多源地理矢量数据要素解码方法研究

2022-05-09何淼李旺民丁建勋

城市勘测 2022年2期

何淼，李旺民，丁建勋

(珠海市测绘院，广东珠海 519000)

1 引言

历史测绘地理信息数据由于多方面原因，采用了异构的地理信息生产环境，存在多语义性、多时空性和多尺度、获取手段多源性、存储格式多样性、空间基准不统一等问题，导致不同系统之间无法进行有效的互操作，这不仅加大了数据生产成本，也给数据共享带来了困难[1]。目前，地理矢量数据要素解码主流的做法是依赖AutoCAD、FME、ArcGIS等，均存在过度依赖第三方平台、兼容性差、低可扩展性、特殊要素解码不完备等缺陷。有必要研究一种不依赖第三方平台的地理信息图件与数据解码方法，以满足多源数据集成的数据访问、共享与格式转换需求。

2 总体技术路线

C++语言将问题和事物抽象成对象，而很多对象都具有共性，它们的动作是相似的，只是对象的类型不同而已。C++的泛型编程，可以将“类型”参数化，模板是C++支持参数化多态的工具，采用模板技术，为类或者函数声明一种通用模式，可使代码更具通用性。各类矢量数据可视为一个对象类型，矢量数据要素由若干实体构成，每种实体又由“点、线、面、注记”等子对象构成，因此，采用C++语言的泛型编程思想开发地理矢量数据的要素解码方法，可有效提高代码的通用性与可维护性。

因此，本方法的总体技术路线是基于C++泛型编程，研究基于Teigha的地理数据要素解码算法，实现不依赖AutoCAD平台兼容CAD中数十种不同实体类型的要素解码；研究基于GDAL/OGR的地理数据要素解码算法，不依赖第三方平台，实现对矢量数据的要素解码与格式转换。从而构建多源地理矢量数据要素解码服务，支撑多源数据集成的数据访问、共享与格式转换需求与应用。地理矢量数据要素解码技术路线如图1所示。

图1 地理矢量数据要素解码技术路线

3 基于Teigha的CAD数据要素解码

AutoCAD在测绘领域运用广泛，很多成果都是CAD格式。CAD数据的转换与解析，常用的解决方法有两个：一是使用FME，FME是万能的空间数据转换器，支持的格式广泛，用它可以轻松将CAD转换为其他格式，再进行下一步操作；二是使用CAD.net二次开发组件，较强大的方式是Lisp、AutoCAD二次开发，其学习资源丰富，开发难度低，但不能脱离AutoCAD环境，可以实现读取和编辑，但对块参照等类型的实体支持不够。上述方法都有一个共同缺憾，就是不能脱离CAD或ArcGIS环境。

ODA即Open Design Alliance，是一个面向会员的非营利性技术联盟，致力于促进开放的、工业标准的CAD数据和历史CAD数据的格式交换，使用面向对象的API实现不依赖第三方环境的CAD数据的读写操作、绘制渲染和格式转换等，与AutoCAD的兼容性非常好[2]，ODA开发的用于图形应用程序的核心平台TeighaTM，Teigha支持dwg、dxf、dgn、stl、pdf等多种格式之间的数据访问与交换。支持Windows、Mac、Unix、Linux等多个平台。ODA会员可以用C++，.NET和ActiveX接口开发自己的应用程序。

Teigha框架中，一个CAD文件，其实是一个记录图形和非图形对象的数据库。在该数据库中，包括系统符号表和字典表。其中字典表(Dictionary)是存储各种CAD对象的容器，可理解为一个映射表，用户的自定义数据存放在字典表中，可以添加新的字典并且往里面添加对象，每个CAD数据库文件中有一个默认的字典(Object Dictionary)，是所有数据库字典的根字典。系统符号表共有9张(如表1所示)，只能向表里添加内容，但不能改变表的数量。对象如放入到正确的容器中，则属于CAD数据库文件的有效对象，否则就是无效对象(non-resident)。ODA_Database结构如图2所示。

ODA系统符号表表1

图2 ODA_Database结构

CAD要素解码算法流程：

(1)初始化Teigha库；调用odInitialize(OdDbSystemServices* pSystemServices)函数注册Teigha支持的所有类，LoadDRXModules()函数载入需使用的模块。常用模块包括：对象捕捉模块(GripPoints)、附加命令模块(DbCommands)、核心动态块支持模块(TD_DynBlocks)、格式导出模块(TD_Tf)等等。

(2)打开DWG文件；调用ExHostAppServices模版类的readFile函数打开DWG文件，返回数据库对象智能指针OdDbDatabasePtr。

(3)读取Database中对象；ExProtocolExtension类是针对所有对象解码与操作的协议扩展类，该类初始化后，可采用迭代器对每种对象进行解码与操作。

(4)遍历对象进行解码；构建OdDbObjectIteratorPtr类迭代器指针，获取每个对象的objectId，调用openObject函数返回实体对象指针OdDbEntityPtr或其他对象指针OdDbObjectPtr，分别将其转换为OdSmartPtr、OdSmartPtr类型，OdDbEntity_Dumper、OdDbObject_Dumper类继承于OdRxObject，是所有对象解码与操作的基类，可自动判断对象类型，根据需求对Database中对象进行转换与处理。

(5)执行转换与处理后，保存数据，调用OdDbDatabasePtr类的release函数关闭数据库，进入下一流程。

从而，通过C++泛型编程，实现不依赖AutoCAD平台兼容CAD中数十种不同实体类型的要素解码。

4 基于GDAL/OGR的地理数据要素解码与转换

GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)利用抽象数据模型来表达所支持的各种文件格式，是在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库，提供对asc、tiff、img、dem等多种栅格数据的支持。OGR是GDAL项目的一个分支，功能与GDAL类似，它提供对Shapefiles、PostGIS(需要libpq库)、Oracle Spatial(需要OCI库)、Mapinfo(mid/mif、TAB)、Dxf等多种矢量数据的支持[3，4]。GDAL/OGR除默认编译的库之外，可引入第三方库增强对格式的支持，如添加FileGDB API库则可实现对ESRI FileGDB数据的支持。

Esri的ArcGIS系列、Erdas、Google Earth和跨平台的GRASS GIS、Quantunm GIS系统等很多著名的GIS类产品都使用了GDAL/OGR库。利用GDAL/OGR库，可以使地理空间数据管理系统提供对矢量和栅格文件数据的支持[3，5，6]。本文仅讨论基于OGR的矢量数据解码。

基于GDAL/OGR的地理矢量数据要素解码与转换算法流程(图3)：