基于規(guī)則和模板的CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

周義軍，劉小飛，舒濱，劉宓

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引言

隨著地理信息行業(yè)的蓬勃發(fā)展，市場對GIS數(shù)據(jù)的需求越來越大，而現(xiàn)有的測繪成果大多以CAD數(shù)據(jù)為主。為了充分利用現(xiàn)有的數(shù)字化成果，CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換成為行業(yè)內(nèi)必須面對和解決的問題。現(xiàn)有的CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換大體可分為兩種方式，一是利用現(xiàn)有的軟件所提供的轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，此種轉(zhuǎn)換大多只能達(dá)到數(shù)據(jù)顯示的需要，往往要對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行一系列人工處理，才能達(dá)到實際應(yīng)用的要求;另一種轉(zhuǎn)換方式是基于現(xiàn)有的軟件提供的二次開發(fā)組件，結(jié)合實際要求進(jìn)行二次開發(fā)，達(dá)到無損轉(zhuǎn)換的要求。本文采用第二種方式，提出了一種基于規(guī)則和模板的CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解決方案，實現(xiàn)了GIS數(shù)據(jù)的自動、無損轉(zhuǎn)換，并具有一定的兼容性。

2 CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存在的問題

由于數(shù)據(jù)組織模型的不同，CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)組織、表達(dá)和應(yīng)用等方面都不盡相同，轉(zhuǎn)換過程中很難將數(shù)據(jù)承載的信息一一對應(yīng)過去。目前，很多的轉(zhuǎn)換方法都或多或少的存在一些問題:

(1)由于CAD軟件和GIS軟件對圖形實體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義不一致，轉(zhuǎn)換過程中造成要素丟失和要素變形。

(2)由于CAD軟件很少考慮地理要素的拓?fù)潢P(guān)系，在轉(zhuǎn)換過程中，CAD數(shù)據(jù)的誤差和錯誤完全被傳遞到GIS數(shù)據(jù)上。

(3)CAD軟件對符號的表達(dá)不夠規(guī)范，在轉(zhuǎn)換過程中很難將符號信息剔除出去，造成大量數(shù)據(jù)冗余。

(4)針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沒有一個詳盡適用的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致轉(zhuǎn)換程序很難達(dá)到兼容性。

我們針對上述幾點問題，設(shè)計出一種基于規(guī)則的CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換程序。首先，針對兩種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計出一種合理的轉(zhuǎn)換規(guī)則——對照表，其次，對應(yīng)于轉(zhuǎn)換規(guī)則，人為設(shè)定GIS數(shù)據(jù)模板。對照表和GIS數(shù)據(jù)模板可以人為的進(jìn)行控制，同時修改它們可以動態(tài)調(diào)整和改變轉(zhuǎn)換結(jié)果。基于ArcGIS Engine組件和CAD二次開發(fā)組件實現(xiàn)了CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的無損轉(zhuǎn)換，并詳細(xì)敘述了程序的設(shè)計原理和實施步驟。目前，此應(yīng)用程序已經(jīng)應(yīng)用到實際工作當(dāng)中，通過了時間的檢查，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

3 轉(zhuǎn)換功能詳細(xì)設(shè)計

按照圖形的幾何特征，空間數(shù)據(jù)可分為點、線、面和注記4種地理要素。CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的實質(zhì)就是這4種地理要素間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程可細(xì)分為4種地理要素的幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的讀取，組織和寫入過程。按照此種思路，本文采用模塊化的設(shè)計理念對轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。如圖1所示，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能大體可分為以下幾個部分:轉(zhuǎn)換規(guī)則和GIS數(shù)據(jù)模板設(shè)計，數(shù)據(jù)讀取，錯誤處理，數(shù)據(jù)寫入以及后續(xù)處理。

圖1 轉(zhuǎn)化功能流程圖

3.1 轉(zhuǎn)換規(guī)則和數(shù)據(jù)模板設(shè)計

(1)轉(zhuǎn)換規(guī)則

轉(zhuǎn)換規(guī)則是所有編碼的地理要素都要遵循的轉(zhuǎn)換原則，具有兼容性和可擴展性，本文設(shè)定的轉(zhuǎn)換規(guī)則如下:

Rule={FeatureCode，F(xiàn)eatureName，Shape，GISLayer，YesOrNo，Attributes}

其中FeatureCode為此類要素的編碼，此編碼具有唯一性，亦適合于GIS數(shù)據(jù)。

FeatureName表示此類地理要素的中文名稱，無名稱的可置為空。

Shape表示此類要素的幾何類型，要素按照圖形的表達(dá)方式可分為，點，線，面和注記四種類型。

GISLayer表示在ArcGIS數(shù)據(jù)中此類要素所屬的要素層。

YesOrNo表示此類編碼的要素是否需要轉(zhuǎn)換，需要轉(zhuǎn)換為Yes，不需要轉(zhuǎn)換為NO。

Attributes表示此類編碼的要素應(yīng)具有的屬性要素的名稱集合。

本文將具體的規(guī)則以行的形式存儲在Access數(shù)據(jù)庫的表中，以供程序讀取和使用。

(2)數(shù)據(jù)模板

數(shù)據(jù)模板的實質(zhì)是GIS數(shù)據(jù)格式的文件，其結(jié)構(gòu)是根據(jù)對照表中的具體信息進(jìn)行設(shè)計的。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)模板采用ArcGIS的個人數(shù)據(jù)庫格式(*.mdb)，依照轉(zhuǎn)換規(guī)則中的具體的GISLayer的名稱和類別建立FeatureClass，每個FeatureClass的屬性結(jié)構(gòu)對應(yīng)于對照表中所有具有相同GISLayer規(guī)則的Attributs的并集。

