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“十二五”期间，我国测绘事业发展的战略调整为“构建数字中国，监测地理国情，发展壮大产业，建设测绘强国”，这表明我国测绘现代化和信息化发展进入一个新的阶段，测绘技术的应用范围和服务对象也将扩大到与地理信息相关的各个领域，数字化基础地理信息将成为一种不可或缺的数字地理空间支撑条件。基于3S技术在基础地理信息数据获取与处理方面的研究业已成为测绘地理信息领域研究热点，特别是基于GIS技术的系统开发更是层出不穷。但相关研究学者指出我国GIS技术在数据处理方面存在数据处理核心技术缺乏、自主研发水平较低、软件高级人才欠缺等不足，无法有效满足测绘发展的现实需求[1]- [3]。
近几年，全国测绘地理信息事业进入了高速发展时期，从基础测绘数据建库更新、CORS站建设到第一次全国地理国情普查，新的项目和要求，促使各测绘生产单位不断自高自身技术水平。为了更好地完成新任务，各测绘生产单位均投入大量资金采购了测绘地理信息矢量数据处理软件或系统，这些软件一定程度上提高了作业单位的生产效率，但是末端功能销售模式，较难提高生产单位的科技研发水平和独立解决技术难题的能力。同时，由于软件并非定制开发，往往不能及时解决新出现的问题，容易影响生产进度和成果质量。
可以说，过于依赖商用测绘地理信息数据处理软件，容易造成生产单位科技开发水平停滞不前，特别是在突发问题处理方面容易陷入被动局面。事实上，目前基于空间矢量数据处理的二次开发技术已经比较成熟，许多研究学者和技术人员都对不同环境、格式的基础地理信息矢量数据的综合处理进行了阐述[4]- [7]，基于GIS的开源类库也枚不胜举。如果生产单位能够充分利用这些技术及自身对项目需求了解深刻的优势，完全可以独立开发处理程序，解决生产难题。
在这种背景和需求下，为切实提高生产效率、提升科技开发软实力、实现科技兴测目标，笔者所在单位充分发挥生产经验丰富、项目种类多、开发能力强等优势，对基础地理信息矢量数据处理所需功能进行梳理，并基于当前成熟的开发技术进行功能设计和开发，形成了一系列实用工具，具有对基础地理信息矢量数据进行综合处理功能，能满足大多数测绘项目的使用需求。
2 矢量数据处理的功能需求分析
对于CAD格式的地形图数据，数据主要以点、线、注记形式表达且无属性表，而空间数据库主要以点、线、面形式表达，具有严格的拓扑结构和属性结构，要实现地形图数据向空间数据库的自动转换存在较多困难，一般都需人工干预。以一幅CAD格式的1:10000地形图测图数据按照基础地理信息数据建库要求建成MDB格式空间数据库为例，若单纯依靠人工操作，则至少需要进行11个步骤（图1所示），不仅工作效率低，且数据还可能存在较多图形和属性问题。但若借助商用软件，或者二次开发的工具，图中灰色框内的步骤均可通过程序自动实现，只需人工对因数据错误导致程序无法自动处理部分进行修改。国内流行的基础地理信息数据更新入库软件也大多基于此解决思路。而目前的CAD二次开发技术和GIS二次开发技术都比较成熟，算法和工具均不是难点，关键是对生产项目成果质量要求的理解能力直接决定系统的实用性。
图1 1:10000万地形图编辑入库操作流程
经考察、分析和对比，商用软件如清华山维、南方iData均能提供较为完整的小数据量矢量数据建库解决方案，但是在后期海量数据整合与质检方面均存在一定缺陷，且由于功能完全封装无法进行修改，遇到特殊项目和技术难题，不能提供解决方案。因此，从提高生产效率和单位科技水平等多方面考虑，测绘生产单位应充分发挥自身优势，创建一套完全面向实际生产的数据处理系统，既可以作为项目生产工具，也可以作为商用软件的辅助工具。
3 实用工具设计与开发
经需求调研与分析论证，选用Autodesk Map和ArcGIS为开发平台，在两大平台下实现符合不同数据处理阶段需求的功能，经有机结合，形成能满足不同需要的解决方案。工具软件的总体功能框架如图2所示。
图2 工具软件总体功能框架
软件平台：WindowsXP（SP2）中文版操作系统；Autodesk Map2009、ArcGIS10.1应用软件。
硬件平台：PC机（AMD Athlon（tm） 64×2 Dual Core Processor 4000+，2.10 GHz，2.00 GB的内存）。
C#语言兼具VB的快速简练、Delphi的可视化控件编程、Java的完全面向对象和C++的语法规则，而且完全支持针对Autodesk Map和ArcGIS平台的二次开发，因此，软件选择在C#.NET平台下开发。
采用的开发工具主要有ObjectARX.NET开发软件包、ArcObjects组件库、GDAL类库、NTS类库。
（1）结合ObjectARX与ArcEngine实现CAD与GIS集成
AutoCAD的数据格式是空间数据库建设的一个重要数据源，简单易用，图形编辑功能强大；GIS具有准确的地理要素空间分布和特性描述以及强大的空间查询分析能力，是空间数据库主流软件。实用工具软件综合运用ObjectARX开发包和ArcEngine组件库，在AutodeskMap中增加了面实体编辑、属性修改、空间查询、拓扑检查等功能，实现CAD与GIS集成。
ArcGIS 10以后引入了Add-in模型，可以方便用户更加便捷地自定义和扩展ArcGIS Desktop应用程序。实用工具软件采用Add-in插件技术，将实现的功能打包压缩成独立文件，既不需要安装程序，也不需要组件模型（COM）注册，就可以在ArcGIS中加载使用。此技术的运用，对于工具软件的快速推广十分有益。
（3）采用FDO技术实现DWG格式向MDB格式的批量数据转换
