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基于FME的CAD与GIS数据转换的应用研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：高志超

[导读] 摘要：在地理信息系统处理中，常常需要将CAD数据转换为GIS数据，从而形成一个数据共同使用的通道，从而能够对信息资料进行充分利用，并降低投入。

        天津市测绘院
        摘要：在地理信息系统处理中，常常需要将CAD数据转换为GIS数据，从而形成一个数据共同使用的通道，从而能够对信息资料进行充分利用，并降低投入。本文首先对FME做了概述，然后详细阐述了基于FME的CAD与GIS数据转换的关键技术。
        关键词：FME；CAD；GIS；数据转换
        一、FME概述
        数据之间要实现转换，会遇到诸多问题，这为数据转换软件的诞生提供了前提条件。本文要论述的FME软件便是一款表现较为出色的数据转换软件，其由加拿大Safe Software公司所开发。FME软件的诞生为解决ETL问题提供了有效的方案，其指出数据转换不是表面上的数据符号的转换，其本质是一种“语义转换”，FEM还提供了重构数据的功能，这种方案能够对多种空间数据格式进行转换，也能实现多数据模型之间的转换。这种方法不仅仅满足了数据转换的要求，同时也大大提高了数据转换的质量。
        中间格式的语义转换时FME转换的核心和关键，映射文件中包括的内容很多，如：源数据到目的数据间的转换、源数据到目的数据间的配置。FME包含多种多样的数据类型，要素工厂要与实际情况相结合来进行数据的合并和分割。另外，模块的转换需要与某个形式相依附，在这个形式的助力之下完成不同表达格式之间的转换。
        二、技术实现

        上图主要展现出基于FME的CAD与GIS的数据转换的过程。FME中阐述了数据转换引擎这一概念。从本质上来讲，FME构建模型时，主要是围绕着Open GIS的规则。这个模型当中包含有很多个GIS数据，要建立“数据通道”，便需要对不同数据格式的差异进行分析，并明确Open GIS的数据模型与数据模型两者之间的关系，那么无论数据格式是哪一种，都不会影响“数据通道”的建立。也正因如此，不管是进行数据格式的转换还是进行数据模型的转换，都能够有效保证数据的完整性，并不易发生数据丢失的问题。在FME数据转换引擎上，CAD和GIS都可以轻松找到与自身相应对的映射关系。有了准确的映射关系，数据转换的数据逻辑矛盾便迎刃而解了，另外还能够有效解决数据表层的冲突，最终高质量的完成CAD与GIS间的数据转换。
        三、基于FME的CAD与GIS数据转换的关键技术
        （一）CAD图层与GIS图层对应关系转换
        从几何上来讲，CAD图层和GIS图层的区别是很大的，CAD图层的包容性较强，不同几何的实体都可以存储在CAD图层中，例如块、多段线、注记、填充等。然而GIS图层却非如此，其拓扑校验规则性很强，这导致其图层内存储的只能是单一类型的几何体，例如点图层是能存储点状的几何体。 CAD图层与GIS图层对应关系如下表所示。依据这个对应关系，我们一般可以采用两种方法来完成CAD数据项GIS数据的转换。
        表1 CAD图层与GIS图层对应关系

        1、根据CAD图层名称进行转换，即要求对CAD的所有图层结构都予以保留，然后根据每个图层的几何类型添加到对应的GIS图层里。这种方法具有十分显著的优势，即转换之后图层的应对关系十分明确，这为GIS数据库的管理提供了极大的便利，但是也有不可忽视的缺点，即转换之后会导致GIS的图层数量增多。
        2、根据CAD图层几何特性进行转换，即转换过程中对每个图层的实体按几何类型进行合并，添加至对应几何类型的GIS图层，转换后的GIS数据只含有点、线、面和注记4个层。按照这种方法转换之后数据图层的数量会变少，而且会统一几何的类型，这是其中的优势所在。但是却会导致图层的对应关系丢失，并加大了后期更新维护的难度。
        （二）CAD注记转换
        CAD注记向GIS注记的转换，要掌握两个核心关键要素。
        1、单行注记和多行注记。CAD的单行注记最终要转换为GIS的单点注记，一般采用的转换坐标为插入点，但是多行注记则要考虑分解与否的问题，若多行注记的对象为多个对应实体，需要将FME的转换参数“Explode M Text Entities”设置为“是”进行分解。
        2、注记控制参数转换。CAD注记绘图控制包括文字样式、文字高度、文字倾斜度、文字旋转角、宽度比例等选项，在转换之后，要尽可能的保证GIS注记与CAD注记的一致性。转换的过程中要将CAD注记的绘图控制参数提取为FME对应属性，之后再写入到GIS的数据当中，两者的对应关系如表2所示。
        表2 注记参数转换

        （三）CAD块转换
        CAD块是一种实体对象，其具备重复使用的功能，是由多个图形组成的，CAD中块的应用能够大大提升绘图的速度和效率。由于CAD块包含的图形种类较多，在进行GIS数据转换的时候，要依据实际的情况决定是否需要对块进行特殊化的处理，一般有以下两种情况需要重点考虑：
        1、将块视为整体对象：在这种情况之下，需要转换的块的实体会与GIS中的一个点相对应，在FME中转换时要注意操作参数的设置，参数中的“Expand Blocks into Entities”选项要设置为“否”，转换后的实体以块的插入点转换为GIS中的点。
        2、将块视为复合对象：在这种情况之下，需要转换的块的实体会与GIS中的多个要素进行对应，要通过两种方式实现，一种是CAD软件“炸开”块实体，在“炸开”之后，将各组成图形按照对应的几何类型再相应转换；第二种是设置FME的转换参数，将“Expand Blocks into Entities”这个选项设置为“是”，完成对块实体的二次分解和转换。
        四、实例分析
        以某1∶500DWG基础地形图至Geo database数据库的转换为例进行数据转换。在FME中完成批处理操作后进入Arc Catalog，设置地图投影和高程基准（图2-图3）。通过前后的对比可以发现，转换之前和转换之后在数据方面基本上保持了一致性，图形几何信息和要素属性也保持了完整性，没有出现缺失项，图形最终呈现出的表现效果也能基本满足标准的要求。

        图2 转换前的效果示意图               图3 转换后的效果示意图
        此外,DWG文件到Geo database模型的转换还有Arc GIS工具模块、基于Arc Objects编程法、基于Python创建工具等方法。选择Arc GIS中Arc Tool Box的Conversion Tools模块进行了转换操作,转换效果与FME对比如下（表1）。
        表1 两种CAD到GIS转换方法比较

        如果采用Arc Tool Box，便可以对点要素进行很好的转换，但是却使得注记要素的原有图像丢失了，另外针对CAD的线、面要素也缺乏拓扑处理功能，导致最终转换的质量不好。除此之外，转换的过程是封装的，因此不能对转换中的细节问题进行有效控制，也无法进行批处理。基于此，不管是从生产方式来讲来时从后续处理上来说，FME批量转换的优越性是十分明显的。
        结语
        综上所述，利用FEM这一数据转换软件，数据标准实现了统一性，语义映射模块也呈现出可视化，由此CAD数据实现了高质量的转换，使得其通用性和可操作性大大增强，为地理数据的分类、分级和存储提供了极大的便利。
        参考文献
        [1]张鹏程，方锋.基于FME的多平台数据转换系统开发及实现[J].地理空间信息，2018（2）
        [2]李瑞霞，杨敏，邓喀中.基于FME的CAD到GIS“无损”转换[J].测绘通报,2019（5）