一种空间数据库到铁路CAD数字地形图全要素快速转换方法与流程

一种空间数据库到铁路cad数字地形图全要素快速转换方法
技术领域
1.本发明属于铁路可行性方案研究及设计中的基础地形图数据生产技术领域，特别涉及一种空间数据库到铁路cad数字地形图全要素快速转换方法。


背景技术：

2.1:5万、1:1万等国家基本比例尺空间地理信息数据库（地形图）是铁路建设前期开展可行性方案研究及设计的重要基础参考，其数据成果一般均采用gdb/mdb格式等空间数据库格式存储，不能直接用于线路方案设计。按照铁路建设需求确定走向后，需要根据粗略线位走向在一定范围内收集空间数据库成果，制作cad平台下dwg格式的数字地形图。
3.实际应用中，cad平台下数字地形图的生产目前主要是采用arcgis、global mapper等gis软件开展图形化转换，然后再借助autocad软件及cass等插件人工编图的方式恢复要素在cad下的地形图象形表达，主要技术局限表现为：（1）人工编辑需要主图层替换和修改要素的块参照、线型及面状要素表达特征，操作繁琐复杂，自动化程度极低，成图周期长；（2）地物要素属性信息存储在矢量字段中，在执行图形化要素时不可避免地导致属性信息丢失；（3）第三方软（插）件扩展性差，无法满足不同数据编码方式数据要求，更新迭代不便。并且不同地区大于1：1万空间数据库不少地区采用地方采集和编码标准，增加了数据转换难度，对数据转换效率和时效性提出了比较高的要求，针对上述问题，本发明提出了一种灵活的转换方法实现全要素的快速dwg数字线划图转换。


技术实现要素：

4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种国家基本比例尺空间数据库到铁路cad数字地形图全要素快速转换方法，可以实现全量自动化的地形图要素转换，有效保留要素关键语义信息。
5.本发明包括如下技术方案：一种空间数据库到铁路cad数字地形图全要素快速转换方法，包括以下步骤：s1制作cad平台下数字地形图地物要素标准化表达参照：s1-1制作cad数字地形图点状要素符号库参照；s1-2制作cad数字地形图线状要素图层定义参照，将s1-1的得到的点状要素符号库中全部块参照实体复制到该文件中保存，使之既包含图层定义信息，也包含全部点状要素块参照实体，合并得到块参照及图层定义参照写出模板；s1-3制作cad数字地形图面状要素定义参照；s1-4梳理的地物要素类别并制作cad数字地形图注记要素信息定义参照，将s1-3全部图层的面状要素特征表达信息和s1-4全部图层的注记要素特征表达信息合并保存，得到基本比例尺下面状要素及注记表达特征信息表，缩写为n表；s2 构建地物要素从地理信息空间数据库到cad地形图的转换关系；s2-1 整理全部待转换要素类别，根据待转换数据的数据说明，罗列全部地物要素类别及gb编码，整理全部类别地物要素，将矢量属性表中地物要素代码作为唯一识别关键字，得到的集合设为m，将其以excel形式存储，作为待转换数据编码表，缩写为m表；s2-2 地物转换关系自动匹配，
设由s1-4中梳理的地物要素类别为n，根据地物要素集m与n中地物要素集的编码或中文名称，将s2-1中的m表与s1-4中得到的n表匹配关联关系，以m表为主表，n表为附表，以左连接方式，建立一一对应的转换关系；s2-3整理未匹配地物要素转换关系，对s2-2中m数据及未能匹配成功的地物要素，手动设置到n中相近的地物类别中去，使待转换数据每一类要素都具备目标图层和要素特征信息，得到待转换数据的地物要素映射关系及特征表达表；s3 基于fme的数据转换模板程序设计；s3-1 读取空间要素和表达特征信息表，创建两个读模块，一个用于读取原始gdb/mdb空间数据库，根据数据类型设置解析数据格式，读取模式为合并读取，一个用于读取步骤s2-3中得到的地物要素映射关系及特征表达表；s3-2属性信息挂接，利用featuremerger转换器将空间地物要素对象的空间要素属性表和步骤s2-3 