三峽庫區(重慶段)地質災害數據庫系統空間數據轉換

陳 云，康景文

(中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川成都610081)

0 引言

三峽庫區地質災害數據庫系統(以下簡稱TGGD)是以收集到四大類(滑坡、塌岸、邊坡、危巖)400 余處工點資料為數據基礎，集查詢、統計、模擬計算等功能為一體的地質災害數據庫及輔助設計決策系統。TGGD 數據庫系統包含兩大數據庫:分別是屬性數據庫和空間數據庫?？臻g數據庫存儲的是地質災害發育區域的基礎地理、地質空間數據以及災害點本身的空間數據。在空間數據庫的建設過程中，將不同來源的數據格式轉換為系統支持的數據格式是一項很重要的工作。

GIS 中最常用的空間數據結構可分為兩種:矢量數據結構和柵格數據結構，兩種數據結構都可以用來描述地理實體的點、線、面三種基本類型。TGGD 空間數據庫采用的數據結構是矢量數據結構。

TGGD 空間數據庫是以GIS 組件MapObjects 為開發平臺建立起來的。MapObjects 可以使用的數據文件的格式主要有Shapefile、Coverage、SDE、VPF、StreetMap 和各種 CAD 文件［2］。TGGD 空間數據庫支持的空間數據文件格式是Shapefile。

本文主要介紹如何將TGGD 空間數據庫建設過程中收集到的不同來源的矢量數據格式轉換為Shapefile 文件。

1 空間數據庫內容、數據來源及數據格式

1.1 數據庫內容

在本系統中，主地圖map1 由17 層地質地理信息圖層和8層地災圖層(邊坡周界圖層備用，實際是7 層)組成，圖層文件格式為 ESRI-Shape，每個圖層由. dbf(文字數據)、. prj(投影坐標)、shp(圖形)、.shx()組成。根據圖形不同，又分為域/區(zone/area)、線(line)、點(point)三種，疊放次序必須域在下(先放)、線在中、點在上(后放)。

概括起來，TGGD 空間數據庫的圖層主要包括以下幾方面的圖件資料。

1.1.1 基礎地理圖件

包括省(市)、縣(區)、鄉(鎮)、村、自然村的邊界、居民點等。

1.1.2 地物圖件

包括河流、湖泊、鐵路、公路、高速公路等。

1.1.3 基礎地質圖件

包括構造、地層、巖性。

1.1.4 災害點圖層

包括四大類災害點的分布圖、標注圖。

TGGD 空間數據庫包含的所有圖層及圖層層序見表1 所示。

表1 空間數據庫圖層

1.2 數據來源

TGGD 空間數據庫的矢量數據來源主要有外業測量、跟蹤數字化及柵格數據轉換。

1.2.1 外業測量

TGGD 空間數據庫的災害點周界和部分基礎地理、地質圖件一般是利用外業測量儀器自動記錄形成的測量成果。

另外，災害點坐標和災害點周界可以在野外調查過程中，用GPS 測得。

1.2.2 跟蹤數字化

利用跟蹤數字化儀或在計算機屏幕上，將地圖圖形或圖形柵格數據轉換為矢量數據［3］。部分災害點周界是通過這種方法獲取的。

1.2.3 柵格數據轉換

TGGD 空間數據庫的部分矢量數據是通過柵格數據轉換得來的。柵格數據包括一些遙感圖像和地圖圖像。

1.3 數據格式

采集的各種空間數據來源有很多種，其數據格式也就各不相同。

TGGD 空間數據庫的數據格式主要有如下幾種。

1.3.1 坐標矢量格式文件

坐標矢量格式文件包括投影坐標矢量格式文件和地理坐標矢量格式文件。

TGGD 空間數據庫支持地理坐標矢量格式文件，如收集到的是投影坐標矢量格式文件，則需要將投影坐標矢量格式文件轉換為地理坐標矢量格式文件。

更進一步，TGGD 空間數據庫支持的空間數據格式為Shapefile，則地理坐標矢量格式文件需轉換為Shapefile 文件。

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1.3.2 CAD 軟件矢量數據

CAD 軟件矢量數據是空間數據的一個主要來源，如河流、湖泊、地層、巖性等圖件，其原始數據格式是CAD 矢量數據。

1.3.3 柵格(圖片)數據

收集到的地圖圖像、遙感圖像等圖片。

2 坐標矢量格式文件轉換為Shapefile

TGGD 空間數據庫中坐標格式為地理坐標，即經緯度坐標。收集到的一些數據坐標為投影坐標時，首先需要將投影坐標轉換為地理坐標，然后將地理坐標矢量格式文件轉換為Shapefile 文件。