FDO数据访问技术可支持Autodesk Geospatial产品与企业应用处理存储在关系数据库和文件中的空间数据。实用工具软件借助FDO数据访问技术，实现直接访问多个数据库和数据文件，这种直接读写功能可最大限度减少数据转换，从而提高数据访问速度并确保信息准确性。
GDAL是栅格地理空间数据格式的转换开源类库，因简洁、高效的特点而被很多开源GIS软件甚至是商业GIS软件广为使用。可以运用GDAL中的OGR类库实现对矢量数据的操作，尤其是在开发基于ArcGIS10.1平台的数据整合、拓扑检查与接边检查等功能中。
NTS是著名的JTS Topology Suite的C#/.net版本，全称Net TopologySuite，为一个OpenGIS标准的GIS分析、操作类库。NTS主要完成了.NET对几何对象、空间拓扑的核心操作算法。实用工具软件通过NTS类库实现拓扑检查与接边检查。为了提高海量数据的检查效率，在执行检查规则前，建议先建立有效合理的要素空间索引。接边检查可利用图像缓冲区处理方法，先得到缓冲区范围内接边实体，然后根据设定接边限差值，遍历范围内实体进行空间关系与属性值判断，从而实现接边检查功能。
笔者所在单位基于本设计框架，进行了工具软件开发，并在实际生产中得到广泛应用。特别是在各种比例尺DLG数据建库、第一次全国地理国情普查地表覆盖与地理国情数据采集项目中，该工具软件有效提高了工作效率，确保了成果质量和任务进度。并作为免费交流软件，在省内其他单位和国内地理国情普查技术群中进行了共享，反响良好。
基于Autodesk Map平台实现的功能主要是运用ObjectARX.NET、ArcEngine、NTS类库等技术，实现了数据自动归层、图形构面、属性赋值、属性检查、图形检查、接边检查、数据转换等工具，能在Auto CAD环境下进行空间数据建库和编辑。
图3 Autodesk Map中工具软件的加载与显示
基于ArcGIS平台实现的功能主要是运用ArcObjects、Add-in插件、GDAL等技术，实现海量数据整合、属性自动赋值、数据检查（图形和属性）、接边检查、图幅裁切、元数据填写、投影变换等工具，能够满足各类空间数据库的数据检查和处理。
图4 ArcGIS中工具软件功能展示
本文所设计与开发的工具软件最大的特色是集合了CAD与ArcGIS的优势，既具有便捷的图形编辑功能，也有高效的查询、处理、质检等空间分析功能。与清华山维、南方iData等国产基础地理信息矢量数据处理软件相比，由于本实用工具软件的空间分析功能采用了ArcObjects、GDAL、NTS等开发技术，在海量数据处理方面具有独特的优势。经过对Autodesk Map 2009、ArcGIS 10.1、清华山维（V2.2.1）、南方iData（V1.0）等软件进行测试、验证和对比，本实用工具软件在数据整合、质量检查、接边检查、数据裁切、元数据填写等功能方面具有明显优势。
数据整合主要包括数据拼接和融合。Autdesk Map的数据整合功能相对较弱，数据拼接需要人工分幅操作，而且数据容量低于300MB，不支持数据的自动融合。
ArcGIS的数据整合功能较好，但需人工分幅分层操作，支持海量数据整合，数据容量大于3TB；数据拼接和数据融合需要分开操作，且数据融合不考虑图形接边处是否咬合，直接对属性一致的图形进行融合。
清华山维（V2.2.1）数据整合功能一般，支持自动整合，但数据容量有限，一般低于700MB，经测试，基础测绘或者地理国情普查项目中只能批量融合40幅左右的1:10000分幅数据，后期还需要在ArcGIS中再人工进行整合。数据融合不考虑图形接边处是否咬合，直接对属性一致的图形进行融合。
南方iData（V1.0）数据整合功能较弱，支持自动拼接，但数据容量有限，一般低于1GB，经测试，基础测绘或者地理国情普查项目中只能批量拼接70幅左右的1:10000分幅数据，不支持自动融合，所以后期还需要在ArcGIS中再人工进行整合。
本工具软件数据整合功能较好，支持海量数据自动整合，数据容量大于3TB。根据项目管理需要，提供两种数据整合模式，一种是仅将MDB数据文件拼接成一个GDB格式数据库，另一种是在数据自动拼接过程中进行图形融合，并且两种整合模式都支持后期数据追加。与其它软件相比，本工具软件不仅数据整合效率高，而且由于在数据融合过程中对图形接边情况进行预判，过滤出接边错误的图形不予融合，因此数据融合质量也远高于其它软件。
质量检查主要包括图形检查和属性检查。
Autdesk Map无质量检查工具，需人工检查。
ArcGIS无属性自动检查工具，需人工检查；有强大的空间关系检查工具，需人工设置检查规则，且每次检查都需要重新设置。但针对点、线的图形错误检查功能不太完善，如缺少点重叠、线伪节点等错误检查。
清华山维（V2.2.1）南方iData（V1.0）和针对小数据量的属性检查功能尚可，但缺少对误报错误的过滤，后期需人工判断错误的真实性。图形检查功能相对较弱，特别是大数据量进行检查时，效率较低。
本工具软件检查功能较好，支持海量数据检查，速度快，检查全面。图形检查功能全面，除了有点、线、面的自身图形检查外，还有三者之间的空间拓扑关系检查。检查过程中，对误报错误进行过滤，检查结果正确率高于其它软件。另外，本工具软件注重错误的定位和说明，有利于生产人员的操作和修改。
接边检查主要包括接边处图形节点咬合一致性检查、属性一致性检查和特殊图形的走向一致性检查。
Autdesk Map无接边检查工具，需人工检查。
ArcGIS提供接边检查工具，可人工编译流程和规则进行自动检查，但存在较多误报。
清华山维（V2.2.1）提供接边检查工具，但存在误报和漏报，正确率在75%左右，需要将数据拼接成整体进行接边检查，不支持海量数据接边检查。
