EPS2020平臺輸出FileGDB格式的設(shè)計

摘要：EPS2020平臺是北京山維公司面向前端采集和后期數(shù)據(jù)建庫一體化的測繪平臺，目前可以支撐3000平方公里左右的中型城市的大比例尺數(shù)據(jù)建庫需求，管理的對象條目接近1億。隨著大比例尺前端采集與后端建庫一體化的加深，對城市級的數(shù)據(jù)要素加工、跨平臺數(shù)據(jù)遷移提出更高的要求。在EPS2020升級開發(fā)過程中，基于ERSI FileGDB通用數(shù)據(jù)格式，為后臺數(shù)據(jù)庫的GIS輸出，設(shè)計了一種較為高效的整體方案，簡化了底出輸出結(jié)構(gòu)，適合數(shù)據(jù)庫級的海量輸出。

關(guān)鍵詞：EPS2020；數(shù)據(jù)庫；FileGDB格式

一、前言

EPS2020目前還處于初步完善階段，目標是依據(jù)國標完善編碼體系，以及提升數(shù)據(jù)量的支撐能力[1]。其上一個較為成熟的版本是EPS2008。在EPS2008平臺中，大比例尺測圖一般以基本比例尺編號為文件名（后綴*.edb），逐文件保存。一般的GIS數(shù)據(jù)輸出作業(yè)中，效率要求不高，數(shù)據(jù)體量偏小，往往通過VBS腳本，使用平臺的通用輸出函數(shù)ExportData，循環(huán)模式單個文件輸出為SHP文件（ESRI Shapefile） 即可滿足需求。升級為EPS2020平臺后，原有SHP輸出方案的輸出效率、數(shù)據(jù)承載力都無法滿足需求。本文在EPS2020平臺進行二次開發(fā)，省去原有通用的ExportData函數(shù)輸出對象，而采用直接輸出GIS格式，提升了平臺GIS輸出效率，且支撐了更大輸出體量。其中，輸出格式采用ESRI公司的FileGDB格式。FileGDB不僅支持1TB級的數(shù)據(jù)量，ESRI公司還為其提供了開發(fā)接口。同時，本文使用了開源軟件GDAL中間件，其對矢量格式和柵格格式進行了廣泛支持，對FileGDB進行了更為抽象GIS風(fēng)格封裝，更有利于移植使用。

二、 開發(fā)技術(shù)

（一）FileGDB及開發(fā)包

FileGDB是ESRI公司開發(fā)的一種非公開文件地理數(shù)據(jù)庫承載格式，是磁盤上某個文件夾中文件的集合，可以存儲、查詢和管理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)。從Windows 資源管理器查看，是以.gdb為后綴的文件夾（見圖1），和任何其他文件夾一樣可以查看它里面的內(nèi)容。文件夾內(nèi)使用隱含命名文件存儲地理數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、索引文件、lock 文件、特征文件以及其他文件。地理數(shù)據(jù)庫中的每個要素類或表存儲在兩個或多個文件中，并不能明確地說出任何給定的數(shù)據(jù)集是由哪些文件所組成[2]。

在ArcMap軟件中，可從目錄樹或者使用創(chuàng)建文件地理數(shù)據(jù)庫地理處理工具創(chuàng)建文件地理數(shù)據(jù)庫。文件數(shù)據(jù)庫由系統(tǒng)表及用戶數(shù)據(jù)組成，可以存儲在以下類型的數(shù)據(jù)集中：

· 要素類

· 要素數(shù)據(jù)集

· 鑲嵌數(shù)據(jù)集

· 柵格數(shù)據(jù)集

· 邏輯示意圖數(shù)據(jù)集（需要 ArcGIS Schematics extension）

· 表（非空間）

· 工具箱

要素類和表可包含子類型、附件并使用關(guān)系類關(guān)聯(lián)到另一個要素類和表。要素數(shù)據(jù)集可包含要素類以及以下類型的數(shù)據(jù)集：

· 幾何網(wǎng)絡(luò)

· 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集（需要 ArcGIS Network Analyst extension）

· 宗地結(jié)構(gòu)

· 地形（需要 ArcGIS 3D Analyst extension）

· 拓撲

默認情況下，GDB數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)集（表或要素）的最大大小為1 TB，大型數(shù)據(jù)集的最大大小可增加到 256 TB，它們由配置關(guān)鍵字即可控制。要素類和表的數(shù)量、要素類或表中的行數(shù)、文本字段的長度可以達2，147，483，647。要素類或表中的字段數(shù)為65，534。

