基于FME的城市GIS基础空间数据格式转换

２００６年第４期测绘通报１７文章编号：０４９４—０９１１（２００６）０４—００１７．０４中图分类号：Ｐ２０８文献标识码：Ｂ基于ＦＭＥ的城市ＧＩＳ基础空问数据格式转换
李刚１，朱庆杰２，张秀彦２，王志涛１
（１．北京工业大学抗震减灾研究所，北京１０００２２；２．河北理工大学建筑工程学院，河北唐山０６３００９）ＴｈｅＰｒｉｍａｒｙＳｐａｔｉａｌＤａｔａＦｏｒｍａｔＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎｆｏｒＵｒｂａｎＧＩＳＢａｓｅｄｏｎＦＭＥ
ＬＩＧａｎｇ，ＺＨＵＱｉｎｇ—ｊｉｅ，ＺＨＡＮＧＸｉｕ—ｙａｎ，ＷＡＮＧＺｈｉ—ｔａｏ
摘要：ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ功能强大，转换速度快，在转换过程中能同时完成多种空间信息的操作，并且能将多要素同时转换。

在介绍城市ＧＩＳ基础空间数据的主要组成、数据共享问题以及如何建设基础空间数据的基础上，分析应用常规方法进行数据格式转换的不足之处，并针对城市ＧＩＳ应用对多种数据格式快速转换的需求，介绍ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ在不同数据格式转换中的应用。

采用ＦＭＥ提供的ＧＩＳ平台访问数据插件，结合实例，介绍应用ＦＭＥ进行数据转换的步骤和实现方法，并分析应用效果。

关键词：城市ＧＩＳ；基础空间数据；数据转换；ＦＭＥ；数字城市
一、引言
城市ＧＩＳ是利用计算机软硬件技术、数据库技术、网络技术，对城市各种空间、非空间数据进行输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、更新，最终提供处理城市各种空间实体及相互关系的应用系统…ｌ。

随着ＧＩＳ技术的发展，城市ＧＩＳ已成为城市经济活动的神经网络怛Ｊ，其中，海量基础空间数据的建设又是城市ＧＩＳ的基础，不同数据格式之间的转换是基础空间数据获取的一种重要来源。

随着“数字城市”建设的兴起和ＧＩＳ技术应用的逐步深入，用户对城市ＧＩＳ基础空间数据的快速准确交换更新提出了更高的要求，数据使用者在使用这些基础地理数据时已将数据的更新能力作为重点考虑的内容ｌ３Ｉ。

然而目前很多省市在建设“数字省”、“数字城市”【４Ｊ各类ＧＩＳ的过程中，往往重系统建设，轻数据生产、更新和共享，制约了城市ＧＩＳ充分发挥其在城市建设中的重要作用。

由于ＧＩＳ技术在各个领域的应用也在不断深入，各单位在建设基础数据的过程中都拥有了部分或专业的基础地理信息数据，形成描述特定地理现象的各种专题数据。

由于ＧＩＳ专题数据范畴的扩展，专题数据综合的范畴也相应地有所变化，它不再是一个简单的步骤，而是涵盖了从复杂的、详细的专题数据抽象、概括出反映较大范围、较为宏观、较为概略的专题数据的全过程ｂＪ。

但由于不同时期数据生产方式的差异以及不同单位获取数据方法的多样化往往造成数据的分类不太科学，为数据综合利用带来不便。

１９９９年出版的《地球空间数据交换格式》，为解决数据交换的瓶颈问题和我国信息化建设做出了贡献№Ｊ，但因为产生数据的软件和行业的多样性，就目前对地理信息的实际应用而言，实现不同格式数据之间的快速转换仍是制约城市ＧＩＳ的关键因素，更是以后数据更新和不同应用系统之问数据共享的基础。

２１世纪是一个“数据时代”和网络化的时代，通信、计算机和网络技术正改变着整个人类和社会。

在这被称之为信息爆炸的时代，信息过量几乎成为人人需要面对的问题。

海量数据正在被浪费，集中式的传统ＧＩＳ计算管理模式使信息流动的范围十分有限，不能有效地进行信息交换和共享，很难随着业务范围的增加而线性扩充，因此ＧＩＳ的发布已经从传统的桌面发布转向网络发布一Ｊ。

