Microstation DGN与GIS空间数据有向点转换技术研究.pdf

8月高文静，李文博，王璐（西安市勘察测绘院，陕西 西安 710054）Microstation DGN 与 GIS 空间数据有向点转换技术研究摘要：传统地形图数据主要基于 Microstation、AutoCAD 等平台进行生产、存储，地理信息相关部门普遍将 ArcGIS 作为各种地理信息数据库建库平台。本文阐述了利用 FME 软件实现 DGN 数据到 ArcGIS 平台数据库格式的无损转换，重点对有向点要素的转换技术进行研究，实现有向点要素无损转换。其研究结果在1500、11000大比例尺传统地形图数据实体化改造中成功进行了实践。关键词：Microstation；FME；有向点；转换中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：2095-7319（2023）04-0077-05ResearchondirectedpointconversiontechnologyforMicrostationDGNandGISspatialdataGAO Wenjing,LI Wenbo,WANG Lu(Xian Survey and Mapping Institute,Xian 710054,China)Abstract:Traditional topographic map data is mainly produced and stored on platforms such as Microstation and AutoCAD.Geographicinformation departments generally uses ArcGIS as a platform for building various geographic information databases.This articleelaborates on the use of FME software to achieve lossless conversion from DGN data to the ArcGIS platform database format,focusingon researching the conversion technology of directed point features so as to achieve lossless conversion of directed point features.Theresearch results have been successfully applied in the physical transformation of large-scale traditional topographic map data at 1500and 11000 scales.Key words:Microstation;FME;directed point;conversion收稿日期:20230508作者简介:高文静（1987），女，硕士研究生，安徽太和人，工程师，主要从事地图制图、数据库管理及空间地理信息技术研究等工作。E-mail：0引言地形图是我国一项重要的测绘地理信息成果，地形图数据主要包括居民地、交通、水系、植被、地貌等基本地理要素，其应用范围和影响极广。Microstation 软 件 是 一 款 地 形 图 制 图 软 件，与AutoCAD 相比，它在图形表达尤其是符号化方面有很强的优势，在传统测绘、建筑、规划、交通运输等行业中被普遍使用。ArcGIS 具有强大的数据存储和数据分析能力，我国许多地理信息相关部门普遍将 ArcGIS 作为各种地理信息数据库建库平台，这些数据库中的基础地理信息数据又大部分来源于测 绘 部 门，因 此，我 们 必 须 通 过 一 定 方 法 将Microstation DGN 数据转换为 ArcGIS 平台所需的数据格式，并需保证该方法能最大程度减少数据丢失和信息遗漏1。1平台介绍1.1MicrostationMicrostation 是一款由二维和三维 CAD 设计软件，1986 年 Bentley 兄弟研究开发了 Microstation 的第一个版本。其数据格式为 DGN，兼容 DWG/DXF高文静，李文博，王璐：Microstation DGN 与 GIS 空间数据有向点转换技术研究77经纬天地Survey World2023年第4期No.42023等多种数据格式，支持多种不同的硬件平台，具有很强的兼容性与扩展性，在国际上与 AutoCAD 具有同样的影响力，在建筑、交通运输、土木工程、政府部门和公共事业等众多领域有着广泛地应用。