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    基于FME技术的1∶500DWG转GIS数据研究

    时间：2023-04-17 17:10:05 来源：东东创业网 本文已影响人 东东创业网手机站

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    杨蕾

    [东图（福州）地理信息科技有限公司，福建 福州 350000]

    现阶段，我国许多中小城市虽然能够运用GIS技术进一步优化制图、分析及辅助决策的质量与效率，可以利用引进资源弥补技术劣势，但是GIS应用与基础设施建设起步较晚，投入偏低，导致GIS技术始终无法实现质的飞跃。若想进一步推动GIS技术的大范围运用，需要解决数据生产难题。在实际工作中，许多城市大多以比例尺地形图需求为主，此类数据较为复杂，地域差异明显，需要借助测量完成DWG数据的收集，因此如何做好从DWG至GIS的数据转换是目前的技术攻克重点。本文深入阐述1∶500比例尺DWG至GIS的数据转换方式，研究两者间存在的关系与转换难题，探索一种切实有效的解决GIS数据生产的方法。

    若想完成DWG数据转换为GIS数据，需要对二者的结构特点予以了解，某公司所采集的数据在存在时间、差异性和获取方式上，存在显著的差异。通过分析和研究后发现，对这些数据进行转化，需要建立完整的DWG数据标准。该标准由两部分构成，分别是要素分层编码和数据模型。其中，模型的建立，需要将GIS数据模型特点作为依据，确保二者在转换过程中一一对应[1]。

    1.1 空间数据交换模式

    对数据进行重复利用和共享需要达成的前提条件是数据交换。现阶段，能够达成数据交换目标的模式如下：①外部数据交换；
    ②直接数据访问；
    ③数据互操作；
    ④空间数据共享。就实际情况来看，在国内工程中应用较好的数据交换模式为第一种，究其原因，主要是这种模式可操作性强，与当前技术和资金条件基本相吻合。以某单位为例，该单位基于实际需求，应用FME对地形图进行入库，不仅有利于数据交换目标的达成，还能在预处理数据时防止信息丢失和冗余问题的发生。

    1.2 软件数据特点

    目前，常用的空间数据处理软件为AutoCAD（一款绘图工具软件）和Arc/Info（地理信息系统中用于地理数据管理的专用软件系统），两者的类型和功能存在差别，前者属于CAD软件系统，后者为GIS软件系统，两者在数据格式和结构上的特点不同。

    1.2.1 AutoCAD的数据特点

    AutoCAD作为一款以矢量形式为主的CAD软件，图形功能极为丰富，能够绘制不同种类的图形元素，还能在二进制格式的文件中，对地理数据加以存储，其原理如下：AutoCAD会在数据模型内存储描述性数据，例如元素颜色和层名，依托于点、线、面对地理数据进行存储，但此方法也存在诸多缺陷，其中属性信息缺乏且在同一图形文件中存储是最大的缺陷。

    1.2.2 Arc/Info的数据特点

    Arc/Info属于GIS软件的一种，具有非常强的功能性，其数据的组成分为以下几类：①图形数据；
    ②图形拓扑结构；
    ③图形属性数据。值得注意的是，此3种数据所存放的数文件并不相同，而是分别放置在不同的文件夹内，比如ARX、TIC、ARC（文件夹名称）等，这些文件所处的子目录相同，但数据内的文件元素存在联系，并非独立存在。

    1.2.3 FME软件的特点

    FME可直接浏览CAD、GIS数据图形，查看其图形对应的属性和坐标等信息，并且通过可视化建模支持包括GIS、CAD等多种格式非空间数据与空间数据的处理和转换，其在数据处理方面有着强大的能力，能同时处理上万个文件，大大提升了工作效率。需注意的是，模块之间转换器用得越多，出错概率越大，有时候FME报错不明确，就要花很多时间查找问题根源。

    FME基于CAD和GIS数据的特点，提取相关属性，构建转换模型，并编制软件，最终实现大批量的数据转换，有利于节省成本和提高转换效率。

    2.1 作业流程

    （1） 为了提高最终所需数据的成果质量，先要对DWG数据进行分析，对于一些数据的不连续、不完善及空间逻辑关系错误等进行处理，然后合理规划组织数据，划分图层。划分图层时每个图层存放在一专题要素，比如道路设施、水系设施、居民地、管线垣栅、高程点、等高线、控制点、植被特征、地貌土质、独立地物、注记等，要分层放好。图层按照规范或者甲方要求规范命名，以保证数据的统一。

    （2）要根据基础地理信息库建设要求，将其整合成统一坐标系、统一分类代码、统一数据模型和统一数据结构的基础地理信息数据，结合已有资料对现势性一般的数据进行核心要素更新处理，以提高数据现势性。DWG数据分析处理好之后，要根据DWG数据与GIS数据的特点，综合考虑数据结构、坐标等建立合适的关联，以便后期数据转换。

    （3）要建立GIS数据库。数据库要有数据组织形式，先建立个人数据库；
    然后建立要素数据集，坐标系要与DWG数据坐标系统统一；
    再建立要素类，DWG数据与GIS数据中的数据组织形式均是通过点、线、面要素组成，所以这里可以设计相应的数据联系。

    （4）建立映射文件，借助FME软件来实现。通过FME软件先建立一个工程，然后添加数据库，把要转换的DWG数据的每个图层添加FME属性项，制定映射文件，利用FME软件中的多种转换器进行处理及转换，以实现到GIS的准确入库[2]。