得到的地物要素映射关系及特征表达表进行表连接，将地理信息空间数据库要素gb码字段和地物要素原始数据编码字段作为唯一匹配字段，通过属性挂接其拓展属性表，赋予每个空间要素在cad平台下的目标图层和表达属性；s3-3数据分流，对s1-3中合并成功后的空间要素按照几何类型进行数据分流；s3-4特殊图层处理；s3-5创建新的表达要素，在cad表达中创建新的注记和填充要素，将拓展属性表中的内容转换地图符号表示；s3-6设置数据扇出规则，写出数据；s4 待转换数据检查与预处理，检查原始待转换数据格式、加密状态、坐标系统及数据库版本，确保数据正常读取和解析；s5 设置转换参数进行第一块图数据转换，设置原始gdb/mdb空间数据库坐标系统、目标成果坐标系统与投影方式，设置目标成果的cad成果版本，选取第一块数据区域开展数据成果转换；s6 问题查找及数据转换模板修复完善，通过用户图形界面的要素数据流计数，在fme软件中利用datainspector工具查找各个转换器未成功转换的要素，对步骤s3设计得到的转换模板进行修复和完善，直至全部要素转换完成；s7 划分数据区域执行地形图批量化转换，根据数据转换区域数据量和数据格式，制定数据转换策略，对gdb数据类型的空间数据库，根据图幅范围进行数据分幅输出，通过spatialfilter转换器过滤空间要素进行分块处理；对mdb空间数据库，根据邻接关系将若干mdb原始文件合并进行转换输出；s8 数字地形图数据转换结果抽查，对步骤s7全部转换成果数据进行抽样数据质量检查，抽样检查的图幅比例为10%；s9 数字地形图图幅范围线制作；s9-1地形图图幅范围线批量提取，从地形图数据中根据图层要素编码提取每块地形图图幅的范围矢量面要素，转换为dwg格式文件输出；s9-2地形图图幅名称注记制作；s10 数字地形图转换成果整理归档。
6.进一步的，所述步骤s1-4具体为按照《基础地理信息要素分类与代码(gbt13923-2006)》规范的要求（详见附图10），梳理基本比例尺各类面状地物要素的表达特征，并以该规范为基础划分地物要素类别，以excel形式存储面状要素特征表达信息。
7.进一步的，所述步骤s2中，根据空间数据库设计数据说明，梳理每一类地物的点线面要素在cad平台的表达规则，实现全类别地物要素梳理，避免地物类别丢失。
8.进一步的，所述步骤s3中通过fme平台下实现gdb/mdb空间数据库到cad的全要素
转换，不需要其他第三方软件及cad二次开发插件作后续进一步转换及人工二次编辑操作。
9.进一步的，所述步骤s3-3中具体包括对点、线、面进行数据分流，点状要素进一步划分为注记、块参照两类，线状要素按照模板文件表达样式写出，面状要素划分为包含填充的面状要素及不包含填充的面状要素。
10.进一步的，所述步骤s3-4中具体包括对等高线、普通房屋、高层房屋共3种特殊图层要素进行处理。
11.进一步的，所述步骤s3-6具体为创建一个写模块，将经过转换、创建后的地物要素按照目标地物要素编码进行数据扇出，使其按照目标图层编码对数据进行重新分类存储，以s1-2得到的块参照及图层定义参照写出模板，转储dwg格式地形图成果写出。
12.进一步的，所述步骤s6中利用fme软件开展可视化组件编程方式，监测和调试数据要素流向，快速查找未成功转换要素原因，通过反复执行s6操作，直至实现完全的要素地类转换。
13.进一步的，所述步骤s7中根据地形图图幅范围，通过空间分析方式开展分区域批量自动转换处理，实现千万数量级海量要素空间数据库的批量自动化输出。
14.进一步的，所述步骤s8中检查内容包括：
①
图形表达错误及地物要素样式错误；
②
地形图要素图形缺失，如地物边线丢失、房屋填充丢失、地名注记丢失；
③
关键信息丢失，如等高线标高、高程点注记丢失等。
15.进一步的，所述步骤s9-2具体为从地形图数据中获取每块地形图的地形图编号（即地形图图幅名称），将其文字注记形式创建与s9-1地形图范围矢量要素合并输出，注记位置取s9-1中对应图幅范围多边形的几何中心。
16.进一步的，所述步骤s10具体为在执行步骤s4-s9至全部地形图转换完成后，将步骤s7得到的数字地形图成果及步骤s9得到的地形图图幅范围线成果整理归档，并记录成果坐标系、投影方式、中央子午线等关键信息。
