1、空间数据转换平台 FME Suite简 介北京世纪安图数码科技发展有限责任公司加拿大 Safe Software Inc FME 中国总代理FME 产品介 绍前 言多年以来，GIS 系统之间的互操作性一直是 GIS 行业的“圣杯”。即使在今天，仍有许多用户会在不同 GIS 系统间移植空间数据时遇到较大的困难，造成这种困难的主要原因在于空间数据格式及模型的多样性，在进行多种数据格式的相互转换时往往需要做大量的软件开发和很多重复的数据处理工作，即使这样，也常常容易造成信息的丢失。目前市场上有很多种数据转换软件，另外，部分 GIS 软件平台也包含了一些对多种数据格式进行读取和操作的功能，但是这些软件
2、往往只能完成两种或稍多几种数据之间的转换，且在数据转换的过程中因为数据模型的不同而丢失了一些重要的如拓扑、部分属性信息。这种情况使得 GIS 系统最核心的价值数据无法得到有效利用，或者为了达到目的而需要付出很高的成本。加拿大 Safe Software 公司（成立于 1993 年）长期致力于通过提供无缝的数据转换解决方案来提高用户对各类空间数据的访问能力，它推出了空间数据转换处理系统 FME(Feature Manipulate Engine) Suite。该系统基于 OpenGIS组织提出的新的数据转换理念“语义转换” ，通过提供在转换过程中重新构造数据的功能，实现了超过 100 种不同空间
3、数据格式（模型）之间的相互转换。此外，利用该系统还可以改善用户已有数据的质量，实现同一单位内部或不同单位之间的不同数据的集中式管理及共享。该系统已经销售到全球 25 个国家的电力、电信、交通、公用设施、石油天然气、规划、测绘、国土、政府机构等行业，以及大批的 GIS/GPS/RS 软件开发商，目前全球用户数已达 150,000 个以上。由于 FME Suite 在数据转换领域的通用性，它正在逐渐成为业界在各种应用程序之间共享地理空间数据的事实标准。FME 于 2000 年进入我国市场，迄今已在规划、国土资源、测绘、电力、电信等多个行业得到了广泛的应用，为用户进行快速、高质量、多需求的数据转换应
4、用提供了高效、可靠的手段。在本书中，我们提供了一系列的文章介绍FME 的技术特点和应用情况，使用户能够针对自己的情况，找到满意的解决方案，使您的数据价值得到更有效的保护，并能够建立更为丰富的应用。FME 产品介 绍目 录1FME 数据转换原理语义转换 .42使用 FME 进行语义数据转换 .73FME 系列产品介绍 .134FME 功能模块介绍 .145GEOMEDIA 和 FME .186ARCGIS 和 FME.237MAPGUIDE 和 FME.268基于 WEB 的数据分发系统 .289应用案例宁波市基础地理信息系统 .3310FME 支持的数据格式一览表 .35FME 产品介 绍1F
5、ME 数据转换原理语义转换传统转换为了能够最好地理解语义转换的重要意义，首先回顾一下传统转换的涵义。传统转换有时可比作一个连接两个数据源的狭小通道。目的是提供一个简单直接地访问外部数据的方法，此方法的基础是对细管两端有限的数据结构支持。传统的转换软件通常仅单向作业，在某些情况下，他们仅处理特定的数据集。以下几点有助于描述传统转换的特点： 从 A 到 B 的基本几何要素映射 简单的点、线概念的支持 传统属性（非图形）数据单独处理 未定义元数据 输入数据与输出模型要求一致此外，由于不同系统的模型可能会有较大的差异，因此会导致一定程度的信息丢失。由于转换软件的基本模型不够强大，只有基本概念得到了适当
6、的处理。下图表明了在转换过程中各数据模型的映射。当转换器读取数据时，给定系统 (“A“) 的结构即被映射到驻留内存代理中。当转换器写入数据时，驻留内存代理的结构即被映射到另外一个系统 (“B“) 中。因为重点主要是重新格式化数据，所以整个模型趋向于最低公用标准。下图泡状图形的大小表示各数据模型的语义内容。FME 产品介 绍在有些情况下，需要在给定系统中重新构造数据以满足转换软件的输入标准。也就是说，系统 A 的用户可能需要重新定义其系统中的数据以符合“规范”的格式即转换软件所能接受的特定的数据输入格式。若无法处理传统（非图形）属性，那么用户就必须作进一步的处理以使其符合他们所使用的系统的处理方
