FME在数据处理中的几点应用

原文发布时间：2011-04-14 09:28:36|

作者：跑

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FME的英文全拼是Feature Manipulate Engine（要素操纵引擎），是加拿大Safe Software公司的产品，简单说FME就是GIS数据转换平台，它能够实现超过250种数据格式（模型）的相互转换。如果从技术层面上说，FME不再将数据转换问题看作是从一种格式到另一种格式的变换，而是完全致力于将GIS要素同构化并向用户提供组件以使用户能够将数据处理为所需的表达方式。事实上，许多GIS用户为了在同一系统中获得不同的数据表达方式，也使用FME来操纵数据。

一、  格式转换 

是指异构数据的重组。一个完美的格式转换过程，应该是图形、属性等必要信息的无损处理。目前，FME支持绝大多数格式。而通过组件开发，它还可以实现对国内主流GIS软件格式的支持。因此，使用FME是很好的数据格式转换解决方案。

GIS数据库建立之初，其数据来源往往是传统的制图数据格式，如Autodesk AutoCAD DWG/DXF、Bentley MicroStation Design （V7/V8）等。尽管现在大多数GIS系统都支持中间格式数据的交换，但都不同程度存在问题。或在图形解析中存在漏洞，更多情况下会丢失多数属性。

实例： 

以南方CASS为例。它的图形属性除了包含图层、颜色、线型、块名等基本信息以外，还定义了扩展信息（XDATA）。这部分内容按一定的规律被组织，程序员在读取交换格式DXF的时候往往一筹莫展、顾此失彼。而通过FME Workbench一系列可视化的定置，我们可以轻松地实现DWG/DXF向Geodatabase （MDB）的转换。此外，FME拥有约400转换函数，可以有效、规范化组织数据。

对于程序开发能力不足的前端数据采集人员而言，FME无疑是一种专业利器；而对于整个工程实施进度，也有极大提高。

 

 

 

（图1）  Cass2Arc工作空间

二、    投影变换

一般情况下，各地均建立了适用于工程测量的局部/独立坐标系（也叫地方坐标系）。而由于种种原因，它与国家统一坐标系之间的转换参数是不可知的。这就需要我们根据已有控制成果，分析坐标转换方案，并解算转换参数。

 1、  坐标系转换类型
  
      1）椭球基准面不变

常见于地方坐标系与国家统一坐标系之间的化算。如抵偿高程面、任意投影带、及其它形式变换得来的坐标系。其方法大致分为三类：高斯正反算、投影、四参数相似变换。其中前二者的误差可以忽略不计，后者产生的误差由控制点成果决定。

2）  椭球基准面改变

  大部分独立坐标系是基于1954年北京坐标系（对应于克拉索夫斯基椭球），而国家统一坐标系为1980西安坐标系（对应于IAG1975国际椭球），这里就涉及椭球基准面的转换。此外，自2008年始，CGCS2000（2000国家大地坐标系）也已启用。

常用方法为七参数布尔莎模型。而当精度可进一步降低时，仍可采用四参数相似变换法。

 
2、   FME转换模型

根据下列FME数学模型（式1—2）及一般公式（式3—4）对应关系，将转换参数代入即可

                  （式1）

               （式2）

            （式3）

 

             （式4）

3、   FME坐标系定义

       通过对FME系统文件LocalCoordSysDefs.fme/MyCoordSysDefs.fme的定义，并分别为源数据及目标数据指定该值，即可自动完成坐标系转换。

此外，值得一提的是，FME还可以直接调用ArcGIS预定义坐标系进行投影变换。

4、实例

  某地国土部门拟将下辖各县区基础数据进行整合，坐标系采用国家统一大地坐标系，即西安80系。而各地所采用均为基于北京54系的地方坐标系，建立方式又包含“抵偿高程面”、“任意投影带”及其组合。就数据本身而言，它既有基础地形，还包含了国土行业的数据。因此，它涉及庞杂的数据结构以及点/线/面/注记全部要素类型。

我们首先考虑坐标转换的可行性。针对抵偿高程系，可使用四参数相似变换法；变换投影中心可直接使用投影函数；54系到80系在前面已有论述。

再考虑工程文件的管理及数据属性字段完整性。对于前者，我们可以选择Insert/Update两种写入模式。决定是生成新的文件，还是仅对原文件进行空间运算。对于后者，一般我们期望保持原属性不变。FME从2010版本开始，引入了动态工作空间的概念，很好地解决了这个问题。

 

（图2）  坐标转换流程

 

相比其它软件，FME提供了一整套坐标转换解决方案。即，在一个工作空间可针对批量工程文件进行处理，而其属性可以是动态的。

此外，在上述转换过程中，它没有采用点对点的数据模型，而是直接针对图形。在满足精度要求的前提下，效率最高。

 

三、制图符号化

  在前面我们已经提及，FME不仅是一个格式转换平台，它还提供一定的“辅助制图”功能，即针对具体的图形要素进行改造。这在今后关于自定义函数部分的博文中将补充应用实例，而之前的博文里也有提及。

 

自定义函数的应用(一)

线生成特征点(线转点)

多边形(面)的特征点编号

 

四、几何形验证

FME提供了一个验证图形几何的函数GeometryOGCValidator，它遵循OGCR标准。详细可参考及。

当函数设置模式为“Valid”是，它描述了如下错误信息：

 

由于在2011版本中，对该函数已有详尽的描述，之前的博文也已触及此方面，这里不再赘述。

                                                                                                                  关于GeometryOGCValidator的一点探讨

 

五、拓扑

1、   拓扑关系

尽管FME不是真正意义上的GIS应用平台，——它不象ArcGIS那样定义了一系列拓扑规则并提供了可视化环境对拓扑作专题编辑，但是它仍然具有简洁、有效的处理方式。这里列举几个函数SpatialRelator(/Filter)、TopologyBuilder、Point(/Line/Area)OnLine(/Area)Overlayer，它们都涉及空间位置关系。

2、    空间属性

空间属性与位置的一致性，是指要素的坐标或其它描述位置信息的属性值与实际位置的统一。如宗地、图班相关要素的座落单位。

一般通过叠加分析就可以实现这项检查。然而，由于FME拓扑的严密性，如共边面在公共边的结点不一致即视为错误；此外有些线/面存在跨面的情况。在条件允许的前提下，可以提取线/面的特征点作为检查对象。考虑到点与面的非此即彼关系，这种方法是有效的。

类似的方法还可以用于图斑编号，对于已经结束的二调项目，有大量的实例。

 

结束语

FME作为一个空间ETL工具????即“提取”（Extract）、“转换”（Transform）、“加载”（Load），已经成为GIS数据转换的一种事实标准，被广泛应用于各个行业。

如前所述，FME具有强大的数据处理能力，而其中格式转换是最重要的。笔者在长期使用过程中，充分认识了它的灵活、高效以及对数据格式的兼容。