Microstation 数据成果输出格式有 DGN、DWG、TIFF、MGE 等，许多传统测绘行业普遍使用 Microstation进行地形图数据生产。MicrostationV8 文件格式相比于 Microstation 其他文件格式更稳定、更完善，它能在多种平台系统上运行，具有很强的图形编辑功能和开放性，其平台字体质量高、线型自定义方便、符号库全面开放、注记形式多样且三维功能强大。1.2ArcGISArcGIS 是由 ESRI 公司推出的一套完整的 GIS产品平台，该平台具有非常强大的地图制作、空间分析、空间信息整合、发布与共享能力。它基于核心组件库 ArcObjects 搭建，主要由 ArcGIS Desktop、ArcGIS Engine、ArcGIS Server 和 ArcIMS 4 部分组成。从软件的使用功能来看，ArcGIS 可以帮助用户实现创建地图、编辑和使用地理信息数据、管理地理信息数据库、分享地理信息数据等工作，因此，在测绘、地理信息、土地管理、不动产登记、城市规划等行业使用广泛。1.3FMEFME 是一种基于“语义转换”理念的空间数据转换处理系统，可以快速高效地实现 250 多种空间数据格式之间的转换，基于 FME 平台的数据转换主要由结构转换、内容转换 2 个部分组成。结构转换通过对原数据格式的拆分、合并和重构，使其符合FME 内部标准数据结构，再将其发送到 FME 目标数据格式；内容转换则是将数据集中的几何特征、属性值等进行语义转换。这 2 种转换工作都可以在 FME Workbench 中实现：增加 Reader 读取原数据，为转换前后 2 种不同格式的数据建立一一映射关系，再通过 Writer 输出至目标 GIS 空间数据库，从而实现原数据到目标数据的成功转换。2技术路线2.1转换基本要求FME 数据转换平台兼容 250 多种 GIS 与 CAD数据格式，可轻松实现 dwg、shp、dgn 等多种格式的转换。由于不同数据来源的空间矢量数据对同一要素或实体的表达存在差异性，在把 MicrostationDGN 数据转换为 ArcGIS 数据格式时必须做到：1）图形要素无丢失，坐标不发生改变，原数据与转换后的数据有一一对应关系；2）原数据属性信息应无错漏；3）数据拓扑结构无变化，满足图形要素的成面、封闭、接边和符号化等相关制图要求。2.2转换技术路线基于 Microstation 的 DGN 数据主要分为点、线、面 3 种类型，在通过 Microstation 软件进行地形图数据生产时会对应基于不同比例尺的 feature 表，这些feature 表详细记录了 DGN 数据层、色、线型等参数。作为 ArcGIS 平台数据格式的 shp 或 gdb 数据，都有自己的属性表，用户可以根据项目需求定义图层属性结构2。利用 FME 平台进行数据转换主要遵循以下 5步，即数据检查、制作层色对照表、设计转换模板、数据转换、数据检查入库。具体如下：1）对原始地形图数据进行数据质量检查和规范化、标准化处理，其中，数据检查包括拓扑检查、属性检查等，待原始地形图数据符合转换要求后方可进行下一步操作。2）充分了解转换需求，编制 DGN 格式转换 GIS格式数据的层色对照表，主要有点表、线表、面表、注记表、属性表、赋值表等，如图 1 所示。3）设计数据转换模板，在 FME Desktop 中进行数据转换模板的设计，这项工作是整个任务的核心内容。4）通过标准数据转换模板将 DGN 数据的点、线、符号、注记等类型的数据成功转换为点、线、面 3种类型，注记数据记录到对应的属性表中，以实现DGN 数据到 shp 或 gdb 数据的无损转换。5）对转换后的数据进行位置精度检查、图形信息检查、拓扑信息检查和属性信息检查等工作，待转换后的数据质量检查完全合格后方可进行入库。以上述 5 步数据转换方法为基础，认真研究如何实现 Microstation DGN 数据到 GIS 空间数据 shp或 gdb 格式的无损转换，制作无损转换模板，如图 2所示。2.3发布FME Server服务Microstation DGN 数据转换为 ArcGIS 的标准化地形图数据转换模板也可以发布到 FME Server 上，用户通过浏览器访问指定网站，上传原始地形图数据进行在线转换，实现该项资源共享。