可以說，F(xiàn)ileGDB存儲能力非常強大，符合EPS2020平臺建庫數(shù)據(jù)輸出GIS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)承載力。雖然ESRI公司并沒有完全公開GDB格式底層，但其提供了File Geodatabase API接口，可以在包括windows、mac、linux等多個操作系統(tǒng)上獨立地訪問GDB數(shù)據(jù)。目前官方網(wǎng)址公布的版本是1.4，GITHUB上已經(jīng)更新到1.5.2。

（二）GDAL FileGDB API庫

GDAL（Geospatial Data Abstraction Library）是一個基于C++代碼的開源GIS 庫，支持X/MIT許可協(xié)議，它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達所支持的各種文件格式。GDAL支持各種柵格地理數(shù)據(jù)格式，同時包括了操作矢量數(shù)據(jù)的OGR（OpenGIS Simple Feature Reference）庫。一般將這兩個庫合稱為GDAL/OGR，或者簡稱GDAL。GDAL是由Frank Warmerdam于1998年開始開發(fā)的，在GDAL 1.3.2版本之后，正式由開源空間信息基金會下的GDAL/OGR項目管理委員會對其進行維護。由于MIT協(xié)議的開放性，任何人都可以基于GDAL庫來編譯自己的軟件而不需要原作者的授權(quán)，許多著名的GIS軟件可以接入GDAL庫，如ESRI的ArcGIS，Google的Google Earth等系統(tǒng)。特別是一些開源項目（如GRASS GIS、QGIS等）更是將GDAL作為基礎(chǔ)支撐。

GDAL支持包括GeoTiff，Eradas Imagine，ECW，MrSID，JPEG2000，DTED，NITF，GeoPackage等155類柵格數(shù)據(jù)的支持；支持包括ESRI Shape，ESRI ArcSDE，ESRI FileGDB，MapInfo（tab and mid/mif），GML，MKL，PostGIS，Oracle Spatial等95類矢量數(shù)據(jù)的支持。默認情況下，GDAL使用OpenFileGDB驅(qū)動只讀性地打開GDB數(shù)據(jù)庫，讀寫操作則需要將ESRI公司的File Geodatabase API接口接入進來，其接入驅(qū)動名為ESRI File Geodatabase （FileGDB） Driver[3]。

GDAL FileGDB驅(qū)動程序提供對ArcGIS 10及以上版本創(chuàng)建的文件geodatabase（.gdb目錄）的矢量層的讀寫訪問[4]。數(shù)據(jù)集名稱必須是目錄/文件夾名稱，并且必須以.gdb擴展名結(jié)尾。GDAL FileGDB驅(qū)動程序支持批量功能加載，以加快數(shù)據(jù)的插入，即FGDB_BULK_LOAD 選項設(shè)置為YES。此配置選項的作用是執(zhí)行寫鎖定并臨時禁用索引。在關(guān)閉數(shù)據(jù)源或完成讀取操作時還原這些數(shù)據(jù)。對于新創(chuàng)建的圖層，默認情況下啟用批量加載。另外，GDAL FileGDB驅(qū)動支持在數(shù)據(jù)集上執(zhí)行SQL語句，以及如下創(chuàng)建參數(shù)：

FEATURE_DATASET ：在命名的FeatureDataset文件夾中創(chuàng)建新層；如果文件夾不存在，將創(chuàng)建它。

LAYER_ALIAS =string：（GDALgt;=2.3）設(shè)置層名稱別名。

GEOMETRY_NAME ：在新層中設(shè)置幾何列的名稱。默認為“SHAPE”。

GEOMETRY_NULLABLE ：（GDALgt;=2.0）幾何列的值是否可以為空。

FID ：要創(chuàng)建的OID列的名稱。默認為“OBJECTID”。

XYTOLERANCE， ZTOLERANCE：這些參數(shù)控制用于高級ArcGIS功能（如網(wǎng)絡(luò)和拓撲規(guī)則）的捕捉公差。

XORIGIN、YORIGIN、ZORIGIN、XYSCALE、ZSCALE ：坐標參數(shù)精度。網(wǎng)格的尺寸由原點和比例決定。原點定義參考柵格點在空間中的位置。比例是分辨率的倒數(shù)。