    2.2 数据模型分析

    想要实现DWG数据转换为GIS数据的目标，掌握二者结构特点至关重要。某地市有关部门所收集的DWG数据，主要来源于市内的各类测绘单位，这些DWG数据的组成，分别为历史数据、新测数据，其在时间、形式和来源上均不相同。在整理和分析这些DWG数据的过程中发现，这些DWG数据存在诸多方面的问题，具体表现为版本差异、类别差异、表达差异、编码差异、构图规则差异等，导致无法实现批量数据转换。出现问题的根本原因是原始数据标准不统一，不具备批量转换数据的基础。因此，在批量转换数据之前，应做好以下工作：一是数据模型和格式需重新整合，数据组织方式、数据格式、数据属性结构与建库要求应整合成统一的模型与格式；
    二是数据的要素分类代码与数据库要求标准需整合统一转换国标码；
    三是原始数据模型要求与数据库要求存在差别，需整合修改，保证地物之间的连贯性和拓扑的正确性。

    目前，DWG数据标准主要由两部分组成，分别为模型和要素分层编码。在建立数据模型时，需要遵循GIS数据模型的特点，确保模型一一对应，结构统一。与此同时，还要确保要素分层编码始终与GIS数据要素编码相同。在DWG模型中，文本注记是重要的组成部分，需要将这部分转变为GIS点要素，同时在要素属性表中，将文本属性写入其中；
    此外，还要将DMG模型中的块要素进行转变，使其成为GIS点要素，同时，在点要素属性表中，将其他属性写入其中。DWG中的闭合多线，在转换后成为GIS模型中的面要素，并对相应的属性进行存储。通过上述转换，确保DWG要素类型和GIS要素类型相一致，为后续工作的开展奠定坚实的基础[3]。

    2.3 数据预处理及转换前预检

    原始数据的表达方式是形成成图，因此存在数据不连续、不完善，空间逻辑关系不一致、具有多重属性的公共边不完全重合等问题，所以必须对数据进行编辑、预处理。

    基础地理数据包括点要素、线要素、面要素、复合要素四大类。点要素有定位点、有向点和标注点；
    线要素有线、中心线和有向线；
    面要素有轮廓线构成面和范围线构成面。基础地理数据处理包括各要素间存在的连接、重叠、包含等关系，如亭子点状要素与房屋面状要素的包含关系。处理后的有向点和有向线保留原数据的方向信息，并确保角度信息和方向信息的正确性。

    （1）坐标系检查是否为要求的CGCS2000国家大地坐标，高程基准是否准确，不准的需要重新投影坐标。

    （2）原始数据的部分属性仅标注在图面上，并没有存储在数据的属性中，因此后续在FME中必须将相关的表面注记采集到数据的属性中。

    （3）依据国标检查高程点线的合理性，道路、水系连通性及名称准确性，分类情况、地物编码、属性及注记的完整性等，为后续建库构面及提取中心线做好铺垫。

    （4）因其他要素相交而断开的线性要素，要重新连接上。面状要素也需进行封闭，如地貌、土质、植被等。

    （5）各地物要素的表示应反映地物分布情况，要素间表示合理。有向点应保留有向点位的方向信息，有向线应保留方向信息，线状要素应保持其连续性，各要素间的拓扑关系应正确，所有要素应采集属性字段，所有图幅的所有数据层含属性都应接边处理。

    2.4 FME软件进行DWG数据转GIS数据

    （1） 可在FME DATA INSPECTOR中查看DWG数据的对应属性及扩展属性。依据属性和相对应的扩展属性后续FME转换器用GeometryFilter提取需要的内容，如autocad_rotation：角度信息，extended_data_list{1}：CASS码，application_name：south：south转换后的字段名，以及各种dwg的相关属性。

    （2）用FME WORKBENCH创建新的工作空间，选择所有要转换的图层，使用软件庞大的转换器库中Center Line Replacer提取中心线、Snapper捕捉顶点、Geometry Coercer要素转换、Chopper要素打散、Centerline Replacer提取中心线等转换器进行不同组合，同时对多个图层多个要素进行多元化数据转换。直接进行了从DWG的点、线、块到GIS的点、线、面的转换，一并采用容差和延长/剪短线处理DWG中因作业标准不同而导致的无法拓扑及拓扑容差问题，把DWG相关点线面的数值赋值根据空间位置、属性等加入GIS的点、线、面中，代替人工的手动提取要素、手动添加构面辅助线、手动录入属性，省去DWG逐个图层转GIS并编辑的烦琐环节。

    （3）拓扑检查，需检查几何图形的正确性，包括无悬挂、无回头线、无伪节点、无极小面、无自相交等。其中点重叠采用Counter计算-Pointon Point Overlayer点叠加分析-tester测试参数-FeatureMerger合并要素。

    （4）源文件和目标文件对应，中间建立各种转换器的并联和串联，进行数据提取、数据分析、数据整理，最后一直调试，直到输出的数据符合要求。

    通过对FME中DWG格式数据转换为GIS格式的方法开展分析讨论，进一步阐述空间数据交换模式以及软件数据的特点，并以1∶500DWG转GIS数据转换案例验证相关方法的可行性，提出作业流程、数据分析路径、数据预处理及转换前预检，以此充分发挥FME软件的高效率、低成本优势，切实满足现阶段数据生产部门的基本需求。要注意虽然FME软件的可行性极强，单也存在一定不足之处，仍有待进一步优化与完善，比如少量中空面要素无法完成直接转换等，需要后期人工干预才可完成，为此需要研发人员不断调整前期数据预处理工作量，实现批量处理，确保中空面要素能够完成直接转换。

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