基于FME的多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺研究

張 黎，唐 輝，肖 勇，高 翔

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

基于FME的多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺研究

張 黎1，唐 輝1，肖 勇1，高 翔1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

針對現(xiàn)階段我國大批量、多種類測繪成果基準(zhǔn)亟待統(tǒng)一的需求，研究了基于FME的多種數(shù)據(jù)類型坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方案和技術(shù)，并開發(fā)了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺；解決了多種常用數(shù)據(jù)存儲文件全自動、高效率轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)安全中的關(guān)鍵問題，并通過對比實驗驗證了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺的可靠性。

FME；多源數(shù)據(jù)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺

全國現(xiàn)有的坐標(biāo)系較多，如1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系，各城市還建立了自己獨立的城市坐標(biāo)系。測繪生產(chǎn)常用的數(shù)據(jù)類型也是多種多樣，如dwg數(shù)據(jù)、shp數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)等。2008年，國家測繪局啟用并全面推廣了CGCS2000坐標(biāo)系[1]，要求不同基準(zhǔn)的測繪成果逐漸向CGCS2000坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。因此，將多種格式多種坐標(biāo)系成果數(shù)據(jù)統(tǒng)一到CGCS2000坐標(biāo)系成為了亟待解決的問題。

FME是加拿大Safe Software公司推出的一套完整的訪問空間數(shù)據(jù)的解決方案[2]。其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原理是語義轉(zhuǎn)換，允許用戶根據(jù)特殊需求在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中重新構(gòu)造數(shù)據(jù)，而不是以單一的格式輸入數(shù)據(jù)[3-4]。本文開發(fā)了基于FME的多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺，重點解決了dwg、dxf、MapInfo、shp、tiff等多種數(shù)據(jù)存儲文件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題，研制了多種格式成果在不同坐標(biāo)系下相互轉(zhuǎn)換的平臺，有效滿足了目前我國省、市、地區(qū)大量地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新的迫切需求。

1 FME語義轉(zhuǎn)換方法

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法可比作一個連接兩個數(shù)據(jù)源的狹小通道，目的是提供一個簡單直接訪問外部數(shù)據(jù)的方法，該方法的基礎(chǔ)是對細(xì)管兩端有限的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行支持[5]。而FME語義轉(zhuǎn)換則在多個方面與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換不同，從整體效果上來看，可大大減少提供者和用戶所需的工作量，并可減少相關(guān)數(shù)據(jù)的管理費用[6]。

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法與FME語義轉(zhuǎn)換方法的特點如表1所示?？梢钥闯觯c傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換相比，F(xiàn)ME強大的讀寫功能支持多種不同格式數(shù)據(jù)的輸入，寬闊的轉(zhuǎn)換管路為數(shù)據(jù)間相互轉(zhuǎn)換提供了可能，豐富的函數(shù)庫可為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換提供相當(dāng)全面的功能[7]。因此，本文開發(fā)了基于FME語義轉(zhuǎn)換方法的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺，實現(xiàn)了多格式多基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

表1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法與FME語義轉(zhuǎn)換方法對比

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺

2.1 FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

基于FME可實現(xiàn)多格式的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。支持轉(zhuǎn)換的軟件模塊主要包括參數(shù)鍵入模塊和轉(zhuǎn)換方法模塊，具體包含：①FME支持的對多種數(shù)據(jù)格式的讀寫功能；②FME2012軟件平臺已有的轉(zhuǎn)換器；③Pythoncaller轉(zhuǎn)換器框架；④使用Python 語言開發(fā)的用于數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器；⑤利用FME 的參數(shù)發(fā)布功能等制作的FME數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模板等。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換框架如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，利用C#語言可以很方便地制作用戶交互界面，用于選擇源數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)路徑；再以命令行方式執(zhí)行包含所需參數(shù)的命令行語句，完成數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換?？傮w流程如圖2所示。

用戶登錄系統(tǒng)后，通過VPN專網(wǎng)對用戶信息進行驗證，并檢核待轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。用戶通過交互界面選擇源坐標(biāo)系和目標(biāo)坐標(biāo)系并設(shè)定輸出的數(shù)據(jù)格式，滿足轉(zhuǎn)換條件的數(shù)據(jù)將通過封裝的FME Transformer轉(zhuǎn)換到目標(biāo)坐標(biāo)系下，并輸出為預(yù)設(shè)格式。用戶通過VPN專網(wǎng)下載轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。整個數(shù)據(jù)交換過程都在密級較高的VPN專網(wǎng)中進行，保證了國家對涉密成果的保密需求。

圖1 FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換框架圖

圖2 交互界面下的總體流程圖

2.2 多格式多基準(zhǔn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺

基于FME的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺支持多種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。不同坐標(biāo)系下的輸入數(shù)據(jù)，其區(qū)別僅在于坐標(biāo)系參數(shù)的不同，如長半軸、扁率等，這些參數(shù)（常用的坐標(biāo)系）均可逐一封裝在參數(shù)模塊中形成Transformer，用戶只需在可視化的交互界面中選擇Transformer中源數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)系和高程系，就可對應(yīng)地設(shè)置這些參數(shù)，而無需手動嵌入每一個坐標(biāo)系對應(yīng)的參數(shù)。轉(zhuǎn)換的方法和計算的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)值，則直接封裝在轉(zhuǎn)換器中，用戶無法獲取這個轉(zhuǎn)換器的內(nèi)容，為轉(zhuǎn)換參數(shù)的保密性提供了保障。

