VCT空间数据交换格式数据的检测方法研究

摘要：国土资源信大量的是空间地理信息，由于现买中各GIS系统存储、管理GIS数据的格式各不相同，空间数据交换标准是实现GIS数据共享的必要途径，国土资源部制定了VCT矢量数据交换格式来实现各类国土资源空间信息的交换，因此解决大量VCT交换格式文件的数据检测问题是一个迫切需要解决的现实问题通过对VCT格式文件结构的分析，研发了VCT检测工具软件，结合地籍调查数据库成果检侧，建立了通用的空间数据库检测标准模版文件大大提高了VCT格式成果数据的检查、验收工作效率，同时对VCT格式存在的不足和改进提出了建议。

　　关键词：VCT; CNSDTF;GIS；地球空间数据交换格式；国土资源数据；检测；地理信息系统；空间表达式
　　中图分类号：P23文献标识码：A文章编号：1674-3695-（2010)03-03-05

　　引言
　　近年来，我国国土资源信息化建设得到了迅猛发展，国土资源部和各省地方制定了大量相关行业和专业的数据库标准和规范，各地逐步建立了各种类型的管理信息系统，开展了第二次全国土地利用现状调查和全国矿业权实地核查工作，新一轮土地利用规划修编工作也在紧张进行中，以S技术在国土资源管理中得到了广泛应用，结累了大量的空间地理信息数据。国土资源部在国家标准《地球空间数据交换格式》（简称CNSDTF）基础上制定了矢量数据交换格式VCT1.0和VCT 2.0, VCT1.0采用未建拓扑关系（TOPO）的空间矢量数据交换格式，VCT 2.0采用拓扑1的空间矢量数据交换格式，并改进了VCT1 .0的几处不足。VCT矢量数据交换格式广泛应用于国土资源部门土地利用现状调查成果汇交、土地利用规划成果汇交和地籍调查数据库成果交换。我们在实际工作中遇到了一个困难，即我们制定的标准和规范规定的空间数据是以VCT格式来定义的，现实应用的GIS系统大多不支持VCT格式，有的系统通过二次开发来支持VCT格式文件的输出，但能直接正确输人VCT格式空间数据的很少，即使能够输人也会有许多限制，如一个VCT文件只能包含一个要素层等，有的只能转人自身转出来的VCT文件数据，这是对VCT格式数据定义的理解和GIS系统自身内部数据结构与VCT的定义存在较大差异引起的，造成了对VCT格式数据检测的困难。下面通过对VCT格式文件结构的分析，建立检测工具软件的数据结构模型和数据检测标准模型，给出VCT格式文件的检测原理和方法，最后对VCT格式存在的不足和解决方法作一简单探讨。

　　2 VCT数据交换格式文件分析
　　2.1 VCT文件结构
　　VCT数据交换格式文件由六部分组成：第一部分为文件头；第二部分为要素层类型参数；第三部分为属性数据结构；第四部分为几何图形数据；第五部分为注记；第六部分为属性数据。

　　在第一部分文件头中规定了文件的版本号、坐标单位、坐标维数、拓扑关系、坐标系、投影类型、参考椭球体、投影参数、中央子午线经度、坐标范围、比例尺分母、完成的日期、属性字段分隔符等内容，其中坐标维数和拓扑关系对数据交换格式有直接影响的两个参数。ToPo:2表示有结点关联线目标的标识以及线目标有起结点、终结点左多边形、右多边形的拓扑信息，ToPo：1则表示没有这些信息但有多边形关联的线目标标识码。ToPo:0表示没有拓扑，多边形直接带坐标。

　　第二部分要素层类型参数以FeatureCodeBegin开始，以FeatureCodeEnd结束：
　　FentureCodeBegin<CR>{＜要素代码＞,＜要素名称＞,＜几何类型＞,＜缺省颜色＞,＜属性表名＞{,＜扩展属性表名＞}<CR>}lFeatureCodeEnd<CR>
　　这一部分定义是VCT交换格式文件最有特色的地方，有了这一部分的定义，一个VCT文件可以包含多个要素层的空间要素。第三部分属性数据结构、第四部分几何图形数据、第五部分注记、第六部分属性数据是各种空间数据交换格式文件都具有的内容。但是，VCT文件中的几何图形通过要素代码可以分配到各要素层中，通过标识码与对应的属性值关联。另外VCT文件还支持要素的扩展属性表。

