面控制：

1）在AutoCAD下，針對植被、道路、水系構面，利用VBA和ARX開發包制作專門的編輯工具，可以大大提高生產效率。軟件功能包括要素復制、要素添加、注記添加、扣除面添加、符號拷貝等功能，避免要素放錯層、作業效率慢的現象。

2）在GIS環境下，人機交互檢查時，將要檢查的數據可視化，以圖形、圖像、表格等形式顯示在計算機屏幕上，通過人工判斷其正確性。可以使用GIS的查詢、統計、拓撲分析等功能組合，實現對數據的檢查。

3）軟件自動檢查時，由于空間數據的圖形與屬性、圖形與圖形、屬性與屬性之間存在一定的邏輯關系和規律，可以通過計算機程序（如Geoway Checker）設計模型和算法，將數據中不符合規律、邏輯關系矛盾的要素自動挑選出來，再使用人機交互的方式進行驗證并修改。

3 結 語

本文研究了基于CASS數據的大比例尺地形圖建庫的關鍵技術，包括數據分層、數據編碼以及數據無損轉換技術等，并在三亞市1︰2 000比例尺地形圖信息化測繪及入庫項目中得到應用,完成了覆蓋三亞市中心城區和海棠灣鎮轄區，作業面積約280 km2，共計350幅1︰2 000地形圖數據的建庫工作。實際生產證明，這些關鍵技術的應用，將建庫生產效率提高近50%，數據質量得到保證，實現了CAD數據的無損建庫。

[1]仇月霞,余志偉,楊曉棟，等.一種基于FME的GIS數據無損轉換技術[J].地理空間信息,2010,8(1):75-77

[2]胡鵬,黃杏元,華一新.地理信息系統教程[M].武漢:武漢大學出版社,2009

[3]宋偉東,符韶華.DLG到GIS的數據轉換方法研究[J].測繪通報, 2004(2):54-56

[4]李瑞霞,楊敏,鄧喀中.基于FME的GIS到CAD數據“無損”轉換[J].測繪通報,2009(5):55-58

[5]張雪松,張友安.AutoCAD環境中組織GIS數據的方法[J].測繪通報,2003(11)：45-47

[6]翟翎,郭萬嶺.地圖數字化的數據質量控制[J].測繪標準化,2000, 16(2): 10-12

[7]GB/T 20257.1-2007.國家基本比例尺地圖圖式第一部分:1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式[S].