孙立城

（河北工程大学信息与电气工程学院，河北 邯郸 056038）

由于AutoCAD 具有图形绘制、编辑、处理能力强的特点，矿图一直采用AutoCAD 软件绘制。随着矿测工程逐步采用地理空间技术，ArcGIS软件在煤矿行业的应用成熟并广泛使用， 因此AutoCAD 与ArcGIS 两个不同平台的数据同步成为需要解决的问题。文献[1]提出了将WCF 分布式框架运用到矿图数据转换，通过二次开发跨平台实现矿图数据同步更新。文献[2]利用开源DWGDirect类库整合ArcEngine 组件实现CAD 数据到GIS 数据同步，但对于不同平台数据结构转换并不完整。文献[3]探讨了CAD 图层与GIS 图层对应关系、注记转换、扩展性转换等问题，基于单一FME 技术实现CAD 数据与GIS 平台的数据转换与同步。

以上方式虽然也实现了数据同步转换，但是都存在不同程度的问题：一是对于分布式框架的二次开发必须有专业人员，要对程序开发掌握并且对矿图转换规则清楚，矿井一般技术员达不到要求；二是通过调用库来进行数据的同步转换，因为库的完成度直接影响了数据转换的正确性，依靠单一库并不能很好地实现数据同步。

基于以上问题，本文基于MicroStation 和FME技术结合的方案，弥补了单一FME 技术的缺点，成功实现了矿图数据的准确、快速转换。

1 MicroStation 数据处理技术

MicroStation 是美国Bentley 公司推出的一种功能非常强大的优秀辅助设计工具软件，在国外广泛应用于建筑设计、土木工程、交通、地理信息系统等方面，它是一个可互操作的、强大的CAD 平台，集二维绘图、三维建模和工程可视化于一体的完整解决方案[4]。运用对MicroStation 平台的二次开发将源数据（DWG 格式文件）进行预处理，实现预处理后数据的“无损转换”。MicroStation 可以直接读写AutoCAD 的DWG 格式文件，与其DGN 格式文件可以互操作。由DWG 格式转存为DGN 格式仅将源数据的块（block）变成了单元(cell)，转存后的数据主要由点、线、单元、共享单元和文本注记组成。DGN 格式文件通过图层来存储数据，同一类地理要素存在同一图层中。凭借MicroStation可以直接对DWG 格式文件进行操作，可以实现保存为MicroStation 的DGN 格式，最大程度上保证源文件属性信息的完整性。

因源数据（DWG 格式数据）属性信息描述少，而且存储在扩展数据（Xdata）中的数据也不满足ArcGIS 对数据的要求。MicroStation 拥有独立外挂数据库，对图形属性信息进行处理，处理后的图形属性信息可以存在独立外挂数据库中。MicroStation利用数据库的接口通过OBDC 实现图形数据与属性信息的连接。

本文就矿图数据同步将CAD 的DWG 文件同步到GIS 所识别的文件，达到数据统一、同步。MicroStation 作为数据预处理的平台，实现以下功能：

（1）进行编码的转化以及对属性信息赋值；

（2）对数据信息的查询与修改；

（3）清除文件的非法元素；

（4）多边形元素转换；

（5）将文本标记与图形要素关联；

（6）提取关键的属性信息；

（7）拓扑检查。

通过应用MicroStation 数据预处理平台，对点线数据进行预处理，包括属性要素和图形要素。属性要素包括检查矿井要素编码的正确性、提取图形要素的关键信息；图形要素处理包括多边形转线、注记组合、拓扑检查等。MicroStation 数据预处理平台结构如图1。

2 FME 转换技术

FME(Feature Manipulate Engine, 简 称FME) 是加拿大Safe Software 公司开发的空间数据转换处理系统,它是完整的空间ETL 解决方案。该方案基于OpenGIS 组织提出的新的数据转换理念“语义转换”[5],对相互转换的数据进行了结构重建，从而建立了多种不同格式之间的数据转换，提供了效率高、语义准、开发简单的数据转换工具。FME 通过核心语义文件转换引擎完成数据间的转换过程，通过语义映射文件注册表对转换时语义映射文件进行管理，最终由自动语义转换生成器完成FME 转换操作。采用FME 语义映射的方式，对源数据进行转换、变换、分类整合。基于语义映射的原理是映射关系的对应，通过重新构造映射关系来转换数据对应结构。FME 语义转化是将源数据不同层面上的属性和内容通过符合要求的映射关系，实现数据的转换。从CAD 数据到GIS 数据转换过程中，FME 将DGN（MicroStation 转换后的数据）和Shape 数据（ArcGIS数据）在映射中形成正确的对应关系，实现要素信息的一一对应。CAD 数据与GIS 数据转换模型如图2。