17.本发明具有的优点和积极效果：1、本发明有效降低了gis和cad两个平台间数据壁垒，达到了海量空间数据库批量全要素转换的实际效果，首先，数据转换效率方面，大幅度提高了数据转换速度，其转换成果可直接用于铁路线路方案研究及设计工作，不再需要人工编辑，在投标项目等对地形图生产周期要求紧迫的情况下具备明显的技术优势；其次，在转换过程中，对交通要素等关注目标属性信息进行了有效保留，提高数据丰富程度和信息价值；最后，根据数据转换方式及要求变化，可快速修改地类要素表达信息，实现地形图快速更新。
18.2、本发明实现了各类点、线、面状地物要素属性信息的语义空间表达；地形图数据的分块分幅转换、裁剪输出以及地形图图幅自动提取和图幅范围文件制作，可实现铁路设计用1:1万、1:5万等比例尺地形图数据到cad平台下的快速转换，大幅度缩短成图周期。
19.3、本发明通过空间分析和自动分块处理策略，实现了海量多源地理空间数据的批量自动转换。
附图说明
20.图1是本发明的实施流程图。
21.图2是1:1万比例尺cad点状要素符号库（局部）。
22.图3是1:1万比例尺图层定义参照（局部）。
23.图4是1:1万面状要素及注记表达特征表（部分）。
24.图5是1:1万图地物要素映射关系及特征表达表（部分）。
25.图6是1:1万图转换程序设计模板。
26.图7是转换前1:1万空间数据库（局部）。
27.图8是转换后1:1万cad数字线划图（局部）。
28.图9是1:1万图图幅范围线批量提取成果。
29.图10是《基础地理信息要素分类与代码(gbt13923-2006)》规范附录b节选。
具体实施方式
30.为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图详细说明如下，本发明以1:1万基本比例尺空间数据库转换为例阐述具体实施方式。
31.实施例：参阅附图1-10，一种空间数据库到铁路cad数字地形图全要素快速转换方法，实现国家基本比例尺空间数据库成果到铁路选线及设计用cad数字地形图的快速批量转换，包括以下步骤：s1 cad平台下数字地形图地物要素标准化表达参照制作；s1-1制作cad数字地形图点状要素符号库参照；按照《基础地理信息要素分类与代码(gbt13923-2006)》规范（以下称“《规范》”）的要求（详见附图10），制作1:1万标准比例尺点状地物要素的cad点状要素符号库，实现1:1万标准比例尺地形图各类点状要素在cad中的标准块参照表达，按照符号定义确定其比例、颜色、填充等信息绘制组成部分，将各个组成合并成一个块参照信息，并以唯一名称命名，以此完成全部图层的点状地物符号制作，将其命名为“1:1万比例尺cad点状要素符号库.dwg”。制作完成后的点状cad点状要素符号库如图2所示。
32.s1-2制作cad数字地形图线状要素图层定义参照；根据《规范》的要求，制作1:1万标准比例尺线状地物要素表达的图层定义参照，包括各类线状要素的线型、线宽、颜色特征属性，以《规范》划分基础地理信息要素分类代码（参加附录b，六位数字）作为图层的名称，逐类别定义各个图层三种特征属性。以此创建包含所有地类要素图层定义参照的dwg文件，将其命名为“1:1万比例尺图层定义参照.dwg”，定义的标准图层文件如图3所示。该步骤可通过计算机编程方式生成标准图层定位文件的方法，即将图层模板信息梳理成excel文件，通过pyautocad框架，利用python脚本，快速生成线状要素图层定义文件，同时设置图层的默认显隐和冻结属性。
33.s1-2图层定义参照制作完成后，将s1-1的得到的“1:1万比例尺cad点状要素符号库.dwg”中全部块参照实体复制到该文件中保存，使之既包含图层定义信息，也包含全部点状要素块参照实体，合并得到块参照及图层定义参照写出模板，将其命名为“1:1万图块参照及图层定义参照写出模板.dwg”。
34.s1-3制作cad数字地形图面状要素定义参照；按照《规范》的要求，梳理1:1万标准比例尺下各类面状地物要素的表达特征，包含图层填充样式、填充颜色、填充比例及填充角度信息，以《规范》划分基础地理信息要素分类代码作为标识，以excel形式存储面状要素特征表达信息，将其命名为“1:1万面状要素表达特征.xlsx”。