3地形图有向点要素转换由于 Microstation 软件在数据存储、图元定义和788月管理风格等方面与 ArcGIS 有着极大地区别，在进行直接数据转换中可能会导致地物要素丢失、属性信息遗漏等。在一般情况下，房屋、水系等边界较为简单清晰的地物要素的转换方法也相对简单。但对于边界相对复杂的地物要素如植被，其边界由地类界构成，这就要求我们在进行植被要素提取、构面时，必须先对地类界和其他图层之间的拓扑关系进行处理，确保地物边界可构成封闭的区间，且边界属性正确。对于符号化的地物，则需要在进行数据转换前，对符号进行必要的分析判断，确定转换后数据类型以便于设计转换模板。对于有向线则需保持与原数据一致，按照线前进方向右手边绘制符号表示。对于有向点要素则需赋角度属性。下面将重点介绍基于 FME 平台将 MicrostationDGN 数据转换为 shp 或 gdb 数据格式时，如何最大程度避免重要的有向点要素角度丢失。3.1地形图中的点要素地形图要素主要通过点、线、文字注记、符号等进 行 表 达。点 要 素 是 独 立 的 地 物 要 素，在Microstation 中称作单元，特征参数有层、色和单元符号。常见的地形图点状地物主要有高层房屋中心点（mslink 值 138，要素编码 310501）、棚房中心点（mslink 值 136，要素编码 310602）、不依比例的通信塔（mslink 值 235，要素编码 340505）、不依比例的下建筑物出入口（mslink 值 294，要素编码 380301）、路灯（mslink 值 683，要素编码 380501）、天窗（mslink值 673，要素编码 380302）、雨水篦子（mslink 值758，要素编码 544102）、不依比例的门墩（mslink 值681，要素编码 380410）等3。3.2常见的有向点要素有向点，即有方向性的点状要素，在地形图中方向按其真实方向表示。角度方向以正北方向为0，顺时针计算确定其角度值。作者通过梳理得出地形图中较常见的有向点要素主要有不依比例的地面上窑洞（mslink 值 630，要素编码 311104）、不依比例的门墩（mslink 值 681，要素编码 380410）、不依比例的地下建筑物出入口（mslink 值 294，要素编码380301）、不依比例的地铁站出入口（mslink 值 705，要素编码 450107）、雨水篦子（mslink 值 758，要素编码 544102）等。有向点的旋转角度记录方式如图 2 所示，以不依比例的门墩（mslink 值 681，要素编码 380410）为例，当门墩角度值为 0时，方向指北方向；当角度值为 120，方向按顺时针旋转 120记录角度信息。这些常见的有向点要素在数据转换时，需保证转换后的 shp 或者 gdb 数据属性表中含角度信息，以保证数据完整性，满足后期制图要求。图 1层色对照表高文静，李文博，王璐：Microstation DGN 与 GIS 空间数据有向点转换技术研究图 2有向点和门墩角度信息79经纬天地Survey World2023年第4期No.420233.3转换的关键环节地形图有向点的角度信息记录在“地形图类型细节方向信息”中，利用 FME 实现 DGN 数据有向点向GIS的数据转换用到的关键函数有AttributeExposer、ParameterFetcher、StringReplacer、Tester 等，主要转换过程如下4：1）利用 AttributeExposer 转换器，将 DGN 数据中的 mslink、igds_rotation、igds_cell_name、igds_asename等隐藏的信息暴露出来，其中，igds_rotation 即需要提取的旋转角信息，igds_cell_name 为对应的要素编码，mslink 属性即 mslink 值。2）通 过 tester 转 换 器，对 mslink 值 以 及igds_cell_name 等信息进行判断，可以控制在转换过程中只转换需要的要素。3）通过 ParameterFetcher 转换器将判断的标准以发布参数的形式发布出来，以达到当提取标准发生变化的时候，无需修改转换模板，只需要修改运行参数即可。4）在经过初步提取后，使用 gdb 写模块将数据写为 gdb 格式的数据，即完成了整个数据的提取转换流程，如图 3 所示。3.4具体转换过程运行转换模板，把原始数据作为源文件读入，在“待提取的要素编码”对话框中输入有向点要素对应的 mslink 值或者有向点要素对应的要素编码，多个值之间用英文空格隔开，再选择要存储的目标文件，本次模板设计的数据存储格式为*.gdb，如图 4 所示。