AutoCAD和GIS空間數(shù)據(jù)異構(gòu)聚合研究和應(yīng)用

1、AutoCAD與GIS空間數(shù)據(jù)異構(gòu)聚合研究與應(yīng)用0引言隨著數(shù)字城市的快速發(fā)展，為適應(yīng)社會對數(shù)字空間數(shù)據(jù)的需求，各測繪地理信息部門積極將現(xiàn)代信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫1。目前，建立城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫主要存在以下兩方面問題：1.我國大多數(shù)城市的地理信息數(shù)據(jù)以AutoCAD的數(shù)據(jù)格式（* .dwg） 存儲。2.部分已入庫的GIS數(shù)據(jù)要素量大，現(xiàn)有 GIS軟件 難以保證數(shù)據(jù)檢查與編輯的高效性。針對上述，為充分利用已有的數(shù)據(jù)資源，并實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的批量編輯，必須有一個(gè)切實(shí)可行的處理方法，將已有的AutoCAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適用的GIS數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn) GIS數(shù)據(jù)的批量編輯，以便更高

2、效地建立城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫2。本文研究如何將 AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 GIS空間數(shù)據(jù)以及利用非 GIS軟件輔助GIS數(shù) 據(jù)的批量編輯，實(shí)現(xiàn) AutoCAD與GIS空間數(shù)據(jù)的異構(gòu)聚合。1技術(shù)路線雖然現(xiàn)有的GIS軟件提供了較強(qiáng)的圖形編輯功能，但在大批量修改編輯方面，AutoCAD更勝一籌3。因此在AutoCAD中對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修改等規(guī)范化處理比用GIS軟件提供的編輯功能更加高效，且處理精度高4。在實(shí)施過程中，應(yīng)充分利用AutoCAD軟件，開發(fā)相應(yīng)插件，集成到 AutoCAD軟件中，達(dá)到對空間數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼、規(guī)整、轉(zhuǎn)換和 質(zhì)檢的目的，提交符合標(biāo)準(zhǔn)的GIS數(shù)據(jù)。此項(xiàng)目原始數(shù)據(jù)包括

3、竣工 AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)、未入庫 GIS地形圖數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫中的GIS地形圖數(shù)據(jù)，不同的原始數(shù)據(jù)，技術(shù)流程也有差異。此項(xiàng)目技術(shù)流程主要包括讀取SDE數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)規(guī)整、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。具體技術(shù)流程如圖1所示?；A(chǔ)地理佶息妾栽分婁代円4田性&嫂TGI5地聊圈數(shù)抓線 圏I?.記圖圖1異構(gòu)聚合技術(shù)流程Fig.1 The flow chart of Heteroge neous data itegration1.1獲取SDE數(shù)據(jù)獲取SDE數(shù)據(jù)過程中，需要借助 ArcGIS Engine二次開發(fā)，連接 SDE數(shù)據(jù)庫，讀取數(shù) 據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在選擇圖幅范圍和待導(dǎo)出的圖層后，即可通過本程序?qū)DE中的

4、數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為AutoCAD數(shù)據(jù)并顯示在 AutoCAD中。1.2數(shù)據(jù)預(yù)處理由于AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)存在很多問題，主要是提交成果資料有大量冗余信息、成果 文件不規(guī)范等，這些問題必須經(jīng)過預(yù)處理，并進(jìn)行地形圖分類，生成不同比例尺類別的項(xiàng) 目包，然后按分配方案交給相關(guān)數(shù)據(jù)處理人員進(jìn)行下一步處理，使數(shù)據(jù)整理能夠有序進(jìn) 行，方便后期數(shù)據(jù)入庫2。1.3數(shù)據(jù)規(guī)整為了提高地形圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換效率與質(zhì)量，需先對地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范整理，只有符合 技術(shù)規(guī)程及相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)才能正確進(jìn)行入庫操作6 。AutoCAD地形圖規(guī)整步驟主要包括地物編碼、編碼檢查、圖形檢查、拓?fù)錂z查、拓?fù)湫拚?、屬性編輯等?.4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在完

