智能化全息測繪標準下的FME自動化數據轉換

王琳

(1.上海市測繪院，自然資源部超大城市自然資源時空大數據分析應用重點實驗室，上海 200063；2.同濟大學，上海 200092)

1 引 言

隨著我國經濟發展進入新時代以及信息化進程的不斷加快，各領域對地理信息的需求呈現多樣化、精細化、個性化的趨勢。為進一步對標高質量發展對基礎測繪的服務要求，構建新型基礎測繪體系已成為自然資源領域改革創新發展的必然要求和戰略抉擇[1～3]。《測繪地理信息事業“十三五”規劃》中明確指出，探索建立基于地理實體的成果采集和管理模式，逐步推動現有國家基礎地理信息數據庫向地理實體數據庫的轉型，發展以地理實體為主要表現形式的公共產品，是促進地理空間信息廣泛共享、優化信息資源結構的重要措施。

與傳統基礎測繪不同，新型基礎測繪采集精度要求為“按需測繪，不同要素不同精度”，成果中的全要素地形數據不再機械地按照比例尺進行分級，而是通過實體構建成無尺度的地理實體庫。因此，梳理分析依據現有標準建立的多尺度、多類型數據與地理實體數據之間的差異，建立數據之間轉換的知識圖譜，構建由現有基礎地理信息數據庫到地理實體基礎時空數據庫建設的生產工藝流程，是新型基礎測繪體系建設中的一項重要內容。

上海市作為新型基礎測繪體系建設試點城市，結合上海超大型城市精細化管理的實際需求，按照“能采盡采、不同實體不同精度”的原則，探索并實踐了基于地理實體的全息數據采集與建庫。本文以上海市地理實體數據庫建設的經驗為例，介紹了利用FME實現現有地形成果數據升級轉換的技術方案。

2 問題概述

傳統基礎測繪采用按比例尺建庫的模式，測繪標準主要面向制圖需要，要素分類和采集標準都與符號化方法息息相關。以上海市基礎地理數據庫為例，市中心區域為 1∶500圖幅，郊區為 1∶2 000圖幅。地形要素采集標準上，同一種要素在不同比例尺圖幅區域采集的方式不同。以門墩為例，在 1∶500圖幅區域按照范圍面采集，在 1∶2 000圖幅則采集中心點。

在智能化全息測繪標準下，同類要素采集方式進行了統一，即同一種要素采集同一類圖形，如原來采點或面，現在統一采面；原來采單線或雙線，現在統一采雙線；按照智能化全息測繪標準進行地理實體數據庫建設時，需要梳理分析新舊標準下地形數據之間的差異，探索自動化轉換技術，對此類要素現有的庫存數據進行轉換后方可入庫。

3 FME簡介

FME是一款用于空間數據與非空間數據加載、轉換、集成、導出、共享的產品，是全球領先的數據整合平臺。FME擁有強大的數據轉換、變換和自動化能力，該軟件基于OpenGIS組織提出的新的數據轉換理念“語義轉換”，通過提供在轉換過程中重構數據的功能，能夠支持包括GIS、CAD、柵格、數據庫、網絡、BIM等在內的300多種不同空間數據格式(模型)之間的轉換，為進行快速、高質量、多需求的數據轉換應用提供了高效、可靠的手段。由于FME具有易用性、高效性、零編碼等特性，在大比例尺數據庫建設[4]、圖形轉換[5，6]、空間數據可視化[7]、數據檢查[8，9]等領域得到了廣泛的應用。

4 FME自動化轉換的整體思路

4.1 明確轉換要素類別

地理實體數據庫建設本質上是傳統地形測繪標準向智能化全息測繪標準的升級，明確兩種標準的差異是數據庫升級和數據轉換的前提。對傳統地形測繪標準和智能化全息測繪標準進行比對，從要素、圖層和屬性等方面明確發生的變化，明確待轉換要素類別，建立轉換前后要素映射關系。

4.2 確定轉換類型

根據轉換前后要素的幾何類型和圖式符號分類，確定要素的轉換類型，不同的轉換類型具有不同的轉換方法。升級前，上海市基礎地形數據的幾何類型包括點、線、面和注記。圖式符號分為7個類型(如表1所示)，采用依骨架線為主體的符號化表達，各個類型具有明確的定位點，轉換數據時各個要素的組織方法也要進行對應。本文對待轉換要素進行分析后，歸納總結了4大類共8小類轉換類型，具體轉換類型及要素示例如圖1所示。

圖式符號分類 表1

圖1 轉換類型及要素示例(其中，B代表不依比例尺)

4.3 確定轉換閾值

轉換閾值是指邊長、半徑、長度、寬度等圖形轉換過程中需要確定的幾何參數。本文通過研究，將轉換閾值的確定依據設計為“地方標準≥國家標準≥符號本身的尺寸”，其中：

①地方標準，即“DG/TJ08-86-2010 《1∶500 1∶1000 1∶2000數字地形測量規范》”。

②國家標準，即“GB/T 20257.1-2007《國家基本比例尺地圖圖式 第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》”。