XORIGIN， YORIGIN， ZORIGIN， XYSCALE， ZSCALE：指定的域 （xmin=XORIGIN， ymin=YORIGIN， xmax=（XORIGIN + 9E+15 / XYSCALE）， ymax=（YORIGIN + 9E+15 / XYSCALE）） 需要包含要素類的所有可能的坐標值。

XML_DEFINITION ：設(shè)置此選項時，其值將用作創(chuàng)建新表的XML定義。

CREATE_MULTIPATCH = YES：設(shè)置此選項時，MultiPolygon類型圖層的幾何圖形將寫入MultiPatch。

CONFIGURATION_KEYWORD = DEFAULTS/TEXT_UTF16/MAX_FILE_SIZE_4GB/MAX_FILE_SIZE_256TB/GEOMETRY_OUTOFLINE/BLOB_OUTOFLINE/GEOMETRY_AND_BLOB_OUTOFLINE ： 自定義數(shù)據(jù)存儲方式。默認情況下，文本采用UTF-8格式，數(shù)據(jù)最大為1TB。

（三） EPS2020二次開發(fā)

北京山維公司EPS地理信息工作站是測繪及GIS數(shù)據(jù)采集建庫更新平臺。平臺數(shù)據(jù)接口SunwaySDE除支持原生的EDB格式存儲外，還支持基于常規(guī)Oracle、SqlServer等數(shù)據(jù)庫級的存儲，同時也可以支持柵格影像等數(shù)據(jù)的顯示。另外，對ArcSDE接口再封裝，形成了SunwaySDE for ArcSDE。目前，原生的SunwaySDE是主要的發(fā)展方向，本次的二次開發(fā)即是在其環(huán)境下對CGeoBase的再輸出。

EPS平臺支持C++嵌入式開發(fā)，SDL（Sunway Dynamic linked Library）是其提供的基于VC++6.0（SP2）環(huán)境下的二次開發(fā)包。通過SDL開發(fā)包，可以在EPS平臺上定制功能強大和專業(yè)的應(yīng)用。EPS平臺下的部分應(yīng)用模塊均是采用SDL的方式開發(fā)而成的。

三、對象映射關(guān)系

本文拋棄原有EPS圖層對GIS圖層的轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出按EPS編碼對應(yīng)GIS圖層的映射關(guān)系。對于從EPS平臺向GIS平臺的數(shù)據(jù)輸出后，由于符號化方法和曲線平滑算法上的差異，在其他GIS 平臺上的可視化效果肯定無法精確還原，但可以完整地保留對象一一對應(yīng)的關(guān)系，以及單個對象的全部信息。因此，對象是可以在兩種數(shù)據(jù)之間無損轉(zhuǎn)換的，僅在對象的組織形式有所不同，有如下映射關(guān)系。

（一）編碼對圖層映射

EPS平臺是一個基于地物編碼的對象化平臺。相同地物編碼的對象在EPS平臺擁有相同的幾何類型、屬性[5]。

FileGDB是通用的OGC標準點、線和面對象，每一層代表一類對象集（FeatureClass）。因此，EPS平臺中的一個圖層并不能直接對應(yīng)FileGDB中的數(shù)據(jù)集。考慮到在EPS平臺中不同對象可能掛接一個或多種屬性表，這里使用EPS平臺中相同的編碼對象集對應(yīng)FileGDB中一個圖層（對象集）。

（二）基本元數(shù)據(jù)屬性映射

對于對象化的EPS平臺管理元數(shù)據(jù)，按元數(shù)據(jù)的默認名稱存放到FileGDB對象集的屬性表中，如FeatureGUID、CreateTime、Code等。