这就对数据格式转换和快速交流提出了更高的要求，因此，快速的城市ＧＩＳ基础空问数据格式转换是ＧＩＳ技术进一步应用的基础。

本文在分析了城市ＧＩＳ基础空间数据的主要组成、基础数据的数据特性、数据共享问题的基础上，介绍了常规的城市ＧＩＳ基础空间数据转换方法，并重点介绍了如何应用ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ进行不同数据格式之间的转换，详细介绍了数据转换的步骤、实现方法以及具体实例，为快速数据转换提供一种方法和思路，提高了数据的应用，减少了数据转换处理工作量，为基础空问数据的建设和共享打下了坚实的基础。

收稿日期：２００４．１０—２１
基金项目：河北省科技计划资助项目（６３２７６９０１）
作者简介：李刚（１９７５．），男，安徽舒城人，博士生，主要从事防灾减灾方面的研究。

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二、城市ＧＩＳ基础空间数据建设
城市基础空间数据＿８Ｊ应是描述城市自然地理要素和人工结构物、设施空间及属性特征的数据，它主要包括基础地形图数据、正射影像数据及综合管线数据。

主要包含图形数据（几何属性）和非图形数据（非几何属性），既包括以矢量结构描述带有拓扑关系的空问信息，又包括以关系结构描述的属性信息，全面反映了城市的自然地理条件和社会经济状况，可作为人口、环境、交通、报警等其他专业信息系统的空间定位基础。

数字正射影像是具有正射投影性质的数字影像，它是经过对像元纠正、影像镶嵌等一系列处理后形成的影像平面图。

城市管线资料的准确、完整与否，直接影响着城市的规划、建设和管理，同时它也是其他各类专业管线ＧＩＳ建设的基础。

城市基础空间数据的建设旧Ｊ是“城市基础地理空间共享平台”的关键，其设计需遵循开放式原则，必须具备数据监理（数据检查与质量评估）、数据管理（查询、更新、维护、安全等）、数据转换（与已有应用的衔接）、支持数据应用等基本功能。

城市基础空间数据格式复杂多样，比例尺从１：５００到１：２．５万，格式有ＭａｐＩｎｆｏ的Ｍｉｆ格式；ＥＳＲＩ公司的Ａｒｃ／Ｉｎ—ｆｏＣｏｖｅｒａｇｅ，ＡｒｃＳｈａｐｅＦｉｌｅｓ，Ｅ００格式；ＡｕｔｏＤｅｓｋ的ＤＸＦ格式和ＤＷＧ格式；Ｉｎｔｅｒｇｒａｐｈ的ｄｇｎ格式等等，如何把如此众多的数据统一到同一个平台上进行管理和对外服务，成了城市ＧＩＳ基础空间数据建设的瓶颈。

基础空问数据中，每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空间分布特征，由于空间数据不满足结构化要求，使得空间图形数据难以直接采用通用的关系型数据库管理系统来管理。

同时，空间数据中记录的拓扑信息表达了多种空间关系，增加了空间数据的复杂性。

在ＧＩＳ中，每一个空间对象都有一个分类编码，一种地物类型对应于一个属性数据表文件。

空问数据量是巨大的，通常称海量数据Ｌｌ…。

正因为空间数据量大，所以需要在２维空间上划分块或者图幅，在垂直方向上划分层来进行组织。

基础空间数据建设的关键是不同格式矢量图之间的转换，矢量图多由栅格图转换而来。

对于栅格图主要采用屏幕矢量化进行栅格图到矢量图的转换，矢量化的关键是进行图形的配准，当然这种配准不是绝对的，起码在逐步趋近后，能使一幅没有坐标的栅格图和一幅有投影坐标的矢量图较为准确地叠合在一起，同时完成地理计算，以便使ＭａｐＩｎｆｏ在显示每一层矢量图像时能准确定位。

配准栅格图像很重要的一点是提供准确的控制点信息。

控制点首先考虑在整幅图形的中心，并在四周均匀分布，最少的控制点应为４个，但为了使配准的精度提高，可以适当地增加控制点的个数。

对于不同格式的基础空间数据，主要是应用ＧＩＳ软件本身的转换功能和ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ进行格式转换。

三、城市ＧＩＳ基础空间数据不同格式
之间的转换
数据格式转换就是通过设计数据转换工具，将一种格式的数据转换为另外一种格式的数据，从而为数据共享带来极大方便。

根据需求者的目的不同，所需的数据格式也不尽相同，因此，不同数据格式之问的转换就成了建库中常遇到的工作之一，也成为空问数据获取的一种重要来源。

１．常规转换方法
部分ＧＩＳ软件平台本身就包含了一些对多种数据格式进行读取和操作的功能，一般为ＡＳＣＩＩ码文件，但是这些软件往往只能完成两种或稍多几种数据之问的转换，而且在数据转换过程中由于数据模型不同，容易丢失一些重要的信息，如拓扑关系、部分属性信息等等，并且若按常规的转换方法一般要经过２～３次转换，才能从一个ＧＩＳ系统转换到另一个ＧＩＳ系统。

