基于CAD數(shù)據(jù)的GIS化處理過程的研究與應(yīng)用

周麗珠，周奎，周義軍

(天津市測繪院，天津 300381)

基于CAD數(shù)據(jù)的GIS化處理過程的研究與應(yīng)用

周麗珠?，周奎，周義軍

(天津市測繪院，天津 300381)

利用現(xiàn)有測繪的CAD地形圖數(shù)據(jù)，對CAD數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行研究，主要包括:單元管理、面狀要素處理、屬性加載和數(shù)據(jù)提取，通過左轉(zhuǎn)算法進(jìn)行構(gòu)面處理；對所有面運(yùn)用奇切偶不切原理進(jìn)行切島處理方法，實(shí)現(xiàn)了CAD數(shù)據(jù)自動提取成GIS數(shù)據(jù)。減少重復(fù)生產(chǎn)，提高工作效率，并應(yīng)用于天津市1∶500、1∶2 000地形圖數(shù)據(jù)自動提取GIS數(shù)據(jù)項目。

單元管理；框架線；輔助線；骨架線

1 引 言

地圖符號是地圖的語言，以易于被人理解并便于記憶的形式把現(xiàn)實(shí)世界抽象表達(dá)在地圖上，使地圖成為十分有效的信息載體。通過對地圖符號的解讀，人們可以直觀地了解地圖所表達(dá)的地理信息[3]。AutoCAD是功能強(qiáng)大的繪圖軟件，易于可視化表達(dá)地理信息，成為城市規(guī)劃、市政建設(shè)等行業(yè)常用的繪圖軟件[5]。因此，地形圖數(shù)據(jù)大多以AutoCAD的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行生產(chǎn)、存儲和應(yīng)用。但隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展、地理信息服務(wù)平臺的廣泛應(yīng)用，GIS數(shù)據(jù)的應(yīng)用也越來越廣泛。因此，如何利用現(xiàn)有測繪的CAD地形圖數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理自動實(shí)現(xiàn)GIS化，減少重復(fù)生產(chǎn)，是信息化測繪中既符合實(shí)際要求又亟待解決的問題之一。本文通過綜合考慮CAD地形圖數(shù)據(jù)和GIS的特點(diǎn)，提出了一套綜合兩類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方案，在保有CAD地形圖數(shù)據(jù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了GIS數(shù)據(jù)的無損提取，并成功應(yīng)用于天津市1∶500、1∶2 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)實(shí)踐中。

2 數(shù)據(jù)分析

CAD數(shù)據(jù)主要是描述地理實(shí)體的空間位置和幾何形狀，以點(diǎn)、線、符號塊的方式表達(dá)，帶有圖層、顏色、線型等地圖信息。GIS數(shù)據(jù)主要是描述地理實(shí)體的空間位置和屬性信息，主要以點(diǎn)、線、面的方式表達(dá)，帶有地物的各種屬性信息，如圖層、要素名稱、編碼、房屋層數(shù)、結(jié)構(gòu)、用途、面積等。CAD軟件在繪圖方面功能強(qiáng)大，對地形圖可視化表達(dá)比較容易，因此圖解能力較強(qiáng)。GIS軟件在空間查詢、空間分析等方面更加強(qiáng)大，對圖形與屬性的互操作十分頻繁，但圖解能力較弱，不易于外業(yè)測圖和工程應(yīng)用。

因此，本文結(jié)合CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，提出一種綜合兩種數(shù)據(jù)形式的解決方案，將兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有選擇的糅合起來，并將這個糅合行為貫穿于地形圖的采集、存儲、管理和應(yīng)用的過程中，真正實(shí)現(xiàn)了兩種數(shù)據(jù)并存，兩種數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的目的?？紤]的因素主要有以下幾個方面:

(1)由于傳統(tǒng)CAD地形圖數(shù)據(jù)都是圖幅管理，在圖幅接邊位置面狀要素幾乎都是破碎的，因此圖幅管理方式不適用于GIS數(shù)據(jù)的提取過程，本文采取單元管理的模式。

(2)CAD數(shù)據(jù)中主要是點(diǎn)、線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，沒有面的概念，想實(shí)現(xiàn)GIS提取必須在CAD中考慮面的實(shí)現(xiàn)。

(3)GIS數(shù)據(jù)是帶有各種屬性信息的，因此在CAD地形圖數(shù)據(jù)采集編輯時就應(yīng)將屬性信息錄入各要素。

3 數(shù)據(jù)處理方法研究

3.1 單元管理

在傳統(tǒng)圖幅管理模式下創(chuàng)新地提出了單元管理方式，它是適合數(shù)據(jù)生產(chǎn)和建庫的管理方式，在數(shù)據(jù)上最大限度地保證地物的完整性，在生產(chǎn)上減少接邊工作量，且適于GIS數(shù)據(jù)的提取。

