多源地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼方法研究

何淼，李旺民，丁建勛

(珠海市測(cè)繪院，廣東 珠海 519000)

1 引 言

歷史測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)由于多方面原因，采用了異構(gòu)的地理信息生產(chǎn)環(huán)境，存在多語(yǔ)義性、多時(shí)空性和多尺度、獲取手段多源性、存儲(chǔ)格式多樣性、空間基準(zhǔn)不統(tǒng)一等問(wèn)題，導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間無(wú)法進(jìn)行有效的互操作，這不僅加大了數(shù)據(jù)生產(chǎn)成本，也給數(shù)據(jù)共享帶來(lái)了困難[1]。目前，地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼主流的做法是依賴AutoCAD、FME、ArcGIS等，均存在過(guò)度依賴第三方平臺(tái)、兼容性差、低可擴(kuò)展性、特殊要素解碼不完備等缺陷。有必要研究一種不依賴第三方平臺(tái)的地理信息圖件與數(shù)據(jù)解碼方法，以滿足多源數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)訪問(wèn)、共享與格式轉(zhuǎn)換需求。

2 總體技術(shù)路線

C++語(yǔ)言將問(wèn)題和事物抽象成對(duì)象，而很多對(duì)象都具有共性，它們的動(dòng)作是相似的，只是對(duì)象的類(lèi)型不同而已。C++的泛型編程，可以將“類(lèi)型”參數(shù)化，模板是C++支持參數(shù)化多態(tài)的工具，采用模板技術(shù)，為類(lèi)或者函數(shù)聲明一種通用模式，可使代碼更具通用性。各類(lèi)矢量數(shù)據(jù)可視為一個(gè)對(duì)象類(lèi)型，矢量數(shù)據(jù)要素由若干實(shí)體構(gòu)成，每種實(shí)體又由“點(diǎn)、線、面、注記”等子對(duì)象構(gòu)成，因此，采用C++語(yǔ)言的泛型編程思想開(kāi)發(fā)地理矢量數(shù)據(jù)的要素解碼方法，可有效提高代碼的通用性與可維護(hù)性。

因此，本方法的總體技術(shù)路線是基于C++泛型編程，研究基于Teigha的地理數(shù)據(jù)要素解碼算法，實(shí)現(xiàn)不依賴AutoCAD平臺(tái)兼容CAD中數(shù)十種不同實(shí)體類(lèi)型的要素解碼；研究基于GDAL/OGR的地理數(shù)據(jù)要素解碼算法，不依賴第三方平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量數(shù)據(jù)的要素解碼與格式轉(zhuǎn)換。從而構(gòu)建多源地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼服務(wù)，支撐多源數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)訪問(wèn)、共享與格式轉(zhuǎn)換需求與應(yīng)用。地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼技術(shù)路線

3 基于Teigha的CAD數(shù)據(jù)要素解碼

AutoCAD在測(cè)繪領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，很多成果都是CAD格式。CAD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與解析，常用的解決方法有兩個(gè)：一是使用FME，F(xiàn)ME是萬(wàn)能的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，支持的格式廣泛，用它可以輕松將CAD轉(zhuǎn)換為其他格式，再進(jìn)行下一步操作；二是使用CAD.net二次開(kāi)發(fā)組件，較強(qiáng)大的方式是Lisp、AutoCAD二次開(kāi)發(fā)，其學(xué)習(xí)資源豐富，開(kāi)發(fā)難度低，但不能脫離AutoCAD環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)讀取和編輯，但對(duì)塊參照等類(lèi)型的實(shí)體支持不夠。上述方法都有一個(gè)共同缺憾，就是不能脫離CAD或ArcGIS環(huán)境。

ODA即Open Design Alliance，是一個(gè)面向會(huì)員的非營(yíng)利性技術(shù)聯(lián)盟，致力于促進(jìn)開(kāi)放的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CAD數(shù)據(jù)和歷史CAD數(shù)據(jù)的格式交換，使用面向?qū)ο蟮腁PI實(shí)現(xiàn)不依賴第三方環(huán)境的CAD數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作、繪制渲染和格式轉(zhuǎn)換等，與AutoCAD的兼容性非常好[2]，ODA開(kāi)發(fā)的用于圖形應(yīng)用程序的核心平臺(tái)TeighaTM，Teigha支持dwg、dxf、dgn、stl、pdf等多種格式之間的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與交換。支持Windows、Mac、Unix、Linux等多個(gè)平臺(tái)。ODA會(huì)員可以用C++，.NET和ActiveX接口開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。

Teigha框架中，一個(gè)CAD文件，其實(shí)是一個(gè)記錄圖形和非圖形對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括系統(tǒng)符號(hào)表和字典表。其中字典表(Dictionary)是存儲(chǔ)各種CAD對(duì)象的容器，可理解為一個(gè)映射表，用戶的自定義數(shù)據(jù)存放在字典表中，可以添加新的字典并且往里面添加對(duì)象，每個(gè)CAD數(shù)據(jù)庫(kù)文件中有一個(gè)默認(rèn)的字典(Object Dictionary)，是所有數(shù)據(jù)庫(kù)字典的根字典。系統(tǒng)符號(hào)表共有9張(如表1所示)，只能向表里添加內(nèi)容，但不能改變表的數(shù)量。對(duì)象如放入到正確的容器中，則屬于CAD數(shù)據(jù)庫(kù)文件的有效對(duì)象，否則就是無(wú)效對(duì)象(non-resident)。ODA_Database結(jié)構(gòu)如圖2所示。

