现代地理空间数据集成的设计与实现.pdf

6 地矿 测绘 2 0 1 0 ， 2 6 ( 1 ) ： 6 9 S u r v e y in g a n d Ma p p in g o f G e o l o g y a n d Min e r a l Re s o u r ce s C N 5 3一l 1 2 4 T D I S S N 1 O O 79 3 9 4 现代 地理空 间数据集成 的设计与 实现 赵健赘 ， 张治 国 ( 1 青海大学 地质工程系， 青海 西宁8 1 0 0 1 6 ； 2 西北勘测设计研究院 工程勘察研究分院测绘工程大队， 甘肃 兰州7 3 0 0 5 0 ) 摘要： 在分析 G I S和 C A D数据模型的基础上， 探讨了数据集成的方法。提出利用直接转换模式进行图形数据集成， 利用集成数 据字典方式解决 C A D图形数据的转换和编码、 语义表达的统一问题， 设计了数据集成结构和具体的集成数据字典， 并结合实例进行 了论证。研究表明， 利用该方法不仅可以节约成本， 而且还能提高生产效率。 关键词： C A D； G I S ；数据字典 ； 集成 中图分类号 ： P 2 0 8 文献标识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 9 3 9 4 ( 2 0 1 0 ) 0 1一 O 0 O 6 0 4 De s ig n a nd Re a l iz a t io n o f M o d e r n Ge o g r a p hic S p a t ial Da t a I n t e g r a t io n Z HAO J ia n - y u n Z HANG Z h i g u o ( 1 D e p t o fC e d o g i c E n g i n e e r in g ， Q i n g h a i ， X i n i n gQ in g h a i 8 1 0 0 1 6 ， C h in a ； 2 E n g in e e r in gB r i g a d eofS u r v e y i n ga n dM a p p ing ， D e p t o fE n gi nee rin g I n v e s t i g a t i o n&R e s e a r ch ， N o a h w e s t I n v e s t i g a t i o n ， D e s i g n&R e s e a r ch I n s t i t u t e ， L a n z h o u G a nsu 7 3 0 0 5 0 ， Ch i na ) Abs t r a ct ： Ba s e d o n t h e e x pa t ia t io n t o d a t a mo d e l o f GI S a n d CAD。t h e me t h o d o f d a t a in t e g r a t io n is a n a l y z e dI t i S p u t f o r wa r d t h a t us e d t he d i r e ct co n v e r s io n s ch e me t o in t e gra t e t h e g r a p h d a t a，a n d u s e d t h e in t e gra t e d d a t a d ict io n a r y t o r e s o l v e t h e u n i fi ca t io n p r o b l e m o f co d e a n d s e ma n t i c e x p r e s s io n in t h e co u r s e o f d a t a co n v e r t De s i g n e d t h e d a t a in t e gra t e d s t r u ct u r e a n d in t e gra t e d d a t a d ict io n a r y，d e mo ns t r a t e d t h e d a t a wi t h t he e x a mp l e，I t i s i nd i ca t e d t h a t t h e me t ho d i s e co n o mic ，e ffe ct i v e a n d v alu a b l e t o pr a ct ice a n d s p r e a d Ke y wor d s： CAD ；GI S；d a t a d ict io n a r y；in t e gra t i o n 0 引言 件A r cG s 为平台， 研究cA D数据和G s 数据的集成问题。 随着计算机和信息技术的发展 ， 地理信息系统( G e o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m， G I S ) 技术由于其强大的数据存储、 管理和分 析功能 ， 受到测绘 、 农业、 林业、 国土等相关决策管理部门的青 睐。