三峽庫區(qū)(重慶段)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

陳 云，康景文

(中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川成都610081)

0 引言

三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(以下簡稱TGGD)是以收集到四大類(滑坡、塌岸、邊坡、危巖)400 余處工點資料為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，集查詢、統(tǒng)計、模擬計算等功能為一體的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫及輔助設(shè)計決策系統(tǒng)。TGGD 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包含兩大數(shù)據(jù)庫:分別是屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)庫存儲的是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)域的基礎(chǔ)地理、地質(zhì)空間數(shù)據(jù)以及災(zāi)害點本身的空間數(shù)據(jù)。在空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)過程中，將不同來源的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)格式是一項很重要的工作。

GIS 中最常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可分為兩種:矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以用來描述地理實體的點、線、面三種基本類型。TGGD 空間數(shù)據(jù)庫采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫是以GIS 組件MapObjects 為開發(fā)平臺建立起來的。MapObjects 可以使用的數(shù)據(jù)文件的格式主要有Shapefile、Coverage、SDE、VPF、StreetMap 和各種 CAD 文件［2］。TGGD 空間數(shù)據(jù)庫支持的空間數(shù)據(jù)文件格式是Shapefile。

本文主要介紹如何將TGGD 空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中收集到的不同來源的矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件。

1 空間數(shù)據(jù)庫內(nèi)容、數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)格式

1.1 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

在本系統(tǒng)中，主地圖map1 由17 層地質(zhì)地理信息圖層和8層地災(zāi)圖層(邊坡周界圖層備用，實際是7 層)組成，圖層文件格式為 ESRI-Shape，每個圖層由. dbf(文字?jǐn)?shù)據(jù))、. prj(投影坐標(biāo))、shp(圖形)、.shx()組成。根據(jù)圖形不同，又分為域/區(qū)(zone/area)、線(line)、點(point)三種，疊放次序必須域在下(先放)、線在中、點在上(后放)。

概括起來，TGGD 空間數(shù)據(jù)庫的圖層主要包括以下幾方面的圖件資料。

1.1.1 基礎(chǔ)地理圖件

包括省(市)、縣(區(qū))、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村、自然村的邊界、居民點等。

1.1.2 地物圖件

包括河流、湖泊、鐵路、公路、高速公路等。

1.1.3 基礎(chǔ)地質(zhì)圖件

包括構(gòu)造、地層、巖性。

1.1.4 災(zāi)害點圖層

包括四大類災(zāi)害點的分布圖、標(biāo)注圖。

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫包含的所有圖層及圖層層序見表1 所示。

表1 空間數(shù)據(jù)庫圖層

1.2 數(shù)據(jù)來源

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫的矢量數(shù)據(jù)來源主要有外業(yè)測量、跟蹤數(shù)字化及柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.2.1 外業(yè)測量

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫的災(zāi)害點周界和部分基礎(chǔ)地理、地質(zhì)圖件一般是利用外業(yè)測量儀器自動記錄形成的測量成果。

另外，災(zāi)害點坐標(biāo)和災(zāi)害點周界可以在野外調(diào)查過程中，用GPS 測得。

1.2.2 跟蹤數(shù)字化

利用跟蹤數(shù)字化儀或在計算機(jī)屏幕上，將地圖圖形或圖形柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)［3］。部分災(zāi)害點周界是通過這種方法獲取的。

1.2.3 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫的部分矢量數(shù)據(jù)是通過柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得來的。柵格數(shù)據(jù)包括一些遙感圖像和地圖圖像。

1.3 數(shù)據(jù)格式

采集的各種空間數(shù)據(jù)來源有很多種，其數(shù)據(jù)格式也就各不相同。

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)格式主要有如下幾種。

1.3.1 坐標(biāo)矢量格式文件

坐標(biāo)矢量格式文件包括投影坐標(biāo)矢量格式文件和地理坐標(biāo)矢量格式文件。

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫支持地理坐標(biāo)矢量格式文件，如收集到的是投影坐標(biāo)矢量格式文件，則需要將投影坐標(biāo)矢量格式文件轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)矢量格式文件。

更進(jìn)一步，TGGD 空間數(shù)據(jù)庫支持的空間數(shù)據(jù)格式為Shapefile，則地理坐標(biāo)矢量格式文件需轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件。

學(xué)生思維發(fā)展能力的培育，可以通過多種形式進(jìn)行，比如寫作、閱讀、實踐活動等，在語言的綜合運用當(dāng)中，學(xué)生的思維能力能夠得到有效發(fā)展。比如在進(jìn)行《鴻門宴》的教學(xué)過程中，由于其中人物特色鮮明，故事情節(jié)生動緊張，非常有助于學(xué)生綜合思維能力的培養(yǎng)。因此，可以采用讓學(xué)生扮演角色的方式進(jìn)行“鴻門宴”的重現(xiàn)。在此過程中，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和特點進(jìn)行角色分派，在表現(xiàn)劉邦、項羽、樊噲、項莊等人的語言、神態(tài)的過程中，能夠加強(qiáng)學(xué)生語言的運用能力，促進(jìn)思維發(fā)展能力的提升。