5、成AutoCAD數(shù)據(jù)的規(guī)整之后，即要進(jìn)行 AutoCAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在剖 析二者數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，本文采用直接轉(zhuǎn)換1的方式，將AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS ( * .mdb 格式)的標(biāo)準(zhǔn)GIS空間數(shù)據(jù)。2關(guān)鍵技術(shù)分析2.1基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的設(shè)計(jì)地形圖數(shù)據(jù)編碼是在 GIS中惟一標(biāo)識某一地物的關(guān)鍵字?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)編碼的設(shè)計(jì)是 在GIS中進(jìn)行專題制圖、空間分析等的需要，是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)空間信息共享的基礎(chǔ)。在進(jìn)行基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)編碼設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循如下原則7:(1) 遵從國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。(2) 方便應(yīng)用。用戶可根據(jù)不同的需求，分層和按專題要素提取基礎(chǔ)地理要素信息，隨意定制專題顯示及

6、輸出。(3) 便于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可在國家基礎(chǔ)地形要素編碼的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充以滿足系統(tǒng)的實(shí)際需要。地形圖成圖面向 GIS成圖，實(shí)現(xiàn)信息化，必須有一套科學(xué)、權(quán)威的地形圖要素編碼體 系。本文的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范依據(jù)珠海市1 : 500 1 : 1000 1 : 2000基礎(chǔ)地理信息要素分類代碼與屬性表設(shè)計(jì)，該表參考基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼GB/T和廣東省1 : 500、1 : 1000、1 : 2000基礎(chǔ)地理信息要素分類代碼與屬性表，充分考慮了基礎(chǔ) 空間信息共享的要求。主要有塊文件符號表、基礎(chǔ)地理信息要素屬性信息及編碼對照表 等。其中，基礎(chǔ)地理信息要素屬性信息及編碼對照表是標(biāo)準(zhǔn)

7、規(guī)范的核心，其內(nèi)容主要包括GIS編碼、CAD編碼、CASS編碼、CAD圖層、GIS圖層、地物類型、幾何類型、塊名、線寬、線型、注記字高等相關(guān)信息，見表1。表1基礎(chǔ)地理信息要素屬性信息及編碼對照表(部分地物)Tab.1 Attribute in formatio n of basic geographic in formatio n eleme nts and codi ng table (Part of the terra in)GIS編碼Cass編碼CAD圖層GIS圖層地物類犁幾何類型11010211131100KZDCPT_PT三角點(diǎn)點(diǎn)44030020164300DLSSLRD_LN小路線

8、81040130212101ZBTZVEG_PY杲園面70900100202111DMTZTER AN高程注記注記2.2質(zhì)量控制質(zhì)量控制是保證精度的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)質(zhì)量是指點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)幾何和屬性邏輯一致性的可靠程度1。本文的質(zhì)量控制分為三個(gè)方面：編碼檢查、圖形檢查、拓?fù)錂z查。只有完成這三種檢查且無誤之后才能進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換操作。2.2.1 編碼檢查編碼檢查的基本原理是檢查AutoCAD圖形擴(kuò)展屬性中是否含有編碼字段以及將獲取到的編碼值與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的編碼表是否匹配。編碼檢查的內(nèi)容包括：實(shí)體是否缺失編碼；實(shí)體編碼是否符合標(biāo)準(zhǔn)；編碼對應(yīng)的幾何類型與實(shí)體類型是否一致，如某個(gè)Polyline 類型的實(shí)