比如要将ＭａｐＩｎｆｏ格式转换为Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ格式，首先将ＭａｐＩｎｆｏ系统内部文件Ｔａｂ文件转换为Ｍｉｆ或Ｍｉｄ文件，然后将Ｍｉｆ（Ｍｉｄ）文件转换为Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ的Ｅ００文件，最后将Ｅ００文件转换为Ｓｈａｐｅｆｉｌｅ或Ｃｏｖｅｒａｇｅ文件，接着在ＡｒｃＴｏｏｌｂｏｘ中转换到Ｇｅｏ．ｄａｔａｂａｓｅ中。

可以看出整个转换过程不仅复杂而且变换过程中容易造成信息丢失。

２．应用ＥＶＩＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ进行数据格式的转换
ＦＭＥ（ＦｅａｔｕｒｅＭａｎｉｐｕｌａｔｅＥｎｇｉｎｅ，简称ＦＭＥ）Ｓｕｉｔｅ是加拿大ＳａｆｅＳｏｆｔｗａｒｅ公司（成立于１９９３年）推出的用于不同数据格式之间转换的一种方法，该方法基于ＯｐｅｎＧＩＳ组织提出的新的数据转换理念“语义转换”，通过提供在转换过程中重新构造数据的功能，实现了超过１００种不同空间数据格式（模型）之问的相互转换。

此外，利用该系统还可以改善用户已有数据的质量，实现同一单位内部或不同单位之问的不同数据的集中式管理及共享。

通过ＦＭＥ提供的多元数据访问技术及其提供的多种接口和运行模式，可以建立多种类型的访问多元空间
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数据的应用系统，以及提供多种数据格式的数据分发系统，这可以大大提高对数据的应用，减少了人工进行繁杂的数据转换处理工作量。

由于ＦＭＥＳｕｉｔｅ在数据转换领域的通用性，它正在逐渐成为业界在各种应用程序之间共享地理空间数据的事实标准。

ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ是ＦＭＥ的旗舰产品，是一个独立运行的强大的数据转换程序，采用ｄｒａｇ－ａｎｄ—ｄｒｏＤ界面，用户可以轻松、精确地进行数据之间的转换。

ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓ—ｌａｔｏｒ支持以下数据格式之间的转换。

如表１所示。

表１ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ支持以下数据格式转换转换格式转换格式转换效果ＤＧＮ—ＡｒｃＳＤＥＤＧＮ—ＤＷＧ保证属性信息和图形信息一致ＡｒｃｓＤＥ—ＤＧＮＥＯＯ－＋ＤＧＮ保证转换前后图面内容一致；
ＤＧＮ－－＂ＭａｐＩｎｆｏ
ＤＧＮ—Ｅ００转换不丢失信息；
ＭａｐＩｎｆｏ－－＂ＤＧＮ
ＥＰＳＷ－－－ＤＧＮ自动进行坐标系转换；
ＭａｐＩｎｆｏ－－＂Ａｒｃ／ｌｎｆｏ
ＤＧＮ－－＇ＥＰＳＷ自动进行投影变换；
Ａｒｃ／Ｉｎｆ盯一ＭａｐＩｎｆｏＶｉｒｔｕｏＺｏ－－－，ＤＧＮ还可以完成比较复杂的数据处ＤＷＧ－＂ＤＧＮ理过程，比如给数据加属性值等。

四、ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ的应用
实例
由于ＦＭＥ提供了组件式接口，并专门针对国际上比较通用的ＧＩＳ平台提供了一系列接口，可以将ＦＭＥ读取多种数据模型的功能嵌入到应用系统中，实现对多元数据的访问。

