ArcGIS中數(shù)字化地形圖快速入庫的方法與技巧探究

文｜漳平市自然資源局 劉星紅

0 引言

隨著智慧城市、數(shù)字地球的提出，測繪行業(yè)對(duì)測繪成果提出新的要求，基礎(chǔ)測繪地形圖數(shù)據(jù)的使用更加廣泛，作為基礎(chǔ)測繪成果的數(shù)字化地形圖，在建設(shè)中數(shù)字城市發(fā)揮了重要作用，是地理信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段要求數(shù)字化地形圖，不光需要滿足基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)劃、施工等，數(shù)字化地形圖還需具有管理、統(tǒng)計(jì)、分析等作用，這就要求數(shù)字化地形圖需要采用多種形式展現(xiàn)給大家，包括滿足CAD 軟件的DWG、滿足GIS 軟件的格式例如SHP 格式。目前，測繪部門用圖習(xí)慣還是依賴DWG 格式的DLG 數(shù)據(jù)，在對(duì)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行整合時(shí)，對(duì)于歷史遺留的大量DLG 數(shù)據(jù)也需要對(duì)應(yīng)的GIS 軟件數(shù)據(jù)一并入庫審批。然而由于線劃圖數(shù)據(jù)復(fù)雜，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換困難，數(shù)字化地形圖快速精確入庫是現(xiàn)階段智慧城市建設(shè)面臨的一大難題。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information system,GIS)作為數(shù)字城市建設(shè)的核心，在“數(shù)字地球”“數(shù)字中國”建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。目前，GIS 已經(jīng)廣泛用于地理國情監(jiān)測、國土資源管理、環(huán)境評(píng)估、城市建設(shè)與規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)警、運(yùn)輸、水利水電等方面。ArcGIS 軟件是Esri 公司研發(fā)的一套完整GIS 平臺(tái)產(chǎn)品。它具有制作地圖、數(shù)據(jù)管理、空間信息整合、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)共享的功能。ArcGIS 作為測繪地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件，其系統(tǒng)下的Spatial EXL 工具，擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操作能力，包括從龐大的數(shù)據(jù)源中提取目標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，經(jīng)合理拆分合并后完成正確性檢測，實(shí)現(xiàn)批量化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。其優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的規(guī)則可根據(jù)用戶需求進(jìn)行定義、自動(dòng)化程度高、效率快、數(shù)據(jù)可批量生產(chǎn)。

基于以上情況的考慮，為能夠完成數(shù)字城市地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，本文從漳平市地形圖入庫工作出發(fā)，將原始數(shù)據(jù)為CASS 軟件繪制的DWG 格式地形圖，選擇合理、高效的轉(zhuǎn)換方法，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫工作。

1 入庫方法

1.1 直接轉(zhuǎn)換法

直接轉(zhuǎn)換法是修改CASS 配置文件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從DWG 格式到ArcGIS 軟件下SHP 格式的轉(zhuǎn)換，CASS 安裝系統(tǒng)目錄下存在配置文件，即圖元索引文件和屬性表文件。圖元索引文件內(nèi)包含編碼、圖層、圖元等參數(shù)信息，屬性表文件定義每個(gè)圖層屬性表結(jié)構(gòu)，通常按照入庫數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范修改配置文件參數(shù)，使用CASS 軟件中的輸出SHP 格式命令便可實(shí)現(xiàn)入庫數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

1.2 FME 映射法

FME(Feature Manipulate Engine) 是Safe Software 公司開發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，它是完整的空間ETL 解決方案。該方案提出了基于Open GIS 組織的“語義轉(zhuǎn)換”全新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換概念，具體方式是數(shù)據(jù)的重構(gòu)，該系統(tǒng)包含了250 種以上的不同數(shù)據(jù)格式間的轉(zhuǎn)換模型，為多源數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供了方案，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速、精確轉(zhuǎn)換的可靠方法。FME 映射法，首先分析DWG 格式和SHP 格式并通過FME 語義映射規(guī)則，構(gòu)建原始數(shù)據(jù)集與目標(biāo)數(shù)據(jù)集間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。具體操作中因FME 不能直接讀取CASS 數(shù)據(jù)擴(kuò)展屬性字段，需要安裝My FME插件來完成擴(kuò)展屬性、圖形樣式、注記等參數(shù)的讀取。