　　2.2 VCT文件的主要特点
　　VCT交换格式文件的主要特点是：(l）采用文本格式的明码文件，方便不同系统间的数据交换和查看；(2)空间矢量数据按要素层进行分类组织要素层是具有相同几何类型（点、线、面、注记等），代表同一类地理对象的实体集合，如控制点层为Point图形的集合、界址线层为Lin。图形的集合、宗地层为Polygon图形的集合等；(3）空间数据之间可以有显性拓扑关系也可以没有拓扑关系；(4）一个文件能包含多个要素层，并且可以是不同的几何注记类型，如点状地物、线状地物、地类块、地名注记等可同时存放在一个VCT文件中；(5）同时可以容纳2维和3维坐标的地理要素对象；(6）空间对象同时可带有属性数据。属性数据和图形数据都存放在VCT交换文件中。不同的要素层拥有不同的属性数据结构。属性数据通过目标标识码和几何数据关连。

　　2.3 VCT文件结构与常用GIS平台交换文件数据结构的区别
　　我们常用的GIS空间数据交换格式有E00、SHPFile、MIF/MID、DXF，另外还有许多类GIS软件设计的交换文件格式和一些国外的空间数据交换格式，但大多国内不常用。E00是ARC/INFO用于数据交换的文件格式，它的最大特点是定义了点、线、多边形的显性拓扑关系，随着ARC/INFO及ARCGIS的广泛应用，也成了业界公认的空间数据交换标准。但是E00格式随ARC/INFO的升级，存在多种版本，而E00文件自身又缺乏版本号标识，往往会在各版本之间产生混乱，另外具有相同图形特征的不同要素层不能共存在一个E00文件中。SHP File是一种面向对象的二进制空间数据交换格式，其特点是文件小、精度高、交换速度快，但不能表达要素间显性拓扑关系，一组SHP File（SHP、DBF）对应一个要素层。MID/MIF是MAPINFO的数据交换格式，也不能表达要素间显性拓扑关系；DXF是Auto CAD的图形数据交换格式，它不仅不能表达要素间拓扑关系，也不能带要素的属性数据。

　　 VCT数据交换格式文件吸取了上述交换文件的优点，克服了它们的不足，能够将各类空间地理要素及其属性数据通过要素层类型参数的组织存贮在一个VCT交换文件中，从交换文件的角度来说，这是一种较好的解决方案。但是，由于与现有常用GIS系统在数据组织上的差异性，在用于现有GIS系统间数据交换时感觉特别复杂，有的系统要设置专门的交换辅助定义文件来帮助交换。　　

3 VCT文件检测工具软件的研制和检测原理
　　现在用于对空问地理数据质量检测的工具软件越来越多，但是能够较好地对VCT数据交换格式文件进行质量检测的并不多见，一般是对VCT格式数据先转为其它格式再作检查，这在转换过程中可能已发生错误或数据丢失，有的同时转出VCT和另外供检测的其它格式（如EOO）数据，不对VCT数据检查，因此，针对VCT数据检查开发专门的工具软件是十分必要的。

　　3.1检测软件的数据结构模型
　　VCT数据检查软件的数据结构模型应与VCT数据交换格式模型相同或相近，支持多要素层和拓扑O、拓扑l、拓扑2的数据模型，支持图形规则和属性规则，能够根据不同标准制作数据检测模板，并能无损读人VCT文件数据和自动分层，能进行图形展示和编辑。检测软件数据结构模型见图1。其检测软件的数据结构模型采用层次结构，一个地图检测项目能够包含一个VCT文件所含的所有图形要素层、注记层和拓扑层，要素层对应VCT格式文件中对应的几何和注记要素层，对于拓扑1和拓扑2的数据存贮在对应的拓扑层中，属性数据存贮在对应要素层的属性表中。点、线、面、结点、弧段、多边形和注记等图形对象的定义与VCT格式中描述的类似，而且支持二维和三维坐标。

　　3.2空间图形规则和属性数据规则设计
　　空间图形规则用于检验空间几何图形的相互关系，这里设计了30条图形规则，见图2。属性数据规则由数值函数、字符串函数、日期函数、逻辑函数、字符串匹配规则和图层引用、字段变量、图形参数、空间对象函数、取值范围、编码表和运算符等有机组成的空间表达式组成，用于检验属性数据的准确性。空间表达式可以跨要素层引用图形对象的参数（如长度）、属性字段值、空间对象计算（如求交点坐标）、编码表查询、字符串匹配等强大功能，是检验属性数据的有效手段。