当应用系统需要打开某种数据源时，启动ＦＭＥ组件读取相应的数据。

在读人数据时，ＦＭＥＯｂｊｅｃｔｓ会根据数据转换配置将数据在内存中转换为应用系统ＧＩＳ平台所支持的数据格式和模型，供应用系统直接在内存中处理数据。

若需要将修改的数据写回到原数据格式，应用系统会启动ＦＭＥＯｂｊｅｃｔｓ，直接在内存中将数据根据转换配置写入原数据中。

这种方法无须通过复杂的工作就可以将多种数据源转成一种数据格式。

直接采用ＦＭＥ提供的供各类ＧＩＳ平台访问数据的插件，可以非常方便地直接将各类ＧＩＳ或ＣＡＤ数据读人到一个ＧＩＳ平台下进行综合应用，若需要实现对数据的回写，可考虑采用ＦＭＥＯｂｊｅｃｔｓ进行二次开发来完成。

应用ＦＭＥＵｆｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ，不仅可以转换单个数据，还可以多数据同时转换，实现复杂的多元数据访问和应用。

以下以Ｍａｐｌｎｆｏ格式转换为Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ格式为例来说明不同数据格式之间的转换过程，其他格式的数据转换操作大同小异。

１．首先得到某城市的ＭａｐＩｎｆｏ格式的基础空间数据，比如我们得到的是建筑物图层、道路图层、居委会图层，各个图层都有其自己的属性字段，如图ｌ所示的居委会图层包括的属性字段为ＩＤ、名称、区、街道等等。

图１Ｍａｐｌｎｆｏ格式的数据
２．启动ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ，从开始菜单启动：开始一所有程序一ＦＭＥＳｕｉｔｅ２００３ｘ２一ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ，选择Ｆｉｌｅ菜单下的Ｔｒａｎｓｌａｔｅ…，打开ＳｅｔＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎＰａｒａｍｅｔｅｒｓ。

点击Ｓｏｕｒｃｅ对话框中Ｄａｔａｓｅｔ后面的加号，就可以选择多个数据，如图２所示。

图２Ｍａｐｌｎｆｏ格式到Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ格式的转换过程
点击Ｓｏｕｒｃｅ下的Ｆｏｒｍａｔ进行欲转换数据格式
的选择，本文选择ＭａｐＩｎｆｏＴＡＢ，Ｄａｔａｓｅｔ用来选择数据的存放路径。

Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ中的Ｆｏｒｍａｔ是用来选择欲转成的数据格式，本文选择ＥＳＲＩＳｈａｐｅ，然后选择转换后数据的存放路径。

对于多数据的加载是通过点击ＳｏｕｒｃｅＤａｔａｓｅｔ后面的加号，打开ＳｅｌｅｃｔＩｎｐｕｔＭａｐＩｎｆｏＴａｂＦｉｌｅｓ对话框实现的。

本文一次加载了三个图层：道路、居委
会、建筑物。

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３．按所需目的选择好后，点击ＯＫ，系统自动进行坐标系、投影和属性字段的转换。

转换速度非常快，只需几秒钟。

转换后的图如图３所示。

图３Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ格式的数据
通过比较图１和图３可以看出：ＭａｐＩｎｆｏ的图层都被精确地转换为Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ的图层。

转换后的图自动多出两列，即ＦＩＤ和Ｓｈａｐｅ，这些字段是由程序向导自动生成的必须字段，这些必须字段不能修改和删除，只能添加另外的字段。

由于这种特点，ＦＭＥ既可以用来进行数据转换，也可以解决数据共享与交换问题。

五、结论
ＦＭＥＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｒａｎｓｌａｔｏｒ向用户提供了比传统同构转换软件更强大的功能和灵活性，使得数据可在众多格式间更加容易地转换，并且可以完成多个数据的同时转换。

随着ＧＩＳ技术的发展，对数据转换技术的需求也在不断地增加，人们需要将不兼容的数据模型放入卒问数据库中，以及如ＸＭＬ等新的数据格式的出现，使得这一新技术的重要性凸显ｍ来。

ＦＭＥ这种快速的转换模式，为ＷｅｂＧＩＳ的应用奠定了基础。

客户端把请求传到服务器端的Ｗｅｂ—ＧＩＳ服务器上，服务器再将请求发送到ＦＭＥ服务器，就可以对多元空间数据进行访问，ＦＭＥ服务器读取任意格式的空问数据后通过与ＷｅｂＧＩＳ服务的接口将数据传送给ＷｅｂＧＩＳ服务器，来实现对空间数据的访问。

将ＦＭＥ和ＷｅｂＧＩＳ服务器分加在多台服务器上，就可以实现分布式访问，这是ＧＩＳ技术发展的重要方向之一，进一步的研究工作正在进行中。

因此，ＦＭＥ不仅仅解决了快速数据转换的问题，而且还可以解决几种模式的数据共享与交换问题。

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