CAD數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法

薄偉偉，丁俊杰，王愛萍

（1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450003； 2.長安大學(xué) 地測學(xué)院，陜西 西安 710054）

將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為GIS數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)建設(shè)中數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵步驟。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包含2個方面：①數(shù)據(jù)能否從現(xiàn)有CAD格式轉(zhuǎn)換到選定的GIS格式，并保證其幾何空間的要素一致性；②數(shù)據(jù)能否從現(xiàn)有分層標(biāo)準(zhǔn)和成圖方式（數(shù)據(jù)的編碼、分層、接邊、符號顯示、封閉等）無損地轉(zhuǎn)換到新的分層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和成圖方式，并能增加 GIS 數(shù)據(jù)要求的內(nèi)容和屬性結(jié)構(gòu)[1]。

1 AutoCAD與GIS數(shù)據(jù)模型的比較

AutoCAD以圖層組織空間圖形數(shù)據(jù)，不同類型的要素（點、線、多邊形等）可以共層；其實體采用三維坐標(biāo)描述，實體間不具備拓?fù)涿枋鲂畔2]。雖然它與GIS都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但CAD存儲和處理的對象是能以圖形表示的各種地理數(shù)據(jù)，即地理數(shù)據(jù)中可用定位圖形來表示的部分；屬性庫功能弱，不能存儲足夠多的屬性信息，不同的地物類別以顏色、符號、線型、線寬等靜態(tài)的圖形特征和數(shù)據(jù)分層編碼表示，不具備空間分析和決策支持的能力[3]。

GIS具體描述了地理實體的空間特征、屬性特征和時間特征?？臻g特征是指地理實體的空間位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征；屬性特征表示地理實體的名稱、類型和數(shù)量等；時間特征指實體隨時間而發(fā)生的相關(guān)變化[4]。根據(jù)地理實體的空間圖形表示形式，可將空間數(shù)據(jù)抽象為點、線、面3類元素。 GIS中數(shù)據(jù)建立了嚴(yán)密的拓?fù)潢P(guān)系，具有強大的空間分析能力和決策支撐功能[5]。

2 基于FME實現(xiàn)CAD到GIS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

FME是由加拿大 Safe Software 公司推出的一套完整的訪問空間數(shù)據(jù)的解決方案。FME采用語義轉(zhuǎn)換的思想，在轉(zhuǎn)換過程中重新構(gòu)造數(shù)據(jù)，利用語義映射文件提取源數(shù)據(jù)的不同層面和內(nèi)容，生成新的滿足需求的數(shù)據(jù)[6]。

本文提出了基于對照表規(guī)則的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方案，首先根據(jù)要素在CAD下存儲方式及轉(zhuǎn)入GIS后數(shù)據(jù)的組織管理方式，建立兩者的對應(yīng)關(guān)系，通過在FME平臺上開發(fā)轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的無損轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換程序在格式轉(zhuǎn)換的同時還要同時完成以下操作：①按照GIS數(shù)據(jù)設(shè)計格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組織；②對數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理，如構(gòu)建面和建立拓?fù)?；③利用各種拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行注記到屬性的映射；④進(jìn)行圖幅、線、面要素融合；⑤對不同坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換。

2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

如圖1所示，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程包括：①轉(zhuǎn)換前對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，保證數(shù)據(jù)“無遺漏，可分類且正確分類”；②編制轉(zhuǎn)換控制文件和轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；③轉(zhuǎn)換后質(zhì)量控制；④轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)編輯包括對③檢查出的錯誤進(jìn)行修改、相關(guān)擴展屬性添加、數(shù)據(jù)拼接等。

2.2 CAD 數(shù)據(jù)編輯處理

CAD和GIS在數(shù)據(jù)組織和要素表達(dá)上存在諸多不同，直接轉(zhuǎn)換往往會丟失信息，且轉(zhuǎn)換后也不能滿足GIS對數(shù)據(jù)的要求，因此在轉(zhuǎn)換前首先需要對CAD數(shù)據(jù)按照GIS數(shù)據(jù)要求進(jìn)行整編。

1）骨架線與符號一致性處理：地形圖上很多地物都有中心骨架線或范圍骨架線，如橋梁、電力線等。對于這樣的要素，要將骨架線和符號線處理為一一對應(yīng)，且?guī)缀涡螤钜恢隆?/p>

