基于FME 軟件CAD 數據轉換GIS數據的優化路徑

● 何春秀,何永寧

（1.廣西地圖院，廣西 南寧 530023；2.廣西自然資源信息中心，廣西 南寧 530023）

CAD 數據主要由AutoCAD 軟件產生，格式主要為*.dwg、*.dxf 等，CAD 數據作為各類工程設計、外業測繪等最常用的數據類型，側重于幾何圖形的表達和可視化展示，有制圖效率高、圖形效果美觀等優點，但是其數據文件DWG（或DXF）對幾何圖形的組織方式較為松散，不具備空間拓撲關系[1]，不能直接導入ArcMap 中進行數據分析處理。因此，將CAD數據轉化成GIS 數據具有一定的實際應用價值。

傳統的數據轉換方法主要是利用GIS 平臺自帶的轉換工具進行轉換，例如ArcMap、SuperMap 等。單純利用GIS 平臺自帶的轉換工具并不能根據實際項目需要將CAD 數據轉換成GIS 數據，這是因為GIS 平臺自帶的轉換工具只能CAD 數據中的轉換點、線、面圖形數據，而且轉換后會出現點、線、面位置錯亂、圖形交叉重疊的情況，導致轉換的結果無法應用于實際生產項目。研究小組發現FME 軟件能夠更好、更快地將CAD 數據轉換成GIS 數據，能提高生產、工作效率。

1 CAD 數據和GIS 數據對比

在地理信息系統建設過程中，人們經常會使用到矢量數據。以Esri 制定標準的ShapeFile文件在實際過程中慢慢演變成了通用化的矢量數據格式，GIS 數據有很多種格式，文章主要是以ShapeFile 格式數據作為說明。

CAD 數據和GIS 數據在測繪地理信息行業都有著廣泛的應用，CAD 數據主要是描述了地理實體的相對位置和幾何形狀，并且不支持拓撲分析；GIS 數據記錄了地理實體的空間作為圖形數據、屬性數據，它與CAD 數據最大的區別就是可支持拓撲分析。

此外，CAD 數據和GIS 數據在地圖上的表現形式也有著較大的區別，主要體現在坐標系統、圖形組織方式、功能應用等（見表1）。

表1 CAD 數據和GIS 數據差異對比表

2 轉換方法實現

數據轉換主要涉及到圖形轉換和屬性轉換，按照一定的規則將CAD 數據內的圖形坐標系統、圖形關系、拓展屬性轉換到GIS 數據中。研究小組分別使用了FME 軟件、ArcMap 軟件自帶的轉換工具進行轉換，并將2 種轉換的方法和結果進行了對比分析。

2.1 ArcMap 轉換方法

轉換方法如下：打開ArcMap，在【ArcTool-Box】中找到【轉換工具】，在該工具選擇【轉出至地理數據庫】，然后選擇【CAD 至地理數據庫】，選擇輸入的CAD 數據，選擇存儲的地理數據庫，設置好坐標系統即可完成轉換。

研究小組將轉換后的Shapefile 數據放置到ArcMap 軟件進行分析發現，雖然ArcMap 軟件自帶的轉換工具能夠將CAD 數據轉為GIS 數據，但是導致了原有的CAD 數據的屬性信息、空間位置信息丟失，點、線、面各圖層之間相互交錯，數據的拓撲信息出現錯誤，無法在地圖制圖生產項目中直接使用。

2.2 FME 轉換數據的關鍵技術

FME 轉換數據的關鍵技術在于“讀模塊”、“寫模塊”以及多種轉換器的配置。在配置“讀模塊”時選取需要轉換的CAD 數據文件，在配置“寫模塊”時，設置所需的數據格式。FME 軟件可以根據項目要求轉換多種數據格式。由于轉換器涉及到轉換圖層的屬性關聯、圖層與圖層之間的關聯等，因此轉換器的配置很大程度上決定了轉換結果。FME 軟件中的各種轉換器能夠最大程度地優化轉換結果。

研究小組根據實際的地圖制圖項目需要，獲取并分析了CAD 數據內容，指定了數據轉換的技術路線（見圖1）。

圖1 數據轉換的技術路線圖

2.2.1 “讀模塊”配置

在創建生成一個新的工作空間時，需要配置“讀模塊”，該模塊是轉換數據的第一步。FME 支持數十種不同格式的數據，研究小組選擇的是AutoCAD 格式。

2.2.2 “寫模塊”配置

“寫模塊”是最終要轉換的格式，Shapefile格式是GIS 數據其中的一種格式，因此研究小組在“寫模塊”配置了esrishapefile 格式。

2.2.3 轉換器配置

FME 轉換器也叫變換器，是用來重構要素的FME Workbench 對象，FME 軟件包含有300 多種不同的轉換器[2]，轉換器是介于“讀模塊”和“寫模塊”中間的“橋梁”，可以根據不同需要設置轉換器。研究小組本次主要使用到 了GeometryFilter 和StringCaseChanger 這2種轉換器。