1.3.2 CAD 軟件矢量數(shù)據(jù)

CAD 軟件矢量數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)的一個主要來源，如河流、湖泊、地層、巖性等圖件，其原始數(shù)據(jù)格式是CAD 矢量數(shù)據(jù)。

1.3.3 柵格(圖片)數(shù)據(jù)

收集到的地圖圖像、遙感圖像等圖片。

2 坐標(biāo)矢量格式文件轉(zhuǎn)換為Shapefile

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫中坐標(biāo)格式為地理坐標(biāo)，即經(jīng)緯度坐標(biāo)。收集到的一些數(shù)據(jù)坐標(biāo)為投影坐標(biāo)時，首先需要將投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，然后將地理坐標(biāo)矢量格式文件轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件。

2.1 投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)

投影坐標(biāo)和經(jīng)緯度坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式如式(1)所示。

式中:X、Y——平面直角坐標(biāo)系的縱;

λ、φ、——橢球面上地理坐標(biāo)系的經(jīng)度、緯度(分別自赤道和投影帶中央經(jīng)線起算);

N——卯酉圈曲率半徑(可據(jù)緯度由制圖用表查取);

η——η2=e'2cos2φ，其中 e'為地球的第二偏心率。

2.2 地理坐標(biāo)矢量格式文件轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件

地理坐標(biāo)矢量格式文件可利用一些軟件直接轉(zhuǎn)換成Shapefile 文件。如可利用MapInfo 軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。

3 CAD 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件

TGGD 空間數(shù)據(jù)庫表的數(shù)據(jù)來源一部分是CAD 矢量數(shù)據(jù)，要建立空間數(shù)據(jù)庫，需將這些CAD 矢量格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間數(shù)據(jù)格式Shapefile 文件。

CAD 是計算機(jī)輔助設(shè)計的英文縮寫。常用的CAD 文件有DXF、DWG、DNG 等。在 CAD 的數(shù)據(jù)模型中，點、線、面等幾何要素以二進(jìn)制形式保存于文件中，相關(guān)的注記、顏色、線型等屬性也跟幾何數(shù)據(jù)放在一起，故其具有強(qiáng)大的繪圖功能和處理矢量圖形的能力［1］。但從空間地理信息系統(tǒng)角度來看，CAD 缺乏較強(qiáng)的對空間數(shù)據(jù)信息的描述和分析功能。而GIS 卻能對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、分析和管理。因此，可將CAD 圖形作為已有的數(shù)據(jù)源，將CAD 圖形轉(zhuǎn)換為適用的GIS 數(shù)據(jù)。

CAD 的數(shù)據(jù)格式地形圖要素的表現(xiàn)形式有多種，鑒于其面狀要素不一定完全閉合，線狀要素有交叉等原因，不能滿足GIS 的要求，因此，在轉(zhuǎn)換成GIS 空間數(shù)據(jù)之前，CAD 圖形需做編輯修改等工作。

CAD 一個圖層中可以放置所有的地物信息，但GIS 空間數(shù)據(jù)庫的一層只能放置點、線、面中的一種，所以轉(zhuǎn)換之前要做圖層分層的檢查。另外，要將圖層上不符合GIS 空間數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求的實體過濾掉。

CAD 與Shapefile 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分為直接轉(zhuǎn)換和中間轉(zhuǎn)換。由于CAD 與GIS 系統(tǒng)描述統(tǒng)一空間對象的數(shù)據(jù)模型與語義存在一定的差別，建議通過間接轉(zhuǎn)換的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1)CAD 清理有定位對齊的文字，轉(zhuǎn)存為R12/R14 dxf 文件。

2)用 MapInfo 將 dxf 文件轉(zhuǎn)換為.TAB 文件。

3)用GlobalMapper 將TAB 文件轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件。

4 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件

柵格數(shù)據(jù)是GIS 空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，柵格數(shù)據(jù)的收集實際上就是柵格數(shù)據(jù)矢量化的過程。將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量格式數(shù)據(jù)后，再將矢量格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Shapefile 格式文件。

4.1 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量格式數(shù)據(jù)

圖片校準(zhǔn)的原理是從原始圖像陣列出發(fā)，依次對其中每一個像元分別計算其在輸出(糾正后)圖像的坐標(biāo)，其糾正公式為式中，x，y 為P 點原始圖像的行數(shù)和列數(shù);X，Y 為 P 在新圖像中的坐標(biāo)(即地面坐標(biāo))［2］。

可用OziExplore 軟件矢量化圖片，操作時至少要對圖片中三個不在同一直線上的點的坐標(biāo)進(jìn)行校正。

4.2 矢量格式文件轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件

1)可用OziExplore 軟件載入矢量化的圖片，在圖片上創(chuàng)建軌跡或航點，保存軌跡或航點文件。

2)用MapInfo 等軟件將矢量格式文件轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件。

5 結(jié)語

本文介紹了TGGD 空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中如何將不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shapefile 文件的方法。鑒于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換只針對于TGGD 空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)，所以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存在一定的局限性，僅供參考。

［1］陳能，施蓓琦.AutoCAD 地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS 空間數(shù)據(jù)的技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.測繪通報，2005(8):11 -14.

［2］蔡孟裔，毛贊猷，等.新編地圖學(xué)教程［M］. 北京:高等教育出版社，2010.

［3］黎夏，劉凱.GIS 與空間分析——原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.