7、式。但到目前为止，市面上找不到专门用于辅助处理此工作的工具。这一不足之处既影响数据提供者也影响用户。为了完成端到端的传输工作，双方不得不频繁地处理数据。使得转换工作变得繁琐、成本高并且费时。实际上，给定数据集的转换常常需要具有丰富经验的工作人员的高度关注。由于以上原因，人们常常把转换工作看作是一种障碍，所以在传统转换方式下，通常有必要将转换过的数据给予存档。其他人即可访问这些转换过的存档数据而不用再从头重复 令人头疼的转换工作。这就使得同一种数据被多次操作，而这种情况也是要避免的。语义转换语义转换则在多个方面与传统转换不同。从整体效果上来看，可大大减少提供者和用户所需的工作量，并可减少相关数据
8、的管理费用。与传统转换软件相比，FME 可提供相当高级的功能。实际上，如此之宽阔的管路转换软件表明了截然不同的软件类型。语义转换的要点如下所示： 定义 A 目标和 B 目标之间的映射 使用要素处理语言FME 产品介 绍 允许重新定义数据模型，如几何关系 1 至几何关系 2、几何关系至面向对象型、面向对象型 1 至面向对象型 2 提供函数来实现查找、统计和计算功能 提供过程用于将原始数据处理成所需类型的数据不论是输入还是输出数据，语义转换提供了一个引擎（带有一种语言），能够重新定义数据。引擎的基础是一个丰富的数据模型，保持内部一致性和可扩展性。输入/输出格式或系统的数据模型映射到该引擎模型是不需
9、要应用最低公用标准的。该引擎提供了一系列方法来进行模型到模型的双向转换。这确保了数据提供者及数据使用者可使用各自的系统平台而不会受到限制。在转换过程中映射各自的数据模型，如上图所示。FME 和 SAIF Lite 的数据模型几乎完全相同；他们比在相应系统中所支持的更为丰富，允许使用内置的 FME 功能进行高度的重新定义。转换不仅可以高度配置，而且可双向执行。原来在转换中所担心的潜在信息丢失的问题，已经被如何提供最大信息内容和最大程度满足用户需求的问题所替代。在数据转换过程中，软件提供众多的选项。针对标准数据集可以定义通用的标准映射文件（使用 FME 语言定义，用来控制转换/ 变换过程），为所有
10、用户使用。对于非标准的数据情况，需要进行培训以便使用本软件更多的功能。另外，对于配置新映射文件的用户或开发者，还必须了解输入数据的实际规范以及输出数据所需要的规范。2使用 FME 进行语义数据转换概述GIS 系统间的互用性多年以来一直是 GIS 行业的“圣杯”。但即使在今天，仍有许多用户会在不同 GIS 系统间移植空间数据时遇到较大的困难。造成这种困难的原因是大多数空间数据转换软件仅进行同构转换。同构转换是空间数据转换最简单的形式。在这种转换过程中，数据或数据模型均没有增值。在转换过程中会丢失信息，或者在使用 CAD 或GIS 系统之前，必须对转换过来的数据进行再加工处理。本篇将讲述目前数据转
11、换存在的问题，并讲述 FME 是如何使用语义转换的方法来处理该问题的。语义转换从一个不同的视角来解决转换的问题，它认为好的结果需要的不仅仅是简单的数据重新格式化，还需要通过提供解决方案，使得用户在生产率上还可以获得提高。数据转换问题目前有许多互不兼容的 GIS 格式。为了使用户能够在系统间转移数据，必须先找到一种方法将其数据转换到新系统中。 将全部现有数据重新数字化，存储到新系统中； 找到一个可自动完成转换的方法。在大多数情况下，第一种方法所需费用惊人，用户一般采用第二种方法。然而，由于众多格式的所有权以及 GIS 销售商严守机密的原因，使得第二种方法复杂化。尽管 GIS 供应商确实提供可互换
12、的格式，但这些格式往往采用最低公用标准（如 DXF），而不是丰富 的 GIS 格式。为了避免受单一供应商的限制或是因为单一供应商的产品无法在采集数据的阶段获得令人满意的数据，不同政府部门及用户引入了许多其他的数据格式，这使得问题更加复杂化。第一代数据转换软件 同构转换第一代数据转换软件一般是作为大量数据转换工作的一部分而开发的，或是由 GIS 供应商作为从竞争对手的系统中转移数据而开发的。许多免费的数据转换软件也被开发出FME 产品介 绍- 8 -来并向公众免费提供。这些数据转换软件执行的是同构转换。同构转换器只是简单的将数据从源系统转移至目标系统中 操作员无法决定数据在系统间转移的方式。转换
13、问题一直是 GIS 供应商的一个心病，因为他们必须将其主要资源致力于不断的改进产品以在竞争中保持领先地位或保持其竞争力，这也是造成转换问题的部分原因。其实，很多转换工作不过是被视为获取其他格式的数据并转入特定系统中的一种手段，或者被视为从对手的产品中直接读取数据以获得竞争优势的一种方式。造成同构转换问题的主要原因是由于转换软件的基础数据模型不够强大，这些基础模型可以很好地表示基本几何形状（如点、线和面），但在表示不同系统的更为复杂或深层次的方面时则表现出极端的缺陷甚至无法表示。这样的数据转换只会达到最低的公用数据标准。除了较差的系统间数据转移的能力，第一代转换软件还存在许多其他问题。这使得用户