南方iData（V1.0）提供接边检查工具，但存在误报和漏报，正确率在70%左右，需要将数据拼接成整体进行接边检查，不支持海量数据接边检查。
本工具软件接边检查支持海量数据检查，既可对整体数据库进行接边检查，也支持数据拼接前的单幅形态的整体接边检查。检查内容较其他软件更为全面，不仅仅是各图层图形在接边线处节点的严丝合缝检查、属性的完全一致性检查，还包括同类线实体的走向检查、可疑错误的筛选等，基本实现接边检查内容的全覆盖，正确率达到95%。同时注重接边检查错误的定位和描述，自动生成点、线、面错误层，用来存放错误点位置和错误信息描述，便于作业员操作。
图5 接边检查错误实例
Autdesk Map提供裁切工具，需人工选择操作。
ArcGIS提供裁切工具，需人工分层操作。
清华山维（V2.2.1）和南方iData（V1.0）均提供数据裁切工具，但不支持海量数据处理。
本工具软件提供数据裁切工具，支持海量数据裁切。且裁切范围不仅是支持分幅图裁切，也支持任意区域（如行政区）裁切。
Autdesk Map、ArcGIS、清华山维（V2.2.1）、南方iData（V1.0）均无元数据填写工具，GMap根据不同项目需求，专门开发元数据填写工具，根据数据空间关系实现元数据属性的自动填写。
本文所设计和开发的工具软件是在工作量大、作业时间紧、涉及范围广、不断总结实践经验的基础上开发出来的，并在解决各类实际问题的过程中不断完善。实践证明，与以往作业方式相比，利用该工具软件进行作业具有方便快捷、安全可靠、周期短、可操作性强、数据图形及属性完整正确等优点，与同类软件系统相比，具有非常有效的实用性。工具软件的自动开发大大降低了使用单位的项目成本和软件升级费用，提高了软件维护效率，拉近了作业人员与开发人员的距离，使一些好的想法能很快在软件中得以实现。同时，软件中实现的数据处理工具具有通用性，可应用到单位的其他生产项目，提高了单位的技术实力，软件的开发模式和特殊功能也值得其他测绘生产单位、商用软件开发商借鉴。同时，该工具软件针对数据库的制图功能相对较为薄弱，这也是本文以后需要深入研究的一个方向。
参考文献
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Design and development of practical software tools for basic geographic information vector data integrated processing
Xu Chan1,Gao Guoyong1,Xu Hanchao2
(1.Photogrammetry and Remote Sensing Institute of Liaoning Province,Shenyang,Liaoning 110034;
2.Investigation and Design Institute of Water Resourcer and Hydropower Liaoning Provinve, Shenyang,Liaoning 110003)
Abstract: This paper firstly expounds development background and needs of the basic geographical information vector data integrated tool software based on existing technology, and then carries on the brief introduction to the functional framework, running environment and development of language, and focuses on the key technologies in the development of a detailed description. Finally, it gives a concrete illustration, and points out special places of the utility software tools by comparing with some other similar software. The utility software tools can batch processing a variety of scale DLG mapping and warehousing, geographic conditions census data integration and check, and earnestly can compensate some
shortcomings of commercial GIS software such as the massive database of low degree of automation, the quality inspection content is not comprehensive, maintain and update is not timely and so on. The tools can effectively improve the work efficiency and can provide a reference for other first-line surveying and mapping units.
Key words: Cartography; vector data; integrated processing; practical software tools