考虑到目前国内大多数规划成果和建筑工程空间信息均以 C A D数据格式存储， 且 A u t o C A D在数据编辑方面更灵活易用。 所以， 必须解决 C A D数据和 G I S数据的集成和共享问题。 C A D与G I S的集成， 已经有较为广泛的研究和应用。如文 献 1 利用 G e o w a y实现了 C A D数据到 G I S数据 的转换； 文献 2 利用 V B A对 A r cG I S和 A u t o C A D进行二次开发， 实现了 C A D宗地数据向Geo d a t a b a s e数据的转换等。纵观 目前研究成 果， 其核心是利用第三方软件或编写程序以实现集成， 虽在一定 程度上解决了问题， 但在购买软件或编写程序中也付出了昂贵 的代价， 并且集成之后的数据还存在要素丢失 、 变形、 数据冗余 等问题 。 由于现代地理空间数据均为数字形式采集， 本文 以基于 C A D平台开发的数据采集、 编辑系统南方 C A S S和 G I S主流软 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 1 0 7 1 数据模型的对比与分析 由于 C A S S是基于 C A D平台技术开发的， 故支持所有 C A D 的数据格式 ， 且具有相 同的特征 。常见 的数据文件有 线画文件 ( D WG ) 、 Micr o S t a t i o n设计 文件 ( D G N) 和线 画交换 格式 ( D X F ) ， 其特征是利用几何要素结合颜色、 线型、 线宽等描述 地理空间实体， 般按图层进行数据的组织， 属性主要依靠注记 来表现。A r cG I S 支持点、 线、 面、 注记、 区域、 事件、 路径等主要 空间特征 ， 具有 3种数据组织方式： S h a p e fil e 、 C o v e r a g e和 G e o d a - t a b a s e 。其中， G e o d a t a b a s e为面向对象的数据模型， 能够表达要 素的 自然行为和要素之 间的关系， 其数据组织结 构， 如图 1 所示 。 由图 1可知 ， G e o d a t a b a s e用几何特征、 网络、 特征类的关 系 、 平面几何 拓扑 和对象组织 模式扩 展 C o v e r a g e和 S h a p e文 件 模型， 使得空间数据对象及其相互间的关系、 使用和连接规则等 都能方便的表示、 存储、 管理和扩展 ， 也使数据更具智能和面向 应用领域 的特性 J 。 第 2 6卷第 1 期 赵健赘 ， 张治国 ： 现代地理 空间数 据集成的设计 与实现 7- 图 1 Ge o d a t a b a s e的数 据 组 织 F ig 1 D a t a o r g a n iz a t io n o f Ge o d a t a b a s e 通过以上分析 ， 可以得出 C A S S和 G I S主要存在数据描述 和数据组织两方面的差异。在数据描述方面， G I S除可以用符 号 、 颜色 、 注记等特征外 ， 还可 以用更加 丰富的属性信息 ； 在数 据 组织方面， C A S S 依靠图层， G I S根据应用 目的不 同以专题进行 组织 ， 每个专题下又包含点、 线、 面等要素。 2数据集成方法的设计 2 1 集成方法 的研 究 要充分发挥 C A S S数据编辑和 G I S数据管理、 分析的优势， 实现空间数据的共享和集成 ， 就要根据各 自的特点 ， 解决图形数 据转换和图形、 属性链接两方面的问题。目前， 图形数据转换主 簟瞩 弑 | t 薯 鸟 一 0 | 要有直接转换和间接转换两种方法 ， 直接转换又有文件转换 、 直 接访问和数据库共享接 口3种方式 ； 间接转换通过在 C A S S与 G I S间定制专用的数据读写程序实现 。 对于图形和属性的链接 问题 ， C A S S提供 3种实现方式： 一 是直接应用对象特性， 二是应用扩展属性， 三是外挂数据库。其 中， 第一种方式只能利用 “ T h i ck n e s s ” 、 “ E v a l u a t io n ” 等少数几个 利用率很低的特性 ， 有较大的局限性 ； 第二种方法需要在 C A S S 的“ A t t r i B u t e d e f 文件中， 按照其数据定义结构对每个对象编辑 新的属性， 并在编绘图形过程中输入各个属性值( 见图2 ) ； 第三 种方法用数据库表的指针将图形对象与外部数据库表中的数据 链 接 ， 需编写程序 代码 实现 。 多 一 -弓 3 7 3 7 畦 6 图 2应 用 C A S S的扩展属性 Fig 2 Ex t e n s io n a t t r ib ut e of u s ing CAS S 2 2 数据集成的设计 通过以上分析， 并考虑 目前 G I S转换或直接读取工具在图 形数据处理过程中， 要素丢失现象已经比较少； 而现代属性数据 的采集均以数据表的形式存在。所以， 从节约成本和提高效率 的角度出发， 本文提出利用直接转换 的方法解决图形数据的集 成， 属性数据则利用关键词在 G I S中直接与图形数据进行链接 ， 并通过建立 C A S S要素和国家基础地理信息要素间的集成数据 字典， 实现数据编码与语义表达的统一。