1.3 Spatial ETL 工具

Spatial ETL(Extract-Transform-Load) 工具可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載，其優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型可根據(jù)用戶需求自行設(shè)定規(guī)則，面對(duì)數(shù)據(jù)量比較龐大的任務(wù)采用該方法可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換，效率高。Spatial EXL 可按用戶定義的規(guī)則將原始數(shù)據(jù)從DWG 格式轉(zhuǎn)換到滿足入庫標(biāo)準(zhǔn)的SHP格式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取，完成數(shù)據(jù)快速入庫。

綜合以上三種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法各有利弊。方法一具有操作簡單容易實(shí)現(xiàn)，但需要大量人工干預(yù)，易出錯(cuò)，影響工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，不適合工作量較龐大的項(xiàng)目；方法二，在采用FME 映射法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)需針對(duì)專一項(xiàng)目自主研發(fā)系統(tǒng)，操作較復(fù)雜工程成本大；方法三，定義規(guī)則比方法二簡單，可實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換效率高、產(chǎn)品質(zhì)量高。本次項(xiàng)目擬采用第三中方法開展漳平市某地區(qū)1:500 數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)入庫工作。

2 數(shù)據(jù)入庫

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

（1）源數(shù)據(jù)處理

入庫數(shù)據(jù)源為1:500DLG 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包含詳細(xì)的測區(qū)控制點(diǎn)、交通、水系設(shè)施等。DLG 數(shù)據(jù)表示方式為點(diǎn)、線，對(duì)于為進(jìn)、進(jìn)行拓?fù)浞治龅臄?shù)字線劃圖會(huì)存在要素間未連接、線懸掛問題。圖層不規(guī)范問題，CASS 軟件成圖時(shí)因種種原因會(huì)出現(xiàn)圖層多余或空?qǐng)D層問題，可采用“圖層正確性檢查”命令進(jìn)行圖層檢查，對(duì)空?qǐng)D層進(jìn)行刪除時(shí)因圖層參照原因不能進(jìn)行有效的刪除時(shí)，可使用“purge”命令進(jìn)行數(shù)據(jù)清理然后進(jìn)行刪除。

（2）要素編碼

數(shù)據(jù)入庫的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是將CASS 軟件下DWG 格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到能進(jìn)行GIS 軟件進(jìn)行讀取、存儲(chǔ)的SHP 格式數(shù)據(jù)。在DLG 數(shù)據(jù)中不同的地物有著不同的要素代碼進(jìn)行表示，在GIS 軟件中數(shù)據(jù)要素編碼目的是將每個(gè)地物實(shí)體進(jìn)行唯一編碼，在保證原始數(shù)據(jù)要素信息不丟失的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)獨(dú)一無二的數(shù)據(jù)要素編碼有利于在GIS 軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢、采集、分析等。具體要素編碼結(jié)構(gòu)可根據(jù)地區(qū)規(guī)范進(jìn)行分類編碼。基礎(chǔ)信息要素分類與代碼詳（如表1所示）。

（3）數(shù)據(jù)分層

分層的依據(jù)主要是根據(jù)地物類型來進(jìn)行，數(shù)字地形圖入庫時(shí)，每個(gè)圖層單獨(dú)存在一個(gè)SHP 文件中，具體分層主要依據(jù)要素大類和類型。

（4）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

符合國家標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行一定補(bǔ)充的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)入庫重要保障。數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，生產(chǎn)DLG 數(shù)據(jù)實(shí)際的幾何劃分可分為點(diǎn)(point)、線(point)、面(polygon)、注記(annotation)，其中點(diǎn)(point)的物理劃分為簡單點(diǎn)實(shí)體(SP)，線(point)的物理劃分分別為簡單無向線實(shí)體(SL)、簡單有向線實(shí)體(DL)、復(fù)合線實(shí)體(CL)，面(polygon) 的物理劃分為面實(shí)體(PG)，注記(annotation) 物理劃分為圖面注記實(shí)體(TX)，且每個(gè)物理劃分都有簡單說明和編碼（可根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范制定）。如表2所示。