對于EPS平臺對象的基本屬性，按顯示名稱存放到FileGDB對象集屬性字段，例如圖層名、工程信息、采集時間等。

對于EPS平臺單一對象空間位置點列上的每個特征點，因為還存在特征點類型Integer屬性，將其放置到FileGDB對象的M值中。

四、代碼與測試

（一） GDAL代碼中植入FileGDB

在VisualStudio2017編譯GDAL源代碼時添加對FileGDB的支持。首先修改編譯參數(shù)，在GDAL自定義編譯參數(shù)文件nmake.local中補充*.h頭文件位置和*.lib資源文件位置，并設(shè)置FGDB_ENABLED=YES。其次使用cmd命令行編譯，在“開始菜單＼所有程序＼Microsoft Visual Studio 2017＼Visual Studio Tools＼ Visual Studio 2017命令提示”，點擊“Visual Studio 2017 命令提示”彈出經(jīng)過常量初始化后的CMD窗口。接著使用cd命令，切換到GDAL的源代碼目錄，并依次使用如下命令等待編譯結(jié)束即可：

nmake -f makefile.vc

nmake -f makefile.vc install

nmake -f makefile.vc devinstall

nmake -f makefile.vc clean

最后編譯出GDAL.DLL文件。

（二） EPS對象輸出

EPS2020N二次開發(fā)是在VC6.0的環(huán)境中完成。打開EPS數(shù)據(jù)集后，獲取EPS對象CGeoBase，然后按上一節(jié)描述的映射關(guān)系，創(chuàng)建FileGDB圖層，即列舉全部EPS對象的編碼，創(chuàng)建相應(yīng)的同名FileGDB圖層。

由于FileGDB已由GDAL封裝，在GDAL的數(shù)據(jù)庫集對象GDALDataset上，使用函數(shù)CreateLayer完成FileGDB圖層的創(chuàng)建，然后逐一對EPS對象CGeoBase轉(zhuǎn)化GDAL對象OGRFeature。核心函數(shù)如下（以線對象為例）：

bool gdalAddLine（OGRLayer * gdal_layer，" CGeoBase * pObj） {

OGRErr err;

OGRFeature * gdal_line_feature = OGRFeature：：CreateFeature（gdal_layer-gt;GetLayerDefn（））;

// add filed

gdal_line_feature-gt;SetField（\"CODE\"， pObj-gt;GetCode（））;

...

// geometry

OGRLineString gdal_line_geometry;

POINT3DLIST objPl;

pObj-gt;GetPointList（objPl）;

for （int j = 0， jSize = objPl.GetSize（）; j lt; jSize; ++j） {

OGRPoint gdal_point（objPl[j].x， objPl[j].y， objPl[j].z， objPl[j].nType）;

gdal_line_geometry.addPoint（amp;gdal_point）;

}

err = gdal_line_feature-gt;SetGeometry（amp;gdal_line_geometry）;

err = gdal_layer-gt;CreateFeature（gdal_line_feature）;

OGRFeature：：DestroyFeature（gdal_line_feature）;

return err == OGRERR_NONE;

}

五、結(jié)語

隨著數(shù)據(jù)體量的增長，測繪編輯對EPS2020平臺提出更高的要求。本文在EPS平臺直接輸出對象化GIS數(shù)據(jù)，通過將GDAL開源組件的接入，彌補了EPS2020平臺與其他平臺數(shù)據(jù)交換中表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)量小、效率相對較低和無損互轉(zhuǎn)的問題。從初步的實踐結(jié)果來看，3000平方公里左右的1：500地形圖直接輸出為*.gdb文件，然后編碼分層地在ArcMap軟件中查看，數(shù)據(jù)信息通暢、結(jié)構(gòu)完整。下一步，需進一步實現(xiàn)基于“EPS2020模板結(jié)構(gòu)”的GIS數(shù)據(jù)向EPS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，從而完成EPS平臺與GIS平臺之間的無損互轉(zhuǎn)。

參考文獻

[1] 北京山維科技有限公司.EPS SDL開發(fā)入門與實戰(zhàn)2019版[EB/OL].[2023-01-01]. http：//www.sunwaysurvey.com.cn/

[2] ESRI.File GeoDatabase API[EB/OL].[2023-01-01].https：//github.com/Esri/file-geodatabase-api/.

[3] GDAL.ORG，GDALFileGDB Driver[EB/OL].[2023-01-01].https：//gdal.org/drivers/vector/filegdb.html.

[4] 李凱，葉水全.GDAL 坐標轉(zhuǎn)換功能改寫[J]. 測繪與空間地理信息，2020，43（06）：185-187.

[5] 重慶市勘測院.《1：500地形數(shù)據(jù)編繪技術(shù)要求》Q/CKC CH06-2021[Z].重慶：重慶市勘測院，2021.

作者單位：重慶市勘測院

責(zé)任編輯：張津平