动态矢量数据与在线地图的实时发布与实现

李鸿宇，卢小平，王志军，豆喜朋

(1. 河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南 焦作 454003； 2. 河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003)

动态矢量数据与在线地图的实时发布与实现

李鸿宇1，卢小平1，王志军2，豆喜朋2

(1. 河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南 焦作 454003； 2. 河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003)

针对城市勘测规划中需要将AutoCAD矢量数据与WebGIS发布的地图进行叠加分析的应用需求，本文提出了在两种异构数据中寻找同名节点相应位置的方法，建立了一种基于节点向量同名节点(无几何畸变)的快速转换模型匹配方法，并通过AO(ArcObjects)/ArcGIS Server发布地图服务使不同坐标系下的矢量数据与在线地图进行同步匹配，实现了在WebGIS平台下用户对矢量文件的在线审查、分析等功能，并以实例应用结果表明了该方法的有效性。

动态矢量数据；快速匹配；同名节点；在线地图；Uploadify

城市勘测设计是城市规划、建设的基础和前提，也是城乡规划管理过程中不可分割的工作环节，可为城乡规划提供强有力的技术支撑和保障[1-2]。目前，城市规划部门积累了庞大的数据和文档资料，且呈现多元化(纸质、图片、AutoCAD、Shape文件)等特点，因此迫切需要运用现代信息化手段对这些数据进行管理。AutoCAD拥有较强的数据交互能力，可以进行多种数据转换，是目前最主要的绘图工具，在制图表现形式方面具有GIS系统无法比拟的优势[3-4]，但其在管理地理信息数据方面存在局限性，如拓扑关系和空间数据的分析方面难以实现等。随着WebGIS在城乡规划、工程勘测、数据库管理等领域的广泛应用，用户需要将AutoCAD生成的数据文件与WebGIS发布的地图服务进行叠加分析，实现多源数据融合，便于对比地图数据和地图底图两者在地块形状、空间位置、坐标等方面的差异，并及时进行修改和完善，从而简化操作流程，提高工作效率。在C/S架构下，客户端通常是将AutoCAD图形数据直接导入ArcGIS平台指定的空间，即可实现数据的叠加[5-6]。而B/S架构模式下客户端只有浏览器[7]，无法直接导入AutoCAD矢量数据，使得WebGIS系统难以实时提供AutoCAD矢量数据的在线叠加功能，即无法进行实时叠加分析，从而制约了WebGIS系统的应用。

文献[8]提出R+树对叠加算法进行改进，但当图层中图元数目较多、数据量较大时，该方法计算耗时较长。文献[9]提出利用更新后的地图要素对应的坐标范围计算对应的行列号，以此重新生成该范围内的瓦片，但当在线编辑地理要素涉及的空间范围较大时，该方法计算过程比较繁琐。针对AutoCAD数据与GIS底图图斑外边界较为规则、类型相对单一等特点，现有的点特征匹配方法难以满足同名点匹配精度要求，本文提出一种顾及地图空间关系的节点向量同名点匹配方法，可使AutoCAD数据文件与GIS底图进行精确配准与叠加，利用WebGIS平台实时发布的AutoCAD矢量数据，实现矢量数据与在线地图在线准确匹配，并以实例验证本文所提方法的有效性。

1 不同坐标系下的AutoCAD数据与GIS底图叠加方法

AutoCAD矢量数据与WebGIS系统发布的地图服务进行叠加，首先需要将AutoCAD矢量数据上传至GIS服务器，然后转换成Map Service进行服务发布。不同坐标系的矢量数据文件需要通过坐标转换成同一坐标系下的坐标。

1.1 基于节点向量的同名点匹配方法

本文提出利用两节点间的距离L、梯度R及节点间的地图空间关系作为判断同名点的约束条件，不仅能提高计算效率(局部匹配，参与计算节点数少)，同时也能保证匹配的精度。具体步骤如下：

(1)

(2)