9、體被賦予了面類型的編碼則會產(chǎn)生沖突；實(shí)體塊名稱和編碼是否一致。222 圖形檢查圖形碼檢查的基本原理是根據(jù)AutoCAD圖形擴(kuò)展屬性中的編碼值與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的編碼表進(jìn)行匹配，查詢對應(yīng)編碼實(shí)體的幾何類型。圖形檢查的內(nèi)容包括：面要素是否閉合，如果某個(gè)被賦予了面類型編碼的實(shí)體未閉合，則需進(jìn)行構(gòu)面編輯；圖形類型是否支持轉(zhuǎn)換，根據(jù)編碼將圖形類型與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的圖形類型進(jìn)行對照，符合標(biāo)準(zhǔn)的圖形才能進(jìn)行數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換，對于不符合標(biāo)準(zhǔn)類型的實(shí)體需要修改。2.2.3 拓?fù)錂z查與修正由于AutoCAD軟件較GIS軟件具有更強(qiáng)大的編輯功能，因此本文的拓?fù)錂z查是基于AutoCAD環(huán)境進(jìn)行的。首先借助 ArcGIS Engine

10、對圖形建立拓?fù)湟?guī)則，然后將檢測出含有拓?fù)溴e(cuò)誤（面重疊、線重疊、線相交、線自相交）的圖形在AutoCAD中高亮顯示，最后利用AutoCAD的編輯功能直接進(jìn)行拓?fù)湫拚?.3圖層分層在進(jìn)行AutoCAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換前，需要根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的分層規(guī)范，對AutoCAD數(shù)據(jù)進(jìn)行GIS分層，建立各個(gè)專題的點(diǎn)、線、面、注記圖層。如圖2所示。圖2圖層分層Fig.2Layer hierarchical2.4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換本文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分兩種情況，一種為AutoCAD轉(zhuǎn)GIS空間數(shù)據(jù)，另一種為 GIS轉(zhuǎn)AutoCAD空間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)由幾何圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分組成，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)， 需要對圖形數(shù)據(jù)和屬性

11、數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換。241 AutoCAD 轉(zhuǎn) GIS241.1 圖形轉(zhuǎn)換點(diǎn)轉(zhuǎn)換較為簡單，對于Block Referenee 、DBPoint類型的實(shí)體，通過讀取坐標(biāo)信息，在GIS中基于X、Y坐標(biāo)信息進(jìn)行構(gòu)點(diǎn)。線轉(zhuǎn)換涉及的圖形類型較多，其基本原理是讀取圖形的各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，然后以點(diǎn)構(gòu)線。對于簡單（如Line），通過讀取起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)即可直接構(gòu)線；對于復(fù)雜類型（如Are），需要通過讀取起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、Are的起始角度及總角度、弧長等信息構(gòu)弧上的點(diǎn)，然后進(jìn)行構(gòu)線。面轉(zhuǎn)換主要涉及 Polyline、Polyline2d 、Cirele3 種類型的實(shí)體，其基本原理是通過讀取圖形的節(jié)點(diǎn)等相關(guān)信息，進(jìn)行構(gòu)線及構(gòu)面

12、。如對于Circle 類型，通過讀取圓心的坐標(biāo)及半徑信息，在 GIS中通過圓進(jìn)行構(gòu)面5。注記轉(zhuǎn)換主要涉及 DBtext類型實(shí)體，其基本原理是通過讀取文字的坐標(biāo)及內(nèi)容，在GIS的Annotation 圖層中進(jìn)行繪制。2.4.1.2 屬性轉(zhuǎn)換在屬性編輯中，實(shí)體的屬性信息已寫入其擴(kuò)展屬性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，先通過AutoCAD讀取存儲在實(shí)體中的屬性信息，然后與 GIS中Feature的屬性字段進(jìn)行匹配，最 后將屬性值寫入到 GIS中Feature對象的對應(yīng)屬性中。2.4.2 GIS 轉(zhuǎn) AutoCADGIS轉(zhuǎn)換為AutoCAD數(shù)據(jù)，首先需要?jiǎng)?chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)AutoCAD圖層，圖層含有標(biāo)準(zhǔn)字段的擴(kuò)展屬性。執(zhí)行