在此过程中， 还需要根 据应用数据的目的和源数据信息建立 G I S元数据， 并对源数据 进行必要的预处理， 以便集成和集成后数据的维护与使用， 数据 集成结构， 如图3所示。 建立数据字典的 目的在于提取 C A S S数据中地理实体的表 图 3 数据集成结构 Fig 3 S t r u ct u r e o f d a t a in t e g r a t io n 8 地矿测绘 2 0 1 0年 3月 达含义 ， 而集成是指利用其字典项与标准数据字典项建立对应 关系形成新的数据字典 ， 以统一数据的地理编码和语义表达。 具体过程分析如下。 如表 1 所示为利用 C A S S提供的地物分类标准建立的数据 字典 ， 表 2所示为利用国家基础地理信息分类标准建立的数据 字典。可以看出两者对地理实体 的分类存在差异， 如 C A S S中 为表达围墙的信息， 又将其分成边线和短线两类， 一般房屋又被 分为砼房屋 、 混房屋 、 砖房屋等 。 由表 1 、 2可知， 要实现两种数据字典的集成， 首先需要对 C A S S字典中的字段进行整理 ， 以能体现详细地物分类为原则， 并结合国家基础地理信息分类代码扩充原则， 对其进行合理扩 充 ， 最终形成如表 3所示 的集成数据字典。 表 1 C A S S数据 字典 T a b 1 Da t a d ict io n a r y o f C AS S 表 2 标准分类数据字典 Ta b 2 Da t a dict io na r y o f no r ma l s o r t 3 数 据集成 的实现 考虑 到 C A S S和 G I S平 台组 织地 理数 据 的差异 ， 还应 根据 G I S由点 、 线 、 面构成专题 以组织数据 的特点进行转换 要素对 照 关系的设计 ， 如 J MD图层中“ 1 4 1 1 6 1 ” 实体应设计转换为 G I S的 面要素， 而“ 1 4 3 4 0 01 ” 实体应设计转换为 G I S的线要素等。本 文以某中学校舍安全评价数据为例进行集成， 以实现校园安全 的信息化管理。 3 1元数据的建立与数据预处理 为了便于空间数据的有效定位、 评价、 比较 、 获取和使用， 需 要设计一个描述能力强、 内容完善的元数据。根据本项 目使用 数据的目的并结合图形相关信息， 由 A r cC a t a l o g提供 的元数据 编辑 器直 接编写所 对应 的元 数据。 表 3 集成数据 字典 Ta b 3 I n t e g r a t e d d a t a d ict io n a r y C A S S数据直接集成后常会出现要素丢失、 冗余等现象 ， 为 保证数据质量并减少后期编辑工作量 ， 需要对源数据进行预处 理 ， 其主要过程有 ： 根 据使 用数据的要求删除无需转换 的图元和 图层 ； 根据编码分离各个图层， 检查修复图层间的混杂和错误现 象 ； 利用图形实体检查功能 ， 确保每个要素编码、 颜色、 线型等特 征的正确性。 3 2图形转换 与数据集成 图形转换的主要步骤有： 在 A r e m a p视图中添加源数据 ， 利 用 E x p o r t D a t a将 图形转换为 s h a p e fil e s格式文件 ； 通过 D e fin e P r o j e ct i o n或 S p a t i a l A d j u s t m e n t 工具并结合控制点信息进行坐标 系的定义或转换。然后， 利用图形和属性表的标识字符进行属 性数据表的链接； 利用 C A S S编码链接已设计的集成数据字典， 本例使用的属性数据表， 如表4所示。 第 2 6卷第 1 期 赵 健赘 ， 张治 国： 现代地理 空间数据集成 的设计 与实现 9 在完成图形转换和数据链接的基础上， 通过叠合比较法 、 目 视比较法和逻辑检查法 等方法对形成的数据进行检查， 确定 无误后输入 G e o d a t a b a s e数据库文件， 实现数据的集成。如图4 所示为集成后实现数据查询的结果， 达到预期的效果和 目的。 kc u 甏 瞄 t 2 皂 、 媳 B 嗡 弧 e 畦 F iQ l d i I a l u 毫| i叠| | 。 | | | 馥 c S 编码 1 4 1 1 1 1 分类编码 3 1 0 3 0 0 分类要索名 单幢房 地物名称 砼房屋 O I D l 0 房屋编号 1 名称明德褛 用途 教学 修建时间 l g g 7 结构形式 砖混 基础形式 条形 基础埋深 3 0 0 0 潮 屋面形式 一 檐口高度 1 6 0 0 0 层数 5 可靠级别 B 甙 B 港 描 l囊 曩嚣 曩蠢 巍蠢 麓囊 囊 毫 蠢l 图 4 实现 查询 功能示意 图 F ig 4 S ch e ma t ic o f r e a l iz in g q u e r y f u n ct io n 4结论 根据现代地理数据采集的特点 ， 本文提出基于数据字典的 集成方法， 在一定程度上解决了 C A D图形数据转换和不同平台 间编码、 语义表达的统一问题。这种方法充分利用了现有成熟 技术 ， 不但避免了购置新软件带来的成本问题， 还提高了数据生 产和管理的效率， 具有一定的实用和推广价值。 当然 ， 要从根本上解决多源数据共享