單元是若干由道路、河流圍成的最小區(qū)域組合而成；以行政區(qū)劃界線、地籍街、坊線為主要參考，依據(jù)道路、河流中心線進(jìn)行劃分；單元線不宜切割要素、不應(yīng)跨河，被單元線切割的面狀要素，應(yīng)單獨(dú)維護(hù)；相鄰單元之間不應(yīng)有縫隙和重疊；單元數(shù)據(jù)量以10 MB為宜。如圖1所示，是天津市和平區(qū)1∶500單元劃分圖。

3.2 面狀要素的處理

地理要素按照幾何特征可分為點(diǎn)要素、線要素和面要素。面要素以封閉的多邊形進(jìn)行表達(dá)，表示具有一定范圍的地理要素，或在一定的地圖比例尺上用面表示的要素。在CAD數(shù)據(jù)中沒有面要素的概念，它由閉合線表達(dá)。解決CAD數(shù)據(jù)中面要素的問題，是提取GIS數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。首先應(yīng)對地形圖要素進(jìn)行分析，分析哪些要素應(yīng)為面要素，再針對面狀要素進(jìn)行處理。一般面狀要素分為以下兩種情況:

圖1 天津市和平區(qū)1∶500單元劃分圖

(1)建筑、植被、工礦、橋梁、涵洞等面狀要素范圍相對小且比較獨(dú)立，應(yīng)采用一種數(shù)據(jù)處理方法，通過閉合范圍線、閉合輪廓線和框架線(框架線是用來描述非閉合面狀要素外形特征的閉合范圍線)的方式解決。在CAD數(shù)據(jù)中閉合線可以直接提取為GIS數(shù)據(jù)中的面要素。數(shù)據(jù)處理時分為三種情況:

①采集閉合輪廓線、范圍線表示。在不影響圖面表示的情況下，面狀要素采集閉合輪廓線、范圍線表示，共線部分重線表示。如:一般房屋、架空房屋等。

②加繪框架線表示。在影響圖面表示的情況下，面狀要素采集非閉合輪廓線、范圍線表示，共線部分不重線表示，但應(yīng)按其輪廓、范圍拓?fù)渖煽蚣芫€，框架線保留在數(shù)據(jù)層，出圖時不顯示。拓?fù)涔δ芸稍贑AD中二次開發(fā)完成。如:植被、工礦面等。

③采集框架線表示。橋梁、涵洞等面狀要素通過采集框架線自動生成地物符號，出圖時只顯示地物符號，框架線保留在數(shù)據(jù)層。一般地形圖測圖軟件都可以實(shí)現(xiàn)。

(2)道路、水系面狀地物范圍較大且相互貫通，在GIS數(shù)據(jù)中主要作為背景面使用，因此在CAD數(shù)據(jù)中通過添加道路、水系輔助線(輔助線是為使邊線不閉合的面狀要素邊線閉合而添加的線)與道路、水系邊線拓?fù)渖擅嬉兀瑴p少作業(yè)工作量。添加道路、水系輔助線繪制原則如下:

①不同等級的河流、溝渠水涯線相連時，在等級變換處應(yīng)加繪高等級水系輔助線，如圖2所示。圖2中a處為輔助線，圓圈處為加繪輔助線的起止位置。

圖2 不同等級水系輔助線位置圖

②河流、溝渠遇到水上懸空建筑(例如:房屋、柱廊等)，應(yīng)加繪輔助線，如圖3(a)所示；遇到依比例尺橋梁、閘、涵洞等時，應(yīng)加繪輔助線，如圖3(b)所示。保持水系面的貫通。圖3中a處為輔助線。

圖3 水系遇其他地物輔助線位置圖

③道路在不封閉的情況下，加繪輔助線。不同等級的道路相通，應(yīng)加繪高等級道路的輔助線，加繪時，應(yīng)保證高等級的道路平直。當(dāng)公路與城市道路相通時，宜加繪城市道路輔助線。

④道路遇到單位、小區(qū)入口等處，應(yīng)加繪道路輔助線，輔助線加在道路拐彎前與直線相交切點(diǎn)處，保證道路的平直，如圖4所示。圖中ab、cd、ef為加繪輔助線位置。

圖4 道路輔助線位置圖

⑤道路與建筑物、圍墻等地物共邊線時，應(yīng)加繪道路輔助線。

⑥道路遇到橋梁、通車水閘、鐵路平交道口等處應(yīng)加繪道路輔助線。

3.3 屬性加載

在CAD數(shù)據(jù)采集編輯時就應(yīng)錄入屬性，因此在CAD中二次開發(fā)，利用擴(kuò)展字典的方式存貯屬性數(shù)據(jù)，屬性錄入的載體規(guī)定如下:

(1)點(diǎn)狀要素屬性應(yīng)加在符號上(例如:控制點(diǎn)、不依比例尺的水塔等)。

(2)線狀要素屬性載體分為以下兩種情況:

①單實(shí)線、圖元整體式線狀要素(例如:不依比例尺的鄉(xiāng)村路、單線常年河等)，屬性應(yīng)加在線上；

②有骨架線的復(fù)雜線狀要素(例如:直立式防洪墻無灘加固岸、高壓輸電線等)，屬性應(yīng)加在骨架線上。

(3)面狀要素屬性載體分為以下三種情況:

①范圍線或輪廓線能獨(dú)立閉合的面狀要素(例如:房屋、水池、依比例尺糧倉等)，屬性應(yīng)加在范圍線或輪廓線上；

②范圍線或輪廓線不能獨(dú)立閉合的面狀要素(例如:橋梁、閘、露天采掘場等)，屬性應(yīng)加在框架線上；

③雙線表示的面狀要素(例如:雙線河流、道路等)，屬性應(yīng)加在中心線上。

3.4 數(shù)據(jù)提取

數(shù)據(jù)處理完成后，通過提取軟件，從地形圖數(shù)據(jù)中自動提取為GIS數(shù)據(jù)。滿足CAD數(shù)據(jù)要求的地形圖要素只有點(diǎn)、塊、線要素，而GIS數(shù)據(jù)包含點(diǎn)、線、面要素，為了自動提取為GIS數(shù)據(jù)，我們需要通過一定的方法進(jìn)行計算、處理來獲取面。該方法是將滿足CAD要求的地形圖面要素分成三類:①閉合的多段線，如磚石結(jié)構(gòu)房屋。②首尾相連形成閉合面的多段線，如河流、溝渠。③通過輔助線閉合的道路。對于第一類要素，對多段線進(jìn)行一定的自相交檢查后，直接將其通過格式轉(zhuǎn)換變成面要素。對于第二類要素，通過對照表，獲取其邊線及其對應(yīng)的輔助線；循環(huán)去除懸掛多段線，直到所有的線都不懸掛為止。依次循環(huán)每一條多段線，尋找與之相連的所有線，并記錄下來；依次循環(huán)每一條多段線，運(yùn)用左轉(zhuǎn)算法構(gòu)面；對所有面運(yùn)用奇切偶不切原理進(jìn)行切島處理。對于第三類要素，通過對照表，獲取其邊線及其對應(yīng)的輔助線；對所有的線進(jìn)行去除重合多段線及相交處打斷處理；循環(huán)去除懸掛多段線，直到所有的線都不懸掛為止。依次循環(huán)每一條多段線，尋找與之相連的所有線，并記錄下來；依次循環(huán)每一條多段線，運(yùn)用左轉(zhuǎn)算法構(gòu)面；對所有面運(yùn)用奇切偶不切原理進(jìn)行切島處理。GIS數(shù)據(jù)的點(diǎn)要素主要包括獨(dú)立地物、控制點(diǎn)、高程點(diǎn)、單位點(diǎn)等。線要素主要包括道路中心線、水系中心線、鐵路、垣柵、管線等。面要素主要包括建筑、植被、工礦、橋梁、水系、道路等。圖5為提取軟件界面，圖6為提取后的GIS數(shù)據(jù)。海新區(qū)1∶2 000地形圖(106個單元，約3 180 km2)通過以上數(shù)據(jù)處理方法已實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的提取。

圖5 提取軟件界面

圖6 提取后的GIS數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語

為了避免CAD數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)的重復(fù)生產(chǎn)，盡可能利用現(xiàn)有測繪的CAD數(shù)據(jù)，通過對CAD數(shù)據(jù)處理的方法研究，編寫了GIS提取軟件，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)中只維護(hù)一套CAD數(shù)據(jù)，實(shí)時生成GIS數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時更新維護(hù)。天津市區(qū)1∶500地形圖(269個單元，約400 km2)，天津?yàn)I

[1] GB/T 20257.1-2007.國家基本比例尺地圖圖式第一部分:1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式[S].

[2] GB/T 20258.1-2007.基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典第一部分:1∶500 1∶1000 1∶2000基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典[S].

[3] 謝祖明.基于CAD數(shù)據(jù)生產(chǎn)ArcGIS制圖數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2012(8):121～123.

[4] 崔先國，蘇國猛，李云嶺.數(shù)字測圖與GIS數(shù)據(jù)擴(kuò)展的探討[J].測繪通報，2009(3):5～7.

[5] 胡友元，黃杏元.計算機(jī)地圖制圖[M].北京:測繪出版社，1987.

[6] 王式太，王現(xiàn)中，唐詩華等.數(shù)字測圖與G IS建庫若干問題探討[J].測繪技術(shù)裝備，2006，8(4):23～25.

App lication of Research in the Data Processing from CAD M ap to GIS Data

Zhou Lizhu，Zhou Kui，Zhou Yijun
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

Current CAD topographic map，the study of CAD data processing method，mainly includes:unitmanagement，planar elements processing，properties loading and data extraction，through left dimensions processing algorithm；For all surface by using the principle of the odd cut even irrelevant to island cutting processingmethod，realizes CAD data automatically extracted into GIS data.These can reduce duplication of production and improve the efficiency.Themethod has been used in the project of GIS data automatic extraction from topographicmap of Tianjin in CAD format at 1∶500，1∶2000 scales.

basic management unit；wireframe；auxiliary line；skeleton line

1672-8262(2013)05-23-03

P208.1

A

2013—02—21

周麗珠(1971—)，女，高級工程師，主要從事地理信息數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編寫等工作。