3.5转换结果FME 平台进行数据转换后，查看转换结果，如图 5 所示。通过转换日志获取数据转换的具体信息。本次试验选取西安市 1500 大比例尺地形图（图幅大小：250 m200 m）100 幅，通过 FME 模板读入 172861 条记录，转换后共写入 gdb 数据 645 条记录，转换用时 2 10.6，数据转换无信息丢失和损坏，转换效率相对较高5。4转换结果检核在 Microstation 平台加载原始地形图，通过要素检查可获得该地形图中各要素的具体信息，如要素名称、数量、类型、图层、颜色等。在原始地形图中不依比例的门墩（mslink 值 681，要素编码 380410）数量为 32，不依比例的门墩方向值可通过元素信息查找获取。在 ArcMap 平台加载转换后数据，打开不依比例的门墩所在层 19 对应属性表，按属性选择查找不依比例的门墩要素，共 32 条数据记录，其中“igds_rotation”字段详细记录了其方向信息。经检核该有向点方向值转换无损。5结语利用 FME 实现多种数据的批量转换工作已拥有较多的完成实例。本文立足测绘生产实际，提出了基于 FME 的 Microstation DGN 与 GIS 空间数据有向点转换技术研究。经验证，该方法简单、可操作性强，节省了大量时间、人力且能最大程度保证数据完整无丢失。在西安市 1.8108km2范围内传图 3FME 有向点转换配置图图 4转换参数值808月统 1500、11000 大比例尺地形图数据实体化改造中成功进行了实践，同时也为解决类似的数据转换问题提供了一定的参考价值。参考文献：1张悦丽,王海银,张立涛.Microstation DGN到MAPGIS数据转换的研究与应用C.山东省“数字国土”学术交流会论文集,2007:215-217.2邵春丽,黄承义,李志刚.基于FME实现Microstation DGN到MapGIS SUV的数据转换与应用J.测绘通报,2009(4):1-3.3王晓烨,陈立桢,王新来,等.用 FME 实现 DWG 数据到SHP数据的转换J.科技信息,2011(16):357-358.4张国强.一种基于Microstation的地形图入库与数据转换方法J.测绘技术装备,2021,23(4):102-105.5李文博,张伟鹏.基于FME Server的地形图数据在线转换研究J.城市勘测,2020(6):28-31.图 5转换日志高文静，李文博，王璐：Microstation DGN 与 GIS 空间数据有向点转换技术研究最后，使用双重 K-means 算法实现单根电力线的提取并根据 RANSAC 算法对提取结果进行矢量化处理。通过实测机载 LiDAR 点云数据对本文提出方法进行检验，实验结果表明：本文方法较传统方法提取电力线结果正确性更高，在实际项目工程中的应用价值高。参考文献：1Yonghua Song,Jin Lina,Ming Tangb,Shufeng Dong.AnInternet of Energy Things Based on Wireless LPWANJ.Engineering 2017,3(4):460-466.2王杰栋,张良.基于线性体素分割的机载LiDAR点云数据电力线提取J.测绘与空间地理信息,2021,44(7):38-42.3李德友,李彩林,李祥坤,等.激光雷达点云电力线自动提取算法J.测绘通报,2021(6):33-38.4刘晓磊,郑顺义,许磊.基于LiDAR点云数据的电力线自动提取算法研究J.测绘地理信息,2017,42(4):13-16.5时磊,虢韬,彭赤,等.电力线激光点云的分割及安全检测研究J.激光技术,2019,43(3):341-346.6尹辉增,孙轩,聂振钢.基于机载激光点云数据的电力线自动提取算法J.地理与地理信息科学,2012,28(2):31-34,2.7叶岚,刘倩,胡庆武.基于LiDAR点云数据的电力线提取和拟合方法研究J.测绘与空间地理信息,2010,33(5):30-34.8王果,王强,徐棒,等.机载激光雷达电力线提取的布料模拟法J.激光技术,2022,46(1):134-138.9程宇航,白征东,辛浩浩,等.机载激光点云中电力线的自动提取与重建J.测绘工程,2021,30(5):58-63.10 麻卫峰,王金亮,王成,等.一种基于机载LiDAR点云电力线自动提取方法J.测绘科学技术学报,2019,36(1):39-44.（上接第46页）81