③符號自身的尺寸。

以國家標準中的涵洞要素為例，區分依比例尺的和半依比例尺的兩種符號，并且規定“當圖上寬度小于 1 mm用半依比例尺符號表示”。因此轉換時就以 1 mm作為轉換閾值，根據要素所在區域的出圖比例尺最終確定轉換后涵洞圖形的寬度，如表2所示。

根據轉換閾值和出圖區域比例尺確定轉換后圖形寬度 表2

4.4 明確轉換定位信息

轉換定位信息主要指轉換前要素和轉換后要素的位置關系。本文從兩個方面對待轉換的要素進行逐要素梳理，確定轉換定位信息。

①轉換前的點要素是轉換后面要素的幾何中心還是邊線中心？如圖2(a)和圖2(b)。

②轉換前的線要素是轉換后閉合線要素的中心線還是邊線？如圖2(c)和圖2(d)。

圖2 轉換定位關系(其中，紅色的點、線為轉換前要素)

4.5 傳遞條件符號信息

條件符號是指某一地理要素的符號化形態與自身的某一相關屬性的屬性值或其自身某一節點的點類型特征相關，如點狀要素的角度屬性、線狀要素的轉點信息。如圖3(a)為斜坡要素的符號化顯示效果，能夠實現該效果是依托斜坡要素點序列中首邊末尾的節點類型(如圖3(b))，將該點標記為轉點以實現斜坡正確符號化，否則只能看到骨架線效果(如圖3(c))。為確保轉換后要素仍然能夠正確符號化，需要對條件符號信息進行解析，并在轉換過程中進行傳遞。

圖3 條件符號信息示例

4.6 搭建FME轉換運行模板

在前期分析的基礎上，區分不同的轉換類型確定相應的轉換思路。利用FME平臺，對轉換思路進行逐步拆解和細化，找到關鍵步驟對應的FME轉換器，連接不同的轉換器最終搭建形成轉換模板，從而實現要素轉換的批量化和自動化。圖4為主要的轉換步驟，輸入包括兩個方面：映射表和待轉地形數據。映射表可為Access、Excel等多種格式，包含待轉換要素名稱、轉換前編碼、轉換后編碼、轉換閾值(如邊長、半徑等)、定位點類型等信息。將待轉換要素編碼發布為FME參數，通過與地形數據編碼匹配，篩選出待轉要素。待轉要素的比例尺屬性字段與映射表中的轉換閾值信息結合，計算獲得轉換圖形參數；根據各個轉換類型確定圖形轉換的具體方法，如使用緩沖區方法進行點轉面、使用雙側平行線方法實現單線轉雙線。在圖形轉換結束后，對需要進行條件符號信息傳遞的要素進行符號化信息的處理。最終輸出成果，需要注意的是：轉換前后要素之間的關系可以分為一對一和一對多兩種，除線節點轉面和單線轉雙線兩種類型外，其余轉換類型均為一對一。

圖4 轉換主要步驟

5 應用實例

在地形數據當中，存在成排規則排列的半依比例尺支柱，線的一個節點代表一個支柱。轉換時，需要將線上的每個節點分別轉換為一個支柱面。具體轉換思路如下：

①獲取線上的節點，如圖5(a)和圖5(b)。若為曲線，則首先進行邊界內插，然后獲取線上各節點；

②遍歷每一個節點，根據該點與前一點、后一點的位置計算該節點代表的支柱的方向；

③根據轉換閾值和要素比例尺計算轉換后要素面的邊長；

④根據邊長和轉換定位信息，計算轉換后要素面的四個角點，并按照逆時針方向加點連接成面，此時所有的面都為正北方向，如圖5(c)所示；

⑤根據②計算得到的方向對支柱面進行旋轉，最終效果如圖5(d)所示。

圖5 線節點轉面類型轉換示意圖

對轉換思路進行逐步拆解和細化，尋找對應的FME轉換器，如表3所示。

線節點轉面關鍵步驟及對應FME轉換器 表3

連接不同的轉換器最終搭建形成轉換模板，從而實現要素轉換的批量化和自動化，如圖6所示。

圖6 線節點轉面FME模板

6 結 語

新型基礎測繪體系建設是當前國家測繪地理信息事業發展的重點任務之一。傳統按尺度分級測繪、構建多尺度數據庫的模式發生了改變，在現有地形成果數據向無尺度地理實體庫升級的過程中一個關鍵點就是現有數據的自動化轉換。本文結合上海市新型基礎測繪體系建設試點項目“智能化全息測繪-基于地理實體的全息數據采集與建庫”，建立了現有地形成果數據向智能化全息測繪標準轉換的技術方案，利用FME強大的數據轉換能力自定義轉換流程，實現了基礎地形數據自動化轉換。