2.1 投影坐標轉換為經緯度坐標

投影坐標和經緯度坐標的轉換公式如式(1)所示。

式中:X、Y——平面直角坐標系的縱;

λ、φ、——橢球面上地理坐標系的經度、緯度(分別自赤道和投影帶中央經線起算);

N——卯酉圈曲率半徑(可據緯度由制圖用表查取);

η——η2=e'2cos2φ，其中 e'為地球的第二偏心率。

2.2 地理坐標矢量格式文件轉換為Shapefile 文件

地理坐標矢量格式文件可利用一些軟件直接轉換成Shapefile 文件。如可利用MapInfo 軟件實現數據之間的轉換。

3 CAD 矢量數據轉換為Shapefile 文件

TGGD 空間數據庫表的數據來源一部分是CAD 矢量數據，要建立空間數據庫，需將這些CAD 矢量格式數據轉換為空間數據格式Shapefile 文件。

CAD 是計算機輔助設計的英文縮寫。常用的CAD 文件有DXF、DWG、DNG 等。在 CAD 的數據模型中，點、線、面等幾何要素以二進制形式保存于文件中，相關的注記、顏色、線型等屬性也跟幾何數據放在一起，故其具有強大的繪圖功能和處理矢量圖形的能力［1］。但從空間地理信息系統角度來看，CAD 缺乏較強的對空間數據信息的描述和分析功能。而GIS 卻能對空間數據進行建模、分析和管理。因此，可將CAD 圖形作為已有的數據源，將CAD 圖形轉換為適用的GIS 數據。

CAD 的數據格式地形圖要素的表現形式有多種，鑒于其面狀要素不一定完全閉合，線狀要素有交叉等原因，不能滿足GIS 的要求，因此，在轉換成GIS 空間數據之前，CAD 圖形需做編輯修改等工作。

CAD 一個圖層中可以放置所有的地物信息，但GIS 空間數據庫的一層只能放置點、線、面中的一種，所以轉換之前要做圖層分層的檢查。另外，要將圖層上不符合GIS 空間數據拓撲結構要求的實體過濾掉。

CAD 與Shapefile 的數據轉換:數據轉換分為直接轉換和中間轉換。由于CAD 與GIS 系統描述統一空間對象的數據模型與語義存在一定的差別，建議通過間接轉換的方法實現數據轉換。

1)CAD 清理有定位對齊的文字，轉存為R12/R14 dxf 文件。

2)用 MapInfo 將 dxf 文件轉換為.TAB 文件。

3)用GlobalMapper 將TAB 文件轉換為Shapefile 文件。

4 柵格數據轉換為Shapefile 文件

柵格數據是GIS 空間數據的重要組成部分，柵格數據的收集實際上就是柵格數據矢量化的過程。將柵格數據轉換為矢量格式數據后，再將矢量格式數據轉化為Shapefile 格式文件。

4.1 柵格數據轉換為矢量格式數據

圖片校準的原理是從原始圖像陣列出發，依次對其中每一個像元分別計算其在輸出(糾正后)圖像的坐標，其糾正公式為式中，x，y 為P 點原始圖像的行數和列數;X，Y 為 P 在新圖像中的坐標(即地面坐標)［2］。

可用OziExplore 軟件矢量化圖片，操作時至少要對圖片中三個不在同一直線上的點的坐標進行校正。

4.2 矢量格式文件轉換為Shapefile 文件

1)可用OziExplore 軟件載入矢量化的圖片，在圖片上創建軌跡或航點，保存軌跡或航點文件。

2)用MapInfo 等軟件將矢量格式文件轉換為Shapefile 文件。

5 結語

本文介紹了TGGD 空間數據庫建設過程中如何將不同來源、不同格式的數據轉換為Shapefile 文件的方法。鑒于數據轉換只針對于TGGD 空間數據庫建設，所以數據轉換存在一定的局限性，僅供參考。

［1］陳能，施蓓琦.AutoCAD 地形圖數據轉換為GIS 空間數據的技術研究與應用［J］.測繪通報，2005(8):11 -14.

［2］蔡孟裔，毛贊猷，等.新編地圖學教程［M］. 北京:高等教育出版社，2010.

［3］黎夏，劉凱.GIS 與空間分析——原理與方法［M］.北京:科學出版社，2006.