ODA系統(tǒng)符號(hào)表 表1

圖2 ODA_Database結(jié)構(gòu)

CAD要素解碼算法流程：

(1)初始化Teigha庫(kù)；調(diào)用odInitialize(OdDbSystemServices* pSystemServices)函數(shù)注冊(cè)Teigha支持的所有類(lèi)，LoadDRXModules()函數(shù)載入需使用的模塊。常用模塊包括：對(duì)象捕捉模塊(GripPoints)、附加命令模塊(DbCommands)、核心動(dòng)態(tài)塊支持模塊(TD_DynBlocks)、格式導(dǎo)出模塊(TD_Tf)等等。

(2)打開(kāi)DWG文件；調(diào)用ExHostAppServices模版類(lèi)的readFile函數(shù)打開(kāi)DWG文件，返回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象智能指針OdDbDatabasePtr。

(3)讀取Database中對(duì)象；ExProtocolExtension類(lèi)是針對(duì)所有對(duì)象解碼與操作的協(xié)議擴(kuò)展類(lèi)，該類(lèi)初始化后，可采用迭代器對(duì)每種對(duì)象進(jìn)行解碼與操作。

(4)遍歷對(duì)象進(jìn)行解碼；構(gòu)建OdDbObjectIteratorPtr類(lèi)迭代器指針，獲取每個(gè)對(duì)象的objectId，調(diào)用openObject函數(shù)返回實(shí)體對(duì)象指針OdDbEntityPtr或其他對(duì)象指針OdDbObjectPtr，分別將其轉(zhuǎn)換為OdSmartPtr、OdSmartPtr類(lèi)型，OdDbEntity_Dumper、OdDbObject_Dumper類(lèi)繼承于OdRxObject，是所有對(duì)象解碼與操作的基類(lèi)，可自動(dòng)判斷對(duì)象類(lèi)型，根據(jù)需求對(duì)Database中對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理。

(5)執(zhí)行轉(zhuǎn)換與處理后，保存數(shù)據(jù)，調(diào)用OdDbDatabasePtr類(lèi)的release函數(shù)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)入下一流程。

從而，通過(guò)C++泛型編程，實(shí)現(xiàn)不依賴AutoCAD平臺(tái)兼容CAD中數(shù)十種不同實(shí)體類(lèi)型的要素解碼。

4 基于GDAL/OGR的地理數(shù)據(jù)要素解碼與轉(zhuǎn)換

GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)利用抽象數(shù)據(jù)模型來(lái)表達(dá)所支持的各種文件格式，是在X/MIT許可協(xié)議下的開(kāi)源柵格空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫(kù)，提供對(duì)asc、tiff、img、dem等多種柵格數(shù)據(jù)的支持。OGR是GDAL項(xiàng)目的一個(gè)分支，功能與GDAL類(lèi)似，它提供對(duì)Shapefiles、PostGIS(需要libpq庫(kù))、Oracle Spatial(需要OCI庫(kù))、Mapinfo(mid/mif、TAB)、Dxf等多種矢量數(shù)據(jù)的支持[3，4]。GDAL/OGR除默認(rèn)編譯的庫(kù)之外，可引入第三方庫(kù)增強(qiáng)對(duì)格式的支持，如添加FileGDB API庫(kù)則可實(shí)現(xiàn)對(duì)ESRI FileGDB數(shù)據(jù)的支持。

Esri的ArcGIS系列、Erdas、Google Earth和跨平臺(tái)的GRASS GIS、Quantunm GIS系統(tǒng)等很多著名的GIS類(lèi)產(chǎn)品都使用了GDAL/OGR庫(kù)。利用GDAL/OGR庫(kù)，可以使地理空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供對(duì)矢量和柵格文件數(shù)據(jù)的支持[3，5，6]。本文僅討論基于OGR的矢量數(shù)據(jù)解碼。

基于GDAL/OGR的地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼與轉(zhuǎn)換算法流程(圖3)：

圖3 基于GDAL/OGR的地理數(shù)據(jù)要素解碼與轉(zhuǎn)換

(1)根據(jù)文件類(lèi)型自動(dòng)選擇數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；

(2)由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)打開(kāi)數(shù)據(jù)源(Dataset)；

(3)遍歷Dataset中實(shí)體要素；

(4)讀取要素?cái)?shù)據(jù)信息；

(5)判斷要素類(lèi)型；

(6)根據(jù)要素類(lèi)型調(diào)用模板函數(shù)解析要素信息；

(7)根據(jù)需求對(duì)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理；

(8)進(jìn)入步驟(3)。

(9)關(guān)閉數(shù)據(jù)源(Dataset)，進(jìn)入下一流程。

進(jìn)而，基于C++泛型編程，不依賴第三方平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量數(shù)據(jù)的要素解碼與轉(zhuǎn)換。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的多源地理矢量數(shù)據(jù)要素解碼方法，具有通用性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有效解決了地理數(shù)據(jù)要素解碼過(guò)度依賴第三方平臺(tái)帶來(lái)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了不依賴第三方平臺(tái)的地理信息圖件與數(shù)據(jù)解碼與轉(zhuǎn)換?？蔀槎嘣串悩?gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)融合與共享應(yīng)用提供思路。