圖3演示了在FME中對控制點和圖形進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的流程。通過轉(zhuǎn)換器AffineWarper的Control端口輸入控制點數(shù)據(jù)，Observed端口輸入待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，AffineWarper將糾正后的控制點通過Corrected端口輸出，并將轉(zhuǎn)換成果寫入目標(biāo)數(shù)據(jù)文件。同時，基于FME的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺支持多源數(shù)據(jù)（如dwg、shp、img等）的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。其參數(shù)輸入仍被封裝為Transformer供用戶在交互界面中選擇，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器同樣也被封裝，區(qū)別僅在讀取的數(shù)據(jù)源。

圖3 控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)流程圖

2.3 平臺技術(shù)特點

1）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成果集成：將現(xiàn)有的坐標(biāo)變換公式、算法封裝為FME Transformer，并能將其應(yīng)用到FME模板中，對外發(fā)布為服務(wù)。

2）坐標(biāo)成果格式檢查：提供客戶端獨立運行的程序，用戶自行對待提交坐標(biāo)成果的有效范圍、坐標(biāo)系、坐標(biāo)格式等信息進行檢查。

3）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法及參數(shù)采取離線方式，坐標(biāo)成果的傳輸采取在線方式。在滿足國家保密要求情況下，服務(wù)器能抓取內(nèi)網(wǎng)傳送的數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié)果反饋給用戶。因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)為離線方式，但用戶體驗應(yīng)為在線方式，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)界面

4）支持多種不同類型數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：由于FME具有強大的讀寫功能，能支持上百種不同格式數(shù)據(jù)的寫入和輸出，而轉(zhuǎn)換過程都是通過將定制參數(shù)、算法等封裝為FME Transformer并發(fā)布為服務(wù)來實現(xiàn)的，因此FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺能支持上百種類型數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，各種不同格式圖形轉(zhuǎn)換界面如圖5所示。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法驗證

3.1 shp矢量圖形轉(zhuǎn)換

實驗數(shù)據(jù)：現(xiàn)有某地區(qū)矢量地形圖，該圖有已知1980西安坐標(biāo)系成果。在該圖上獲取某一建筑物4個角點的坐標(biāo)（依次編號為1、2、3、4）；已計算該區(qū)域1980西安坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)系的平面四參數(shù)。實驗步驟為：

1）記錄點1、2、3、4的已知成果（1980西安坐標(biāo)系），利用已有平面四參數(shù)模型的轉(zhuǎn)換參數(shù)，采取傳統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件Coord計算這4點轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下的成果，如表2所示。

2）采用同樣的轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺將shp圖形文件轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下，并在ArcGIS中提取轉(zhuǎn)換后shp文件中特征點1、2、3、4的坐標(biāo)，如表2所示。

3）比較傳統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件和FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)較差，檢驗轉(zhuǎn)換結(jié)果是否一致。

從表2可以看出，傳統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換后的特征點坐標(biāo)，與FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺對shp圖形文件進行轉(zhuǎn)換后提取的特征點坐標(biāo)保持一致，說明FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺對shp圖形文件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果完全正確。

圖5 圖形轉(zhuǎn)換界面

表2 轉(zhuǎn)換后的shp文件上特征點坐標(biāo)對比/ m

3.2 img影像圖轉(zhuǎn)換

實驗數(shù)據(jù)：現(xiàn)有某地區(qū)遙感影像圖，該圖有已知1980西安坐標(biāo)系成果，在該圖范圍內(nèi)均勻選取若干個較為明顯的建筑物勾繪邊線，構(gòu)成矢量圖，命名為“Outline.shp”。實驗步驟為：

1）將“Outline.shp”按照§3.1的轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下。

2） 在FME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺上將該影像利用同樣轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系下。

3）在ArcGIS中加載轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，影像圖作為底圖，“Outline.shp”位于底圖之上，比較兩個圖層的套合情況，結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出，轉(zhuǎn)換后的建筑物邊線shp與img影像能完全套合，由于shp矢量圖形轉(zhuǎn)換結(jié)果精度可靠，因此可以判定，F(xiàn)ME坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺對img圖像轉(zhuǎn)換結(jié)果正確且可靠。

圖6 轉(zhuǎn)換后的img影像與建筑物邊線shp圖像對比

4 結(jié) 語

本文研究了基于FME多格式多基準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換平臺的轉(zhuǎn)換方法和平臺特色，并以某地區(qū)1980西安坐標(biāo)系下圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標(biāo)系為例，分別對轉(zhuǎn)換后的shp圖像和img圖像進行了驗證，實驗結(jié)果表明該軟件能準(zhǔn)確無誤地進行shp圖像和img影像的轉(zhuǎn)換工作。

[1] 陳俊勇.中國現(xiàn)代大地基準(zhǔn)：中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)2000(CGCS2000)及其框架[J].測繪學(xué)報,2008,37(3)：269-271

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P226+.3

B

1672-4623（2017）05-0060-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0051.9

張黎，碩士研究生，主要研究方向為GNSS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)及測繪成果質(zhì)量檢查與驗收。

2016-12-07。

項目來源：2016年國家基礎(chǔ)測繪科技計劃資助項目（2016KJ0303）。