式中，XP、YP和XPi、YPi为节点P和Pi在图层M1的坐标值。同理，可根据式(1)、式(2)计算图层M2中Q节点与其相邻节点的距离LQ和RQ。

(2) 对比M1、M2图层各节点L和R是否相同，若两者相同，则通过对应的地图空间关系建立相应的同名点，否则重复上述步骤，继续进行对比。

1.2 七参数转换模型

通过上述过程，可得到1980西安坐标系与1954北京坐标系同名点的对应坐标，然后采用七参数法坐标转换模型(Bursary-Wolf模型的简化形式[10-11])对坐标系进行统一，数学表达式如下

(3)

式中，Δx、Δy、Δz及εx、εy、εz分别为平移参数和旋转参数；k为尺度因子。

通过式(3)求出转换参数后，可以再利用布尔沙模型进行各种坐标转换。如果仅考虑平面坐标，Z值近似为0，则式(3)可简化为

(4)

1.3 AutoCAD数据与GIS底图叠加方法

1.3.1 参数优化

根据式(4)得到的转换参数计算坐标值，精度难以满足实际要求。因此，本文采用随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)通过迭代方式对解算的参数进行优化。RANSAC是Fischler提出的一种鲁棒模型估计方法[12]，其基本思想是将一组观测数据分为局内点和局外点两种，初始均设定为局内点，随机选取观测数据参数化模型，重复迭代对观测数据集取样得到最多局内点的参数估计为最佳模型矩阵。采用RANSAC算法求参数H的具体流程为：

(1) 在控制点对中随机选取两组控制点对,用式(4)解方程组，得到单应矩阵参数H。

(2) 根据计算得到的参数H，测试其他控制点对，采用Sampson距离[13]计算误差距离Dis。

(3) 将误差距离大于阈值的控制点对设为局外点，反之则为局内点。

(4) 重复上述步骤，直到遍历所有点对。

根据RANSAC算法保留了局内点最多的参数H估计值，该参数H为最优参数。

1.3.2 叠加流程

AutoCAD数据与GIS底图叠加的具体技术如下：

(1) 上传图形文件。客户端选择与WebGIS系统发布服务进行叠加显示的AutoCAD图形文件，WebGIS通过Web Service将该文件上传至ArcGIS Server，用于发布服务。

(2) 读取图形文件。ArcObjects不仅具备发布地图服务的功能，还具有灵活的编辑功能和强大的空间分析能力[14]。在GIS服务器新建一个空白的MXD文档，使用ArcObjects将AutoCAD图形作为一个整体由Cadlayer读取。

(3) AutoCAD数据转换为MXD文档。将WebGIS系统发布地图服务所在的空间位置赋予读取后的FeatureLayer，并将FeatureLayers添加到MXD图层集中保存。

(4) 发布地图服务。在服务器上使用拥有发布Map Service权限的用户标识连接到ArcGIS Server，然后新建一个Map Service并进行基本配置，将MAD文档赋予该Map Service，完成服务发布。在客户端，用户根据发布的Map Service及WebGIS发布的服务进行叠加显示和在线分析。

1.4 系统设计

1.4.1 文件上传

由于WebGIS不能直接使用ArcObjects读取AutoCAD矢量数据文件，因此需要利用Uploadify插件读取文件并进行上传。Uploadify函数的参数为JSON格式，通过修改JSON对象的Key值可进行自定义设置，如Key值中的Value可设为字符串类型、布尔类型或对象类型。本文将Key值的Value设为对象类型，实现AutoCAD文件的上传。

1.4.2 矢量数据读取

ArcGIS Server不能直接将AutoCAD矢量数据发布为Map Service，需要利用ArcObjects将AutoCAD数据读取到FeatureLayer，赋予特定的空间位置并添加至MXD文档。本文以某宗地为例，在该宗地边界四周按顺时针方向从左上角开始，依次选取8个点的坐标(1980西安坐标系)，然后根据以上方法，计算这8个点对应的1954北京坐标(见表1)。

