城市地下管線數據格式轉換方法研究

宋百川

摘 要：傳統地下管線成果主要是以CAD格式為主，無法支持查詢、統計、分析等功能，難以滿足城市地下管線信息化的需求。本文提出一種利用FME的城市地下管線數據格式轉換方法，將傳統的CAD格式數據準確、完整、高效地轉換為GIS格式，滿足城市地下管線信息化管理的需求。

關鍵詞：FME;地下管線數據;CAD;GIS;格式轉換

導語

地下管線是城市重要的基礎設施， 不僅具有規模大、范圍廣、種類多、空間分布復雜、敷設區域變化大、增長速度快、形成時間長等特點， 而且承擔著整個城市與人民生活息息相關的信息傳輸、能源輸送、污水排放等重要功能， 是城市賴以生存和發展的物質基礎， 因此也被稱為城市的“生命線”。目前， 我國的城市地下管網尚沒有進行統一的布局規劃和管理， 不可避免地經常發生各部門各自為政、互相損壞地下管線的事故， 這不僅給國家造成了巨大的經濟損失， 也給百姓生活帶來不必要的麻煩， 改變這種狀況勢在必行。

城市地下管線按功能可分為給水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、工業等七大類，目前數據主要采用AutoCAD平臺繪制，最終成果以dwg格式文件歸檔，成果數據主要以圖面表達為主，根據數據范圍分幅存儲，不具備大范圍信息查詢、統計、分析等功能，難以滿足城市管理信息化的需求。GIS的優勢正是數據的分析和挖掘，可實現圖形屬性的一體化，能對空間信息進行存儲、建模、查詢、輔助決策和集成管理。近年來隨著計算機圖形技術的發展， 為實現城市地下管網的現代化管理提供了有效手段， 利用GIS技術解決城市地下管線的數據管理問題成為必由之路。建設城市地下管網空間數據庫，準確、完整、高效的將CAD數據轉換為GIS數據就成為當前需要解決的一個問題，基于FME空間數據轉換處理系統，建立模型數據映射關系來實現CAD與GIS數據的轉換，是解決地下管線數據格式轉換行之有效的方法。

1 FME與空間數據庫

FME （Feature Manipulate Engineering ， 簡稱FME）是加拿大Safe Software公司開發的空間數據轉換處理系統 ， 它是完整的空間ETL解決方案。該方案基于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，實現了超過250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。FME語義映射提取源數據的不同層面和內容進行轉換， 它提供了一個可重新定義輸入或輸出數據的引擎。通過FME語義轉換將源數據要素的坐標及屬性映射到目標數據，實現數據轉換。

2 數據轉換模型構建

2.1CAD數據分析與整理

在建立轉換模型前，需要首先分析地下管線數據在DWG中的數據結構，為定義數據讀模塊做準備。城市地下管線CAD數據主要包括點、線、塊參照、文字注記等四種類型，文字注記主要表達點位編號和管線信息，塊參照主要用來表達點位類型，同時通過擴展屬性存儲額外信息，線主要表達管線位置及高程;圖層主要分為給水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、工業等不同專業，每個圖層存儲相應類別的管線數據。

2.2空間數據庫設計

空間數據庫是存儲在通用文件系統文件夾中的各種類型地理數據集的集合，在格式轉換過程中使用 Microsoft Access 數據文件中存儲和管理的GIS 地理數據。地下管線空間數據庫的建立是構建地下管線信息系統的核心內容。空間數據庫設計需要根據入庫標準要求，根據地下管線的不同類別及要素類型分別設置圖層，按功能可分為給水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、工業等七大類，每類由分點圖層、線圖層，共14個圖層，同時根據入庫標準為每個圖層添加相應的屬性字段。

2.3數據轉換模型設計

FME通過一系列轉換器的連接與組合，實現從一種格式到另一種格式的轉換，在轉換過程中可以對原始數據的空間信息和屬性信息進行重構。城市地下管線數據從CAD到GIS的格式轉換流程如下：

1）CAD數據讀取：在FME Workbench中創建空的工作空間，杜旭的數據格式選擇Autodesk AutoCAD DWG/DXF，參數設置包括：①實體以幾何類型導入;②取消塊打散操作，保證擴展屬性完整讀取;③暴露CAD數據的autocad_layer、autocad_block_name、autocad_text_string等屬性。

2）GIS數據輸出：輸出的數據格式選取Esri Geodatabase （Personal Geodb）。在工作空間中根據入庫標準要求添加相應的要素類，并定義要素類的數據結構，包括圖層名稱、幾何類型、字段名稱、字段類型、字段長度等。

3）數據處理轉換器：轉換器用于源數據與目標數據的映射，實現數據結構和內容的變換。添加的轉換器包括：①GeometryFilter（區分點線面等要素幾何類型）;②AttributeExposer（暴露CAD擴展屬性）;③AttributeFilter_4（根據屬性區分要素類型）;④AttributeManager（將原有屬性名更改為輸出標準屬性名）;⑤SubstringExtractor（從原有屬性中提取子字符串作為新屬性輸出）。

4）數據檢查轉換器：對數據進行圖形和屬性檢查。添加的轉換器包括：①GeometryValidator（檢查圖形是否有自相交問題）;②AttributeValidator（檢查屬性是否存在空值、超出值域范圍等問題）;③Tester（通過特定條件判斷屬性是否存在問題）。

3. 實例分析

本文以九江市某片區地下綜合管線成果數據為例，原始數據為CAD格式，通過構建FME轉換模板，可以在FME Workbench環境下建立CAD到GIS的關聯，從而實現數據格式的轉換，轉換模板如圖1所示。

結論

應用本文介紹的城市地下管線數據格式轉換方法，可以很好的完成復雜管線數據的轉換，在轉換過程中，準確、完整的保留的CAD圖紙中的圖形信息與屬性信息，實現了從CAD到GIS數據的無損轉換，轉換后的數據成果能夠直接應用于地下管線管理信息系統，為城市基本建設提供完整、可靠、及時的基礎信息。

參考文獻：

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