計(jì)算機(jī)應(yīng)用論文發(fā)表期刊推薦北大核心級(jí)期刊《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件》，《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件》創(chuàng)刊于1984年，由上海市計(jì)算技術(shù)研究所和上海計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)開發(fā)中心共同主辦，是全國(guó)中文核心期刊、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)會(huì)刊，并已納 入《中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國(guó)科技核心期刊）》、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫來源期刊》、《萬方數(shù)據(jù)—數(shù)字化期刊群全文收錄期刊》、《中文科技期刊 數(shù)據(jù)庫（全文版）收錄期刊》、《中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫（CSCD）來源期刊》、美國(guó)《劍橋科學(xué)文摘》收錄期刊、美國(guó)《烏利希國(guó)際期刊指南》等數(shù)據(jù)庫收錄。

　　摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)經(jīng)歷了將近五十年的發(fā)展，日趨成熟，正在由二維GIS走向三維GIS。然而同GIS的開發(fā)相比，GIS的數(shù)據(jù)錄入或數(shù)據(jù)庫建設(shè)明顯薄弱。因此怎樣利用好現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)，讓其符合GIS的要求仍然是當(dāng)前的重要問題。本文以地下管線CAD數(shù)據(jù)為例，論述CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)的主要區(qū)別、轉(zhuǎn)換方法以及轉(zhuǎn)換過程中存在的問題。

　　關(guān)鍵詞：GIS,CAD數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,ArcGIS

　　1引言

　　經(jīng)歷將近五十年的發(fā)展歷程，GIS在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，已日趨成熟。GIS由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。在GIS項(xiàng)目建設(shè)過程中，數(shù)據(jù)占GIS整個(gè)工作流程75%的時(shí)間[1]，這就意味著在商業(yè)應(yīng)用中，GIS系統(tǒng)成本的75%甚至更多用在了數(shù)據(jù)的建設(shè)上。而且數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。鑒于此，有關(guān)專家提出數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將現(xiàn)有的地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)[2]。

　　在我國(guó)，地圖數(shù)據(jù)絕大多數(shù)來源于測(cè)繪部門。目前，廣大測(cè)繪工作者普遍采用AutoCAD系列軟件進(jìn)行作業(yè)。因此我國(guó)各大中城市的大中比例尺地形圖中不同程度地都有AutoCAD數(shù)字地形圖。地圖數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換也相應(yīng)地變?yōu)镃AD到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。ArcGIS作為常用GIS軟件，具有強(qiáng)大的空間分析、數(shù)據(jù)管理等功能，在建立空間數(shù)據(jù)庫方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)[3]。筆者以地下管線CAD數(shù)據(jù)為例，利用ArcGIS的Geodatabase數(shù)據(jù)模型，探討了CAD數(shù)據(jù)有效地轉(zhuǎn)換到GIS數(shù)據(jù)庫的方法，總結(jié)了可行的解決方案。

　　2CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的主要區(qū)別

　　CAD和GIS之間有大量的技術(shù)重疊，兩者都用計(jì)算機(jī)圖形，相似的輸入、輸出設(shè)備，并生成漂亮的彩色圖像。但是，兩者的相似性到此為至。同GIS相比，CAD較簡(jiǎn)單，下面介紹一下兩者之間的不同之處：

　　（1）拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系是GIS區(qū)別于CAD的一個(gè)重要特征，CAD中的圖形元素之間沒有拓?fù)潢P(guān)系，在其數(shù)據(jù)庫中，通常只記錄著表示圖形元素幾何位置、形狀及大小的幾何坐標(biāo)和表示圖形元素性質(zhì)（如顏色、層等）的輔助數(shù)據(jù)。而在GIS系統(tǒng)中，不僅幾何坐標(biāo)，而且元素間的拓?fù)潢P(guān)系都是數(shù)據(jù)中不可缺少的內(nèi)容。

　　（2）數(shù)據(jù)組織。在GIS系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)按專題形式組織，一個(gè)專題（如道路、水系）對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)據(jù)文件或一組數(shù)據(jù)文件，各個(gè)專題數(shù)據(jù)獨(dú)立存在于GIS數(shù)據(jù)庫中。在CAD系統(tǒng)中，一幅CAD圖形往往對(duì)應(yīng)于多個(gè)專題內(nèi)容。如一幅地形圖中，有等高線、建筑物、道路等多個(gè)專題。當(dāng)然，CAD圖形中的多個(gè)專題可以分別處于圖形的不同層中。但是，他們統(tǒng)一存儲(chǔ)在一個(gè)圖形文件中。通常CAD圖形中一層可以對(duì)應(yīng)于GIS系統(tǒng)的一個(gè)專題。