2）注記與被注記要素關(guān)系處理：處理好注記與被注記要素的關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)屬性的順利掛接。例如，注記在面內(nèi)，注記在線上，注記與點相鄰最近等。

3）標(biāo)識點、中心線的添加：按照數(shù)據(jù)建庫要求，給居民地、道路之類的要素添加標(biāo)識點、中心線要素。

4）基本拓?fù)涮幚恚簩€劃、面域進(jìn)行基本拓?fù)涮幚?，盡可能消除線懸掛、重疊線、面等錯誤。

5）接邊處理：確保相鄰圖幅屬性和幾何接邊。

2.3 建立對照表規(guī)則

對照表是用來描述要素類特征和控制要素類行為的，是按照設(shè)計要求或作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的轉(zhuǎn)換控制文件。通過對照表來描述要素類的特征，凡是符合某些特征的圖元均轉(zhuǎn)換為這個要素類。

對照表包括2部分內(nèi)容：①用于描述要素類特征，即具備這些特征的都屬于同一要素類；②附加部分，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，屬于同一要素類的圖元均附加部分屬性。對照表規(guī)則的建立需遵循以下要求：

1） FeatureID無重復(fù)，即要素類的唯一確定性；

2）FeatureID用于區(qū)別不同要素，它可以是一項也可以是幾個項的組合，如可利用“層+色+符號名”來控制原圖中點要素屬于某一要素類，一般用要素代碼來唯一區(qū)分；

3）圖中出現(xiàn)的所有要素類，在對照表中都有表示，以保證原圖中所有圖元均可正確轉(zhuǎn)換。對照表結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如圖2所示。

2.4 轉(zhuǎn)換的實施

基于FME平臺開發(fā)轉(zhuǎn)換程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時要同時進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)檢查，單獨列出不滿足轉(zhuǎn)換條件的圖元，以便檢查修改。主要轉(zhuǎn)換過程如下：

1）讀取DWG文件中每個圖元，并根據(jù)對照表的設(shè)計將其轉(zhuǎn)到GIS數(shù)據(jù)相應(yīng)的圖層中，同時將從原圖屬性中的相關(guān)屬性等賦予該圖元。

2）對不同圖層作相應(yīng)處理，同時對要轉(zhuǎn)為屬性的注記進(jìn)行操作，通過注記與圖元的關(guān)系來獲取。

3）第1步轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的錯誤主要是將圖元分到錯誤的要素類，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換中要素的丟失。出現(xiàn)任何錯誤均應(yīng)返回到DWG文件進(jìn)行查找并修改，以保證轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的正確性和完整性。

4）第2步轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的任何錯誤均直接修改GIS數(shù)據(jù)，同時修改DWG數(shù)據(jù)，保證2套成果的統(tǒng)一。其錯誤可能包括： 要寫為屬性的注記與對應(yīng)圖元位置關(guān)系錯誤，要構(gòu)面的邊線不閉合，對島的處理不符合要求等。部分轉(zhuǎn)換程序如圖3所示，轉(zhuǎn)換前后效果如圖4所示。

[1]包輝.淺談 CAD 與 GIS 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[J].信息與電腦，2011(2)： 90

[2]王艷東，龔健雅，黃俊韜．基于中國地球空間數(shù)據(jù)交換格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法[J]．測繪學(xué)報，2000，29(2): 142-148

[3]孟妮娜，周校東．GIS空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DXF格式的方法研究[J]．測繪科學(xué)，2007，32(2)：105-107

[4]鄔倫，劉瑜，張晶，等．地理信息系統(tǒng)——原理、方法與應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社， 2002

[5]李嬌嬌，王崇倡．基于ArcGIS的CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[J].交通科技與經(jīng)濟，2009(1)：42-44

[6]夏興東，沈娟紅．FME在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代測繪，2011，34(3):62-64

[7]徐方斌，劉仁義，張豐，等．一種使用語義和遺傳進(jìn)化思想的CAD和GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法[J]．浙江大學(xué)學(xué)報：理學(xué)版，2012，39(5)：587-592

[8]周張琪，彭明軍．CAD 到 GIS 的批量轉(zhuǎn)換方法比較及其基于ArcEngine的實現(xiàn)[J]．測繪科學(xué)，2010(5)：161-163

[9]郭嵐，席晶．MapGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法研究[J]．西安科技大學(xué)學(xué)報，2011，31(1)：64-67