14、对转换产品产生怀疑并对其的使用采取谨慎的态度。可维护性：由于许多转换软件是基于项目需要而开发或作为免费软件向公众发布，一般会缺乏相应的文档，或者根本就没有文档。这些软件通常都是以源代码的形式出现，并期望用户能够改进转换软件或修复所发现的问题。此外，因为每个转换软件的建构都是用于在两个特定的系统间移动数据，而并非用于一般用途的转换引擎，用户必须维护一组转换软件。实际上，许多主要依赖 GIS 开展业务的机构还有一个 MIS 部门，这个部门往往有复杂的数据转换的需求以及执行转换所需的众多数据转换软件。可配置性：这些数据转换软件用于执行特定的转换问题，因此他们可用的配置选项非常的少。用户获得的输出结果
15、基本上就是转换软件开发者提供的数据格式，而不完全是当前用户想要的数据格式。可用性：由于每个数据转换软件均相对独立，使用方法也各不相同，用户必须非常熟悉多个软件的使用方法，这使得用户面临很大困难。灵活性：同构转换软件的灵活性非常有限，一般只是将输入数据移至输出系统，仍保持与原系统相同的数据表示。所处理的数据量通常也非常小。单向性：转换软件本身是设计专门用于将数据从系统 A 移至系统 B。若要以相反的方向移动数据，则需要另外的转换器。在使用同构转换软件的情况下，要在两个系统间以“无数据损失”的方式共享数据几乎是不可能的。FME 产品介 绍- 9 -第二代数据转换软件 语义转换语义转换是由 Open
16、GIS 协会创造的一个术语，允许用户在转换过程中重新构造数据，以解决第一代数据转换软件存在的问题。语义转换使以下目标成为可能：用户可以根据其特殊的需求，提取相同数据源的不同层面和内容，而不是以单一格式输入数据。当在系统间移动具有截然不同的数据模型（面向对象型/关系型）的数据时，这一功能特别重要。语义数据转换主要是用于改变数据的表示方法，以便满足最终用户或系统的需求。在数据转换过程中改变数据格式只是该转换过程的一小部分。语义转换以完全不同的思路对待所有的数据转换问题。语义转换提供可重新定义输入或输出数据的引擎，引擎的基础是一个丰富的数据模型，其保持内部一致性和可扩展性。输入/ 输出格式或系统的数
17、据模型映射到该引擎模型是不需要应用最低公用标准的。该引擎提供了一系列方法来进行模型到模型的双向转换。这确保了数据提供者及数据使用者可使用各自的系统平台而不会受到限制。这样，仅有小部分语义数据转换产品真正用于数据格式转换。语义数据转换软件所做的所有处理均使用同构转换功能来完成。这些同构要素必须足够丰富以表示任何当前或将来 GIS 系统中的要素。所有的数据转换问题变成了如下问题： 将源数据转换成同构要素 这时进行语义数据转换，该步骤将重新整理数据以便以用户希望的方式表示数据 同构数据被转换成目标格式注意：同构要素仅存在于转换软件的存储器中 并非真正的物理格式。语义转换的实现 FMEFME（要素操纵
18、引擎）是对语义数据转换方法的实现，是多年研究和开发的结果。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，许多客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。如今，FME 软件被世界范围内成千上万的用户使用，在不同格式或系统间轻松完整地转换数据。FME 产品介 绍- 10 -FME 可完成的一些操作范例包括： 分解多边形：分解基于公用属性值的多边形。 坐标转换：将要素从一个坐标系统转换到另一个坐标系统。包括 进行 NAD 转换。 裁剪：裁剪位于指定区域之内或之
19、外的要素。 构建多边形：把一组输入的图形构建成多边形。 属性操作：选择和合并基于复杂属性规则的要素。FME 所执行的整个数据转换过程都通过语义映射文件来控制，该文件指定执行数据转换的方式。FME 由三个主要模块组成： 语义数据转换引擎：这是 FME 的核心模块，负责实际的转换工作。 语义映射文件注册表：该注册表提供了用于管理众多不同语义映射文件的机制。该注册表提供了简单的过滤操作，该操作用于在数据转换过程中选择所需的映射文件。注册表提供了分类机制，用于在不同类的用户间开发和共享数据转换规范。 自动语义映射文件生成器：可使 FME 以完全自动的方式执行转换。可使 FME 按照第一代数据转换软件的功能执行数据转换，对于那些想在 FME 支持的系统中快速查看数据的用户来说通常会很有用。