表1 转换后的1954北京坐标与已知的1954北京坐标

1.4.3 服务发布

通过ArcGIS Server发布保存在MXD中的AutoCAD矢量数据，客户端通过加载Map Service与WebGIS发布的地图服务，从而实现叠加分析。

1.5 系统功能实现

以Visual Studio2012作为开发环境，ArcGIS Server作为地图服务平台，采用JavaScript脚本语言编写后台代码，同时结合HTML和CSS语言进行前台页面的展示和布局，使用SQL Server 2008存储数据，用Ajax和JSON进行前后台数据的交互[15]。数据库用于存储空间数据和属性数据，并利用空间数据引擎，将AutoCAD数据加载到关系数据库RDBMS。

(1) 数据层：建立基础信息数据库和勘测数据库，通过ArcSDE和SQL Server2008分别实现对空间数据和属性数据的存储。

(2) 应用层：以Microsoft.NET框架作为基础技术平台，以ArcGIS作为通用的业务GIS平台。服务器端利用ArcGIS Server构建勘测总规图、遥感影像图、路网和电子地图底图相关服务。

(3) 表现层：以ArcGIS API for JavaScript开发库调用地图的相关服务，通过Ajax进行前后台数据的交互,并借助于浏览器通过HTML和CSS等语言实现数据的直观展现。

本文基于ArcGIS Server开发的城市勘测规划数据管理系统，实现了AutoCAD矢量数据的实时发布及AutoCAD矢量数据与在线地图的实时在线叠加功能，建立了AutoCAD矢量数据上传、AutoCAD矢量数据AO读取、空间参考赋值、发布地图服务等一整套技术流程。

2 结果分析

利用本文所提方法在试验宗地块上按顺时针方向依次从左上角选取了8个点位的坐标，叠加效果如图1所示。由图1可以看出，用户可更直观地对AutoCAD图形文件与GIS地图进行对比分析。

图1 CAD矢量数据发布

转换后的1954北京坐标与已知的1954北京坐标对比结果见表2。由表2可知，点位的MX(X坐标中误差)、MY(Y坐标中误差)分别为0.042 m和0.054 m，平面位置中误差为MS=0.127 m；X坐标、Y坐标方向上的小于或等于3MS的控制点个数分别为7个和8个，分别占总数的87.5%和100%，说明本文所提方法能够满足用户实时在线叠加和分析的精度要求。

表2 1980西安坐标系与1954北京坐标转换精度统计 m

3 结 语

本文提出建立了一种基于节点向量同名节点(无几何畸变)的快速转换模型匹配方法，设计研发了城市勘测中心数据管理系统，通过AO(ArcObjects)/ArcGIS Server发布地图服务使不同坐标系下的矢量数据与在线地图进行同步匹配，实现了用户利用WebGIS平台对矢量文件在线审查、分析等功能，实例应用结果表明了该方法的有效性。

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Real-time Publishing and Implementation of Dynamic Vector Data and Online Map

LI Hongyu1,LU Xiaoping1,WANG Zhijun2,DOU Xipeng2

(1. Key Laboratory of Mine Spatial Information Technologies，National Administration of Surverying，Mapping and Geoinformation，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003, China； 2. Henan Hydraulic Engineering Investigation and Surveying Co.Ltd., Zhengzhou 450003, China)

In order to meet the needs of the application that the AutoCAD vector data and the maps published by WebGIS need to overlay analysis, this paper proposes a method to find the corresponding position of the same name point in two kinds of heterogeneous data, and establishes a method based on the same point of the node vector (no geometric distortions ), and the vector data of different coordinate systems are synchronized with the online map through AO (ArcObjects)/ArcGIS Server.This system can realize the online review and analysis of vector files under WebGIS platform. The application results show that the method is effective.

dynamic vector data; fast matching; correspondence nodes; online map; Uploadify

李鸿宇，卢小平，王志军,等.动态矢量数据与在线地图的实时发布与实现[J].测绘通报，2017(4)：104-107.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0131.

2016-08-18

2016年国家重点研发计划(2016YFC0803103)；河南省高校创新团队支持计划(14IRTSTHN026)；河南省创新型科技创新团队支持计划

李鸿宇(1990—)，男，硕士生，研究方向为地理信息系统。E-mail：lihongyu1022@126.com

卢小平

P208

A

0494-0911(2017)04-0104-04