表1 基礎(chǔ)信息要素分類與代碼

表2 DLG 數(shù)據(jù)實(shí)體劃分

2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺(tái)種類繁多，所以生產(chǎn)的數(shù)據(jù)屬性、結(jié)構(gòu)存在很多區(qū)別，本文所介紹的內(nèi)容主要是CASS 軟件所生成的DLG 數(shù)據(jù)其格式為DWG 作為原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換目標(biāo)數(shù)據(jù)為可進(jìn)行ARCGIS 入庫的SHP 格式文件，轉(zhuǎn)換方法選擇本文介紹的ArcGIS 下自定義Spatial ETL Tool 工具，Spatial ETL Tool 工具有FME 語義映射功能，可建立原始數(shù)據(jù)集和目標(biāo)數(shù)據(jù)集映射關(guān)系，可實(shí)線多對(duì)一映射。建立映射關(guān)系后可以將DLG 數(shù)據(jù)以不同的圖層進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)對(duì)于DLG 數(shù)據(jù)中不同圖層的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)按照不同的類別轉(zhuǎn)換輸出到SHP 格式數(shù)據(jù)中，對(duì)于DLG 數(shù)據(jù)中的屬性值同樣也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換階段主要完成數(shù)據(jù)組織重構(gòu)和分類代碼轉(zhuǎn)換，同時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程不僅僅是數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換同時(shí)還包括數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、圖像符號(hào)化處理、數(shù)據(jù)處理等多個(gè)操作步驟。本文以漳平市1∶500DLG 數(shù)據(jù)為例，使用ArcMAP 嵌入的Spatial ETL Tool 工具建立原始數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與重構(gòu)。DLG 數(shù)據(jù)和目標(biāo)SHP格式數(shù)據(jù)映射關(guān)系。如表3所示。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

DLG 數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，新生產(chǎn)的SHP 格式數(shù)據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量檢查以確保入庫數(shù)據(jù)是無誤可用的。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制主要包括目標(biāo)數(shù)據(jù)要素編碼檢查、目標(biāo)數(shù)據(jù)屬性確認(rèn)和添加、拓?fù)浞治觥?shù)據(jù)融合、質(zhì)量檢查等。

3.1 要素編碼與屬性完善

根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行要素編碼的檢查，屬性可分為點(diǎn)要素實(shí)體屬性檢查、線要素實(shí)體屬性檢查、面要素實(shí)體屬性檢查。由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前DLG 數(shù)據(jù)的點(diǎn)實(shí)體是由符號(hào)構(gòu)成，存在線、面形式，需要進(jìn)行點(diǎn)的地物寫塊，轉(zhuǎn)換過程中在ArcGIS 中由點(diǎn)的地物寫塊轉(zhuǎn)換成點(diǎn)才能得到點(diǎn)的矢量數(shù)據(jù)，需進(jìn)行屬性的添加。線實(shí)體需進(jìn)行數(shù)據(jù)骨架的提取在進(jìn)行屬性添加。由于面實(shí)體是由點(diǎn)線構(gòu)成，通常借助線實(shí)體進(jìn)行處理，然后按不同種類進(jìn)行數(shù)據(jù)分類處理以及屬性的添加。

3.2 數(shù)據(jù)融合

目標(biāo)數(shù)據(jù)圖層需按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改、整合。由于DLG 數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)分幅的問題造成轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存在被分割或同一地物被多次定義的問題，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失和錯(cuò)誤構(gòu)面等現(xiàn)象。以上存在的問題需進(jìn)行物理接邊、屬性合并、補(bǔ)充或者刪除等處理，實(shí)現(xiàn)圖形無縫拼接。

3.3 質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是轉(zhuǎn)換是否完成的最終步驟，嚴(yán)格的數(shù)據(jù)檢查時(shí)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，成果檢查主要包括以下內(nèi)容，如表4所示。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段城市的智能化發(fā)展是以建立數(shù)據(jù)完整、精度高、實(shí)用性強(qiáng)的地理空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的，本文講述了傳統(tǒng)的DLG數(shù)據(jù)入庫方法，著重講述了采用Spatial ETL Tool 工具進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫過程以及方法和技巧，大幅度提高了工作效率，并運(yùn)用該方法順利完成了福州市DLG 數(shù)據(jù)入庫項(xiàng)目。同時(shí)在實(shí)際操作過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如地物數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)拓?fù)涞葐栴}影響了工作進(jìn)展，解決這些問題將是下一步工作的重點(diǎn)內(nèi)容。

表3 映射關(guān)系

表4 質(zhì)量檢查項(xiàng)目表