35.s1-4梳理的地物要素类别并制作cad数字地形图注记要素信息定义参照；按照《规范》的要求，梳理1:1万标准比例尺下各类注记要素的表达信息，包含注记文字字体、字号、颜色、倾斜等信息，以《规范》划分基础地理信息要素分类代码，以excel存储注记要素特征表达信息，将其命名为“1:1万注记要素表达特征.xlsx；将s1-3全部图层的面状要素特征表达信息和s1-4全部图层的注记要素特征表达信息合并保存，得到1:1万标准比例尺面状要素及注记表达特征信息表，缩写为n表，将其命名为“1:1万面状要素及注记表达特征表.xlsx”，如图4所示。
36.s2 构建地物要素从地理信息空间数据库到cad地形图的转换关系；根据待转换数据对应的数据说明和《规范》，梳理和构建空间数据库到dwg数字地形图的转换关系；s2-1 整理全部待转换要素类别；原始空间数据库不论是采用地方标准还是国家标准都带有数据说明，一般以文档形式随空间数据库存储、拷贝，该说明对当前空间数据库地物要素的数据组织和编码方式进行定义，即明确每一类地物要素类别名称、存储的图层及编码，根据待转换数据的数据说明，罗列全部地物要素类别及gb编码，整理全部类别地物要素，将矢量属性表中地物要素代码（空间数据库要素的“gb”字段（国标类别编码））作为唯一识别关键字，得到的集合设为m，将其以excel形式存储，作为待转换数据编码表，缩写为m表，命名为“1:1万待转换数据编码表.xlsx”。
37.s2-2 地物转换关系自动匹配；设由s1-4中《规范》梳理的地物要素类别为n，根据m地物要素集与n中地物要素集的编码或中文名称，将s2-1中的“1:1万待转换数据编码表.xlsx”（m表）与s1-4中得到的
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1:1万面状要素及注记表达特征表.xlsx”（n表）匹配关联关系，以m表为主表，n表为附表，以左连接方式，建立一一对应的转换关系。
38.s2-3整理未匹配地物要素转换关系；对s2-2中m数据及未能匹配成功的地物要素，手动设置到n中相近的地物类别中去，使待转换数据每一类要素都具备目标图层和要素特征信息，得到待转换数据的地物要素映射关系及特征表达表。
39.将步骤2中得到的带转换数据集合到《规范》约定的数据集合映射关系以excel格式保存，主要字段为“代码，转换代码，要素特征1, 要素特征2，
…”
，将其命名为“1:1万图地物要素映射关系及特征表达表.xlsx”，如图5所示。
40.s3 基于fme的数据转换模板程序设计；s3-1 读取空间要素和表达特征信息表；创建两个读模块，一个用于读取原始带转换地理信息空间数据库（gdb/mdb），根据数据类型设置解析数据格式，读取模式为合并读取,一个用于读取步骤s2-3中得到的1:1万图地物要素映射关系及特征表达表。
41.s3-2属性信息挂接；该步骤为地形图要素转换的关键环节，利用featuremerger转换器将空间地物要素对象和步骤s2-3 得到的“1:1万图地物要素映射关系及特征表达表.xls”进行表连接，将地理信息空间数据库要素gb码字段和地物要素原始数据编码字段作为唯一匹配字段，通过属性挂接其拓展属性表，赋予每个空间要素在cad平台下的目标图层和表达属性。
42.s3-3数据分流；对s1-3中合并成功后的空间要素按照几何类型进行数据分流，即点、线、面进行数据分流，点状要素进一步划分为注记、块参照两类，线状要素按照模板文件表达样式写出，面状要素划分为包含填充的面状要素及不包含填充的面状要素。
43.s3-4特殊图层处理；对等高线、普通房屋、高层房屋共3种特殊图层要素进行处理，
等高线图层需要设置标高属性，创建 autocad_elevation属性并将其设置为属性字段表中的高程值，房屋图层需要根据房屋角度计算自适应填充角度，利用pythoncaller转换器计算各房屋长轴方位角，填充角度取方位角沿顺时针方向相交45
°
。