图1 Microstration 数据预处理平台

图2 CAD 与GIS 转换模型

FME 通过丰富的数据转换模型，通过自定义输入和输出数据结构，实现了数据结构的重新构造。如图3 所示，语义转换过程中，数据模型m 和n 分别经过语义映射“宽通道”，即语义映射文件，实现数据自由的转入、转出，并且将已有转换模型嵌入到其他自定义模型中。

图3 语义数据转换模型

3 基于FME 数据转换的实现

FME 需要通过FME Workbench 建立自身的映射文件模板，源数据为DGN 格式，目标文件格式为Shape。FME 可以产生一个对应关系从DGN 格式到Shape 格式，由建立的映射文件模板并不能准确地进行转换，需要根据转换的实际情况，重新定义映射关系。源数据经过MicroStation 预处理后，需要将存储在外部数据库的属性信息通过igds_linkage 格式属性连接到几何图形，选择Format Attributes 将相关属性信息显现，下面以点线面为例阐述数据转换细节[6]。

（1）读取角度

MicroStation 将旋转矩阵角度写入字符串2，通过查找并调用字符串2，并返回字符串2 的索引号，将输出端口添加索引号到指定元素列表的属性要素，从而将字符串2 上的角度信息提取出来。角度读取过程如图4。

（2）关联信息处理

关联信息使用了字符串3 以及其后的字符串，因此字符串2、字符串3 之间通过使用ListSearcher转换器进行字符串3 的查找，采用ListSearcher 转换器打散成单独的数据元素，使得原始列表属性与分解后的属性存入列表中。通过ListSearcher 转换器从打散的字符串中提取string X、string Y，然后调用Tester 转换器对打散的内容进行检查，由此得到关联的文本信息和相对坐标信息。关联提取过程如图5。

图4 角度读取过程

图5 关联提取过程

（3）点线数据与对照表连接

在完成对角度的提取和对关联信息的提取后，进而与FeatureMerger 转换器的Requestor 端口连接，Supplier 端口与对照表文件连接，通过线数据属性与对照表中的字段对应实现图形数据与属性数据的匹配。

（4）面数据对照表连接

面数据输出端口与转换器FeatureMerger_2 的Requestor 端口连接，FeatureMerger_2 转换器的Supplier 端口与对照表连接，通过面数据属性与对照表中的字段对应实现图形数据与属性数据的匹配[7]。

（5）几何要素的分类和要素的分层

将转换器SubstringExtractor 末端字符写入线属性中，转换器GeometryFilter 将要素发送到输出端口，在GeometryFilter 的输出端口通过设置相应的测试条件过滤掉错误的点、线、面，转换器AttributeFilter 依据要素的属性值把要素发送到不同的输出端口，并输出到对应的图层。

4 转换后数据分析

FME 语义映射文件用于将预处理后的DGN 数据转换为Shape 数据，如图6，经过转换前后的对比分析，从点、线、面几何要素以及文本注记能够正确还原初始数据。利用MicroStation 与FME 两种技术相结合的方案，解决了传统直接进行转换时映射不对应的问题。通过MicroStation 进行数据预处理，将DWG 格式的问题转变为DGN 格式，保证格式之间转换正确性，进而使用FME 语义映射技术构造完善的映射条件，实现DGN 格式到Shape格式的相对无损同步转换，比传统转换更加准确的基础上，转换形式更加稳定。基于FME 语义映射技术的矿图转换与同步，解决了传统矿图格式转换信息丢失导致更新同步慢的问题。本文结合实例，详细阐述了转换原理和过程，对于矿图格式转换和更新具有一定的参考价值。

图6 转换前后数据对比