由此可見，對照表和GIS數(shù)據(jù)模板又是相互聯(lián)系的，其中一個修改，另一個也需要做相應(yīng)的修改。這種聯(lián)系在CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)之間搭起了一座橋梁，為CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開辟了一條可行之路。

3.2 數(shù)據(jù)讀取與錯誤處理

(1)數(shù)據(jù)讀取

數(shù)據(jù)讀取是轉(zhuǎn)換的開始，依據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，讀取CAD數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)寫入的基礎(chǔ)。此過程可分為圖形數(shù)據(jù)的讀取和屬性數(shù)據(jù)的讀取。AutoCAD按照圖層來組織數(shù)據(jù)，按編碼分類地理要素，圖形數(shù)據(jù)讀取以圖層為單元，遍歷圖層中的所有圖元，得到每個圖元的編碼，并通過對照表確定各個圖元的有效性和正確性;屬性數(shù)據(jù)讀取以相應(yīng)的圖元為基礎(chǔ)，依據(jù)對照表中相應(yīng)編碼的屬性集合(Attributes)讀取圖元的屬性信息，并確定屬性的正確性和邏輯一致性。最后，將圖形信息和屬性信息以ArcGIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，為數(shù)據(jù)寫入做好準(zhǔn)備。

(2)錯誤處理

錯誤處理具有發(fā)現(xiàn)、定位和輸出錯誤的功能，它依附于數(shù)據(jù)讀取，貫穿于數(shù)據(jù)讀取的全過程。在圖形和屬性數(shù)據(jù)讀取的過程中，程序?qū)Σ环限D(zhuǎn)換規(guī)則的圖形要素進(jìn)行標(biāo)記和定位，同時輸出錯誤報告。如:面的多段線不閉合、對照表中沒有此編碼、其擴展屬性與對照表中屬性不完全對應(yīng)等等。

數(shù)據(jù)讀取是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的開始，也是基礎(chǔ)，錯誤處理保證了數(shù)據(jù)的正確性、完整性和邏輯一致性。另外，對于CAD數(shù)據(jù)中圓和圓弧的處理，本文采用了一種與眾不同的做法。和一般的轉(zhuǎn)換程序采取弧段加密的方式不同，本文利用ArcGIS的圓和復(fù)雜曲線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將CAD數(shù)據(jù)中的圓和圓弧一一對應(yīng)到GIS數(shù)據(jù)中的圓和復(fù)雜曲線，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)無損失，圖形要素?zé)o變形。

3.3 數(shù)據(jù)寫入與后續(xù)處理

(1)數(shù)據(jù)寫入

數(shù)據(jù)寫入實質(zhì)就是GIS數(shù)據(jù)的生成過程，將數(shù)據(jù)讀取后的信息按照一定的規(guī)則寫入到事先復(fù)制好的GIS數(shù)據(jù)模板(*.mdb)中。數(shù)據(jù)寫入以層為單元，逐條寫入。另外，考慮到大數(shù)據(jù)量的問題，本文利用C#語言的事件觸發(fā)機制將數(shù)據(jù)進(jìn)行分段讀取和寫入，避免了程序占用內(nèi)存較大導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存不足的錯誤。

(2)后續(xù)處理

后續(xù)處理主要是進(jìn)行島嶼處理以達(dá)到GIS數(shù)據(jù)的最終要求。島嶼處理可分為同層島嶼處理和異層面相減處理。同層島嶼處理過程中，本文參考ArcGIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的復(fù)雜面的設(shè)定，為同面島嶼處理設(shè)定出“奇刪偶不刪”的原則，即刪除被包含奇數(shù)次的多邊形，保留被包含偶數(shù)次的多邊形，如圖2所示，其中“被包含”定義為圖形被包含著并且屬性相同，異層面相減處理，可以按層進(jìn)行操作，確保地物無壓蓋，如植被層與道路層應(yīng)無壓蓋等。

圖2 同面島嶼處理規(guī)則圖

4 總結(jié)

本文采用C#.net+ArcGIS Engine 9.2技術(shù)開發(fā)轉(zhuǎn)換程序，對照表在Access數(shù)據(jù)庫中以表的形式存在，轉(zhuǎn)換生成ArcGIS的個人數(shù)據(jù)庫(GeoDatabase)成果。本文所編寫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序已經(jīng)應(yīng)用于天津市測繪院的1∶2 000比例尺地形圖的GIS數(shù)據(jù)的生產(chǎn)實踐中，取得了良好的效果，確保了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，大大提高了GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率。另外，值得一提的是，此種設(shè)計具有一定的兼容性，操作員可以通過修改對照表和GIS數(shù)據(jù)模板控制轉(zhuǎn)換過程，適用于大多數(shù)CAD數(shù)據(jù)。

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