Microstation DGN 与GIS 空间数据有向点转换技术研究

高文静，李文博，王 璐

（西安市勘察测绘院，陕西西安 710054）

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

1.1 Microstation

1.2 ArcGIS

ArcGIS 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。

1.3 FME

FME 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Microstation DGN 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。

图1 层色对照表

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。

在现行区域协调发展政策措施推动下，粤东西北地区交通条件不断改善、产业共建成效初显、一批优质项目落地、中心城区扩容提质扎实推进，发展取得了突出成效。

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。

图2 有向点和门墩角度信息

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Microstation DGN 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。

3.3 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Attribute Exposer、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。

图3 FME 有向点转换配置图

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。

图4 转换参数值

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。

图5 转换日志

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1∶500 大比例尺地形图（图幅大小：250 m ×200 m）100 幅，通过FME 模板读入172 861 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1.8 × 108km2范围内传统1∶500、1∶1000 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。