44.s3-5创建新的表达要素；在cad表达中创建新的注记、填充要素，将拓展属性表中的内容转换地图符号表示：（1）注记要素，在点的基础上创建新的注记对象（autocad_text实体），并将注记字段根据注记特征信息设置注记属性；（2）创建填充要素针对s2需要填充要求的地类要素，在面状要素数据流，创建填充要素分支，创建几何信息一致的填充要素（autocad_hatch实体），根据填充特征信息设置填充信息属性。
45.s3-6设置数据扇出规则，写出数据；创建一个写模块，将经过转换、创建后的地物要素按照目标地物要素编码进行数据扇出，使其按照目标图层编码对数据进行重新分类存储，以s1-2得到的“1:1万图块参照及图层定义参照写出模板.dwg”为块参照及图层定义参照写出模板文件，转储dwg格式地形图成果写出，转换程序设计模板如图6所示。
46.s4 待转换数据检查与预处理；检查原始待转换数据格式、加密状态、坐标系统及数据库版本，确保数据正常读取和解析，对数据库版本小于arcgis9.3的数据需要进行数据库版本升级操作再执行转换；加密后的空间数据库应在解密状态下处理。
47.s5 设置转换参数进行第一块图数据转换；设置原始gdb/mdb空间数据库坐标系统、目标成果坐标系统与投影方式，设置目标成果的cad成果版本，选取第一块数据区域开展数据成果转换。
48.s6 问题查找及数据转换模板修复完善；通过用户图形界面的要素数据流计数，在fme软件中利用datainspector工具查找各个转换器未成功转换的要素，进而从s2构建的数据要素关系中查找是否存在缺失对应关系错误及不完全的情况，对步骤s3设计得到的转换模板进行修复和完善，直至全部要素转换完成，原始数据成果及转换后地形图成果如图7和图8所示，其中图7是原始空间数据库在arcgis中加载效果，图8为转换后的dwg文件在autocad中的加载效果。
49.s7 划分数据区域执行地形图批量化转换；根据数据转换区域数据量和数据格式，制定数据转换策略，对gdb数据类型的空间数据库，根据图幅范围进行数据分幅输出，通过spatialfilter转换器过滤空间要素进行分块处理；对mdb空间数据库，根据邻接关系将若干mdb原始文件合并进行转换输出。为保证cad数据浏览及操作的流畅性，数据量一般小于200mb为宜。按照图幅内数据复杂平均程度，5万地形图一般6-8幅，一万图一般10-15幅，另外跨越投影带的地形图在标准投影分带之间应根据不同的中央子午线进行分开转换。
50.s8 数字地形图数据转换结果抽查；对步骤s7全部转换成果数据进行抽样数据质量检查，抽样检查的图幅比例为10%，检查内容为：
①
图形表达错误及地物要素样式错误；
②
地形图要素图形缺失，如地物边线丢失、房屋填充丢失、地名注记丢失；
③
关键信息丢失，如等高线标高、高程点注记丢失等。
51.s9 数字地形图图幅范围线制作；s9-1地形图图幅范围线批量提取，从地形图数据中根据图层要素编码（gb字段，以1:1万为例，编码为120200）提取每块地形图图幅的范围矢量面要素，转换为dwg格式文件输
出。
52.s9-2地形图图幅名称注记制作，从地形图数据中获取每块地形图的地形图编号（即地形图图幅名称），其中以gdb格式存储的空间数据库地形图编号存储于图幅范围框矢量的属性字段中，而以mdb格式存储的空间数据库地形图编号直接从文件名中获取，将所有地形图编号提取完成后，将其文字注记形式创建与s9-1地形图范围矢量要素合并输出，注记位置取s9-1中对应图幅范围多边形的几何中心。制作后的图幅范围如图9所示，制作的图幅范围成果空间坐标信息与s7得到的地形图转换成果一致。
53.s10 数字地形图转换成果整理归档；在执行步骤s4-s9至全部地形图转换完成后，将步骤s7得到的数字地形图成果及步骤s9得到的地形图图幅范围线成果整理归档，并记录成果坐标系、投影方式、中央子午线等关键信息。
54.本发明实施方式以1:1万比例尺空间数据为例，其他常用比例尺空间数据库转换与此比例尺数据类似，对于shp/arcgis layer等其他不常见数据类型的空间数据库，可将其转换为gdb/mdb格式，再进行转换处理。
55.尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。