　　（3）屬性與符號(hào)。在CAD中，出了圖形坐標(biāo)以外，另一個(gè)重要內(nèi)容就是圖形數(shù)據(jù)。一個(gè)點(diǎn)狀元素可以用不同的圖形符號(hào)表示，一條線段可以對(duì)應(yīng)于不同的線型，正是有了這些符號(hào)，CAD中的圖形才具有很強(qiáng)的可視性。不同的符號(hào)可以具有不同的形狀、大小和顏色。在GIS中，圖形數(shù)據(jù)只有點(diǎn)、線、面三大類。各個(gè)元素沒有固定符號(hào)表示在圖形庫中。但是，除了圖形數(shù)據(jù)以外，GIS數(shù)據(jù)庫中還有一部分屬性數(shù)據(jù)，通常圖形數(shù)據(jù)的符號(hào)特征記錄在其中。對(duì)應(yīng)于不同的屬性內(nèi)容，圖形元素也可以以不同的形式表現(xiàn)出來。

　　3CAD轉(zhuǎn)換到GIS數(shù)據(jù)存在的問題

　　之前已有一些人進(jìn)行了CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)研究[4][5][6]。但是都沒能很好的解決在GIS系統(tǒng)里的存儲(chǔ)和顯示問題。沒能夠有效的表達(dá)CAD數(shù)據(jù)中的元素之間的幾何關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系。嚴(yán)格意義的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)時(shí)要保持其空間要素的幾何一致性，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)要無損的表達(dá)。現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換存在以下問題：

　　（1）要素丟失：CAD軟件中某些圖形實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能在GIS軟件中接受，或者轉(zhuǎn)換前后數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系沒處理好，導(dǎo)致在CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)時(shí)，有的要素沒有轉(zhuǎn)換過來，造成了數(shù)據(jù)要素的丟失。

　　（2）要素變形：CAD幾何形狀包含水平和垂直線段，通常線段之間的夾角是規(guī)則的。GIS實(shí)際上不包含水平或垂直線段，除了直角，其它的規(guī)則夾角很少；在CAD中，圓弧和曲線是基本的，而在GIS中，它們實(shí)際上不存在。由此可見，CAD軟件中的基本圖元定義與GIS軟件中的不完全一致，CAD中的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和GIS中的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一樣，再加上原CAD數(shù)據(jù)在作業(yè)的時(shí)候操作不規(guī)范，都有可能造成轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)要素變形。

　　（3）數(shù)據(jù)冗余：圖形數(shù)據(jù)中可能存在碎線（如等高線、海岸線等）、空注記，或者因CAD中數(shù)據(jù)分層不合適造成轉(zhuǎn)換后線上點(diǎn)密現(xiàn)象，都會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余。

　　（4）屬性信息不足：各種CAD軟件都很少附有屬性信息，這樣就造成轉(zhuǎn)換后屬性信息不足，而屬性信息卻是GIS實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用分析功能的關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后許多屬性信息追加起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易產(chǎn)生錯(cuò)漏并且不容易檢查修改[4]。

　　4ArcGIS的解決方案

　　在格式間的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在的各種GIS平臺(tái)都提供了面向其他平臺(tái)的數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換工具，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法[7]很多。但是這并沒有解決GIS對(duì)數(shù)據(jù)部門的真正需求，格式的轉(zhuǎn)化僅僅達(dá)到了顯示數(shù)據(jù)的圖面表示目的。然而僅僅擁有圖面的數(shù)據(jù)對(duì)GIS系統(tǒng)而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，缺乏與圖面幾何要素相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)，GIS的強(qiáng)大空間分析能力就無從談起。因此要真正的實(shí)現(xiàn)在CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，圖形的一部分內(nèi)容（幾何坐標(biāo)）需要轉(zhuǎn)換成GIS的圖形數(shù)據(jù)，一部分內(nèi)容（幾何特征）需要以屬性的形式記錄到屬性表中。

　　下面對(duì)地下管線CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，提出一種基于ArcGIS的解決方案。基本流程（見圖1）分為CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前期處理；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后符號(hào)設(shè)計(jì)、屬性提取、更新入庫。