配置GeometryFilter 轉換器是為了將CAD圖形數據和屬性數據轉換到Shapefile 中，通過豐富的可視化線條，將CAD 的拓展屬性和目標Shapefile 的屬性連接起來。完成“讀模塊”、轉換器和“寫模塊”的配置后再設置不同的屬性項以及坐標系等，提取需要轉換的屬性，最后設置相應的屬性類型（見表2）。

表2 屬性字段映射表

映射的字段中有時會同時出現大寫的英文字母以及小寫的英文字母。研究小組在處理相關屬性字段映射時，為了能夠獲得更好的轉換結果，避免轉換后的二次重復修改，使用了StringCaseChanger 轉換器對原有的CAD 數據中的拓展屬性進行配置，以滿足實際項目生產標準的需求。

在所有的參數都配置完成后，點擊“工具條”中的“運行轉換”，即可轉換數據，最后在FME 軟件底部的“狀態欄”面板上顯示詳細的轉換日志輸出。

2.2.4 數據審查

數據審查也屬于轉換的關鍵步驟，在使用FME 軟件對CAD 數據進行轉換之后，需要對轉換后的GIS 數據進行審查。數據審查可進一步分析和檢查GIS 數據屬性、圖層、圖形拓撲關系的正確性和完整性。數據審查的方法主要有拓撲分析檢查、屬性對照檢查等。

拓撲分析檢查方法是利用ArcMap 自帶的拓撲檢查工具，對轉換結果中的GIS 數據重新建立拓撲分析，并根據項目需要添加對應的拓撲規則，例如“不能重疊”、“不能有偽節點”、“不能有懸掛點”等。之后，即可對GIS 數據進行拓撲檢查，最后根據檢查的結果進一步修改GIS 數據。

屬性對照檢查即操作者需要對比轉換后的GIS 數據中的屬性與CAD 數據的拓展屬性，并根據原CAD 數據的拓展屬性重新修改、添加GIS 數據遺漏的屬性信息。如果轉換后的GIS數據屬性不完整，則需要再次設置FME 軟件中的轉換器，重新轉換數據。

3 轉換結果對比分析

研究小組對比發現，ArcMap 軟件在轉換結果的圖面效果、空間拓撲關系上都表現不足，存在明顯的錯誤，例如數據重疊、類型錯誤等，并且無法支持字段屬性的轉換。FME 軟件能夠有效地處理數據類型、屬性格式，轉換正確的拓撲關系，轉換結果優于ArcMap。

3.1 基本圖形轉換對比

ArcMap 軟件和FME 軟件都能將CAD 數據轉換為GIS 數據，但是由于工具的轉換原理不同，導致最后的結果也相差較大。常見的ArcMap 轉換工具可配置的屬性較少，主要按照軟件默認的轉換參數來轉換，無法準確、高效地轉換CAD 數據的注記層、點圖層、線圖層、面圖層等，也不能將屬性信息映射到GIS空間屬性中，致使圖形轉換結果無法應用于實際的地圖制圖生產項目。

研究小組發現，FME 軟件能夠配置CAD數據原有的每一層數據屬性，利用自帶的轉換器（例如StringCaseChanger、GeometryFilter 等）將CAD 數據原有的拓展屬性重新賦值到新的GIS 數據屬性上，設置不同的圖層轉換結果。利用FME 軟件轉換得到的圖形效果明顯優于利用ArcMap 轉換工具轉換得到的圖形效果（見圖2）。

圖2 2種轉換工具的轉換結果對比圖

3.2 屬性轉換對比

屬性轉換是FME 的關鍵技術點，通過設置連接器，能夠將原本賦值在CAD 數據拓展屬性中的值映射到GIS 數據屬性中，并且能夠在要素類型設置框中根據使用者的需求添加字段內容，并將新添加的字段和拓展屬性進行關聯。FME 軟件能夠較完整地復制圖形結果的拓展屬性信息，而ArcMap 的轉換工具無法對拓展屬性進行轉換（見圖3）。

圖3 2種轉換結果的屬性對比圖

3.3 拓撲關系對比

拓撲關系是指滿足拓撲幾何學原理的各空間數據間的相互關系，即用結點、弧段和多邊形所表示的實體之間的鄰接、關聯、包含和連通關系。例如，點與點的鄰接關系、點與面的包含關系、線與面的相離關系、面與面的重合關系等。

研究小組對2 種數據結果進行拓撲檢查發現，ArcMap 轉換的結果拓撲錯誤較多，沒有形成拓撲關系，并且出現數據重疊的現象，而FME 軟件能夠根據實際需要轉換CAD 數據，圖形數據轉換結果也較為完整，轉換的結果均通過了重點、重合線、重面等多種拓撲關系檢查。

4 結語

研究小組基于FME 軟件將CAD 數據轉換為Shapefile 格式的數據，并通過配置“讀模塊”、“寫模塊”以及轉換器，將CAD 數據中的圖形以及拓展屬性信息轉換到Shapefile 格式的數據中。轉換后的圖形外形完整，拓撲關系錯誤少，并能夠支持CAD 數據的拓展屬性和GIS 數據屬性的映射關聯。此方法能完整地保留CAD 數據原有的屬性信息，為今后制圖生產項目前期數據的整理分析工作提供了解決方案。