　　图1 检测软件数据结构模型

　　3.3检测标准模版和检测方案
　　有了空问图形规则和空间表达式，我们就可以依据数据库标准建立检测标准模版，并保存在检测标准模版文件中。模版文件的内容包括要素的分层、对应层属性表结构、字段的定义和约束条件、要素层的图形规则和要素层间的图形规则，以及定制要素编码表、符号库、系统容差设置等内容，模版文件对于同类数据检测可以通用。制定好检测标准模版文件后，对具体的检测数据还要建立检测方案，将待检的VCT格式数据与标准模版结合，对VCT数据文件中的要素层与标准模版要素层建立对应关系，生成待检数据方案。

　　3.4 VCT数据文件检测原理和方法
　　对VCT数据文件进行检测需要经过以下步骤：l）检测VCT文件格式是否正确；2）检测VCT格式文件数据的逻辑一致性；3）空间数据是否满足相应标准规范规定的图形规则；4）属性数据是否满足相应标准规范的规定。

　　图2 空间图形规则

　　检测VCT文件格式是否正确主要检测VCT文件格式是否与国土资源部矢量数据交换格式描述的一致，如果存在不一致的地方，就给出错误的行号。VCT文件数据的逻辑一致性检查主要检测VCT文件数据之间的逻辑关系是否与标准定义的一致，如标识码是否唯一、要素的分层和属性是否与要素层类型参数定义的一致、要素的数量是否与相对应的属性表记录数一致等。

　　通过VCT文件格式和数据逻辑一致性检查后，依据相关专业的数据库标准对空间矢量数据和属性数据是否满足相应标准规范进行检测。检测的原理是先根据相关专业的数据库标准制定检测标准模版文件，对具体的VCT检测数据建立检测方案，对于完全按标准转换的VCT数据文件能够自动建立数据检测方案，然后运行待检数据方案即可完成对VCT格式文件的检测，报告检测结果。

　　4 VCT文件数据检测应用示例
　　我们以城镇地籍数据库成果数据检测为例，建立地籍数据库标准模版文件如下：
　　一、名称：城镇地籍数据库成果标准模版
　　二、依据：城镇地籍数据库标准
　　三、微短线最大长度：0.0500，碎面最大面积：0.2500
　　四、标准图层数：43
　　1、图层：点状地形要素
　　属性表名：DDXYS，要素类型名：点状地形要素，层代码：1000001000，要素图形类型：Point，属性项数：
　　五、图形规则表
　　序号规则名
　　1 界址点层点要素全部落在界址线层线要素结点上
　　2 界址线层中线要素类中的要素不能自重叠
　　3 界址线层中每一条线都与本身或本类中其它要素相连
　　4 界址线层线要素不被同一要素类中的其它要素相交和重叠
　　5 界址线层线要素类中的要素不能自相交
　　.
　　.
　　.
　　49 街道层的多边形面积是街坊层中被覆盖多边形面积之和
　　50 地类界线层中的线要素不能自相交
　　地籍数据库标准模版文件制作工具见图3所示。
　　根据用户输人的待检VCT数据文件，调人地籍调查数据库标准模版，将标准模版的图层与VCT文件的要素层自动建立对应关系，生成检测方案，启动数据检测，可获得数据检测结果报告（见图4）。　

图4 检测结果报告（局部）

　　5 结论和建议
　　通过对检测结果与原始空间数据库图形和属性数据的分析比较，本方法检测的结果正确，检测方便、快速，能够较大地提高VCT格式成果的检查、验收工作效率。对于不同类型的VCT格式空间数据检测，只要制定相应的标准模版文件，就可用本文介绍的方法进行检查，具有较高的推广应用价值。

　　对VCT格式本身存在的问题，如注记或属性字段字符串包含分隔符“,”和换行符时无法识别的问题，除用中文全角“,”替换半角分隔符“,”外，还有一种办法加文本字符串结束标识符，如加不常用的“、”（键盘上与“一”在同一键上）字符，同时VCT文件版本号也要改为2.01以示区别和识别。“、”符号在不能识别的转换的系统中会作为字符串的一部分读人，打印时是一个不起眼的小点，不会影响结果，但又是一个可编辑的字符，方便VCT文件的编辑修改。

　　另外建议在polygon定义中增加“面的特征类型”,这样在Topo1和Topo2格式下也能与自带边界坐标串的面要素共存，同时规定要素标识码从小到大排列，有利于加快转换速度。

　　参考文献：
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