　　圖1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換解決方案基本流程

　　4.1地物分層，數(shù)據(jù)編碼

　　CAD是以圖層的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，包括點(diǎn)、線、面3種元素，圖層組織沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而GIS一個(gè)圖層只表示一種元素，而且，CAD的分類不夠精確，為了出圖效果更好，將同一元素以多個(gè)圖層的方式出圖，如將道路中心線，地下管線路中線等分成多個(gè)圖層。因此，CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)時(shí)，GIS數(shù)據(jù)圖層總數(shù)往往比CAD多，這樣繁多復(fù)雜的圖層關(guān)系，不利于GIS系統(tǒng)的管理分析。

　　對(duì)CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行圖層分類，首先應(yīng)對(duì)CAD源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后根據(jù)用戶的目的及數(shù)據(jù)處理的需求，提取CAD圖層的主要信息，對(duì)轉(zhuǎn)換后的GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行分層組織。

　　圖層分類是對(duì)數(shù)據(jù)的定性標(biāo)識(shí)，也是進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)編碼是一個(gè)或一組有序的數(shù)字或符號(hào)，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息查找和識(shí)別。編碼是GIS系統(tǒng)中地物的唯一關(guān)鍵字[4]，也是實(shí)現(xiàn)GIS基礎(chǔ)空間信息共享的基礎(chǔ)，GIS編碼必須按照國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，操作方便，且必須要有可擴(kuò)充性，有利于日后信息的擴(kuò)充。

　　4.2屬性設(shè)計(jì)

　　GIS系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的最大不同，也是GIS優(yōu)勝之處，便是GIS系統(tǒng)能支持海量的屬性信息。轉(zhuǎn)換后需要根據(jù)CAD中的擴(kuò)展屬性，對(duì)GIS空間數(shù)據(jù)庫圖層進(jìn)行屬性設(shè)計(jì)，在ArcGIS的Geodatabase數(shù)據(jù)模型中，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是存在關(guān)系數(shù)據(jù)表中的，實(shí)現(xiàn)了屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的有機(jī)集成[8]，可以根據(jù)GIS數(shù)據(jù)庫滿足應(yīng)用要求為前提，對(duì)CAD圖形進(jìn)行編碼，并進(jìn)行屬性鏈接的操作。

　　4.3符號(hào)設(shè)計(jì)

　　在轉(zhuǎn)換后的GIS數(shù)據(jù)庫中，要素不能以符號(hào)顯示，只有點(diǎn)、線、面和注記實(shí)體，不能識(shí)別為何種地物，因此要具有完善的符號(hào)庫和符號(hào)匹配開發(fā)，可以在ArcGIS中，參照點(diǎn)、線、面符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，設(shè)計(jì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換匹配符號(hào)庫，實(shí)現(xiàn)地理要素與其對(duì)應(yīng)地地圖圖式的匹配與連接[9]。

　　5技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　ArcGIS提供的Geodatabases數(shù)據(jù)模型具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，利用它可以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及管理。處理流程包括以下四個(gè)步驟：①在ModelBuilder中對(duì)CAD數(shù)據(jù)到Geodatabase數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行建模（圖2）；②建立CAD數(shù)據(jù)和Geodatabase數(shù)據(jù)的屬性項(xiàng)對(duì)照表（表1和表2）；③利用ArcGIS工具實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)到Geodatabase數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換（圖3）；④利用ArcMap對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化處理（圖4）。通過試驗(yàn)，成功地實(shí)現(xiàn)了地下管線CAD數(shù)據(jù)向GIS空間數(shù)據(jù)庫中的轉(zhuǎn)換，通過對(duì)比可以看到轉(zhuǎn)換以后，圖形要素的空間特征、顏色得到了保持，沒有丟失圖形要素。

　　圖2從CAD到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換流程

　　圖3原始地下管線CAD數(shù)據(jù)

　　圖4CAD轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的符號(hào)化結(jié)果

　　6結(jié)束語

　　隨著GIS在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，GIS的開發(fā)顯得日趨成熟，GIS數(shù)據(jù)庫的建設(shè)顯得相對(duì)薄弱，利用現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成GIS數(shù)據(jù)是一個(gè)值得關(guān)注的數(shù)據(jù)快速生成方法。該文通過分析比較CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，以地下管線為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討了從CAD數(shù)據(jù)到Geodatabase數(shù)據(jù)庫的方法，并且試驗(yàn)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、屬性提取的功能。雖然只是針對(duì)地下管線做了實(shí)驗(yàn)，但可作其他CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫的參考。

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