13、轉(zhuǎn)換按圖形轉(zhuǎn)換和屬性轉(zhuǎn)換分別進(jìn)行。2.4.2.1圖形轉(zhuǎn)換點(diǎn)轉(zhuǎn)換分兩種情況，對于非塊實(shí)體，直接讀取坐標(biāo)信息，在AutoCAD中基于X、Y坐標(biāo)信息進(jìn)行構(gòu)點(diǎn)即可；對于塊實(shí)體，在讀取坐標(biāo)信息的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)編碼信息獲取角 度、塊編碼，在 AutoCAD中基于X、Y坐標(biāo)信息進(jìn)行構(gòu)點(diǎn)，并依據(jù)編碼信息匹配塊符號， 再根據(jù)角度確定塊符號的顯示角度。線轉(zhuǎn)換分為圓弧線和非圓弧線，對于非圓弧線，通過讀取起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)即可直接構(gòu)線；對于圓弧線，需要通過讀取起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、Arc的起始角度及總角度、弧長等信息構(gòu)弧上的點(diǎn)，然后進(jìn)行構(gòu)線。面轉(zhuǎn)換分為實(shí)心面和空心面，對于實(shí)心面，其基本原理是通過獲取圖形的外環(huán)線，再依據(jù)外環(huán)

14、線進(jìn)行構(gòu)面。對于空心面，首先獲取圖形的外環(huán)線進(jìn)行構(gòu)面，再遍歷內(nèi)環(huán)，對內(nèi) 環(huán)線進(jìn)行構(gòu)面，最后外環(huán)面中挖掉內(nèi)環(huán)面所剩部分即為轉(zhuǎn)換的空心面。注記轉(zhuǎn)換其基本原理是通過讀取注記的內(nèi)容、坐標(biāo)、字高等信息，在AutoCAD圖層中進(jìn)行重繪。242.2 屬性轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換過程中，先通過程序讀取存儲在GIS中Feature的屬性字段，然后與 AutoCAD圖層中擴(kuò)展屬性進(jìn)行匹配，最后將屬性值寫入到AutoCAD圖層中對應(yīng)的擴(kuò)展屬性中。3應(yīng)用實(shí)例作為本文的應(yīng)用實(shí)例，珠海市空間數(shù)據(jù)自適應(yīng)動態(tài)更新系統(tǒng)是在Win dows7環(huán)境下，以Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)工具，基于 C#和 AutoC

15、AD 2008、ArcGISEngine10.1平臺所開發(fā)。本文以 1 : 2000地形圖實(shí)測數(shù)據(jù)和已入庫待檢查1 : 2000地形圖GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，首先對珠海市香洲區(qū)1:2000 CAD格式的地形圖進(jìn)行預(yù)處理、地物編碼等操作，使其圖形數(shù)據(jù)能滿足GIS格式的要求，然后應(yīng)用本程序?qū)AD數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為GIS的數(shù)據(jù)格式。同時(shí)，對轉(zhuǎn)換過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。圖3為由CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成的GIS數(shù)據(jù)格式。然后，讀取SDE中的待檢查珠海市香洲區(qū)1 : 2000地形圖GIS數(shù)據(jù)，應(yīng)用本程序?qū)IS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為 CAD的數(shù)據(jù)格式，在 AutoCAD中進(jìn)行預(yù)處理、地物編碼等操 作，使其圖形數(shù)據(jù)能滿足數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

16、的要求。圖4為由GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成的CAD數(shù)據(jù)格式。圖3 CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成的GIS數(shù)據(jù)Fig.3 CAD data to GIS data圖4 GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成的CAD數(shù)據(jù)Fig.4 GIS data to CAD data4結(jié)束語本文結(jié)合珠海市空間數(shù)據(jù)自適應(yīng)動態(tài)更新系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)踐，提出了基于AutoCAD與ArcGIS Engine二次開發(fā)的AutoCAD與GIS空間數(shù)據(jù)異構(gòu)聚合的技術(shù)路線，設(shè)計(jì)了一套完 整的AutoCAD與GIS空間數(shù)據(jù)異構(gòu)聚合的技術(shù)流程。闡述了這一過程中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，編程實(shí)現(xiàn)AutoCAD與GIS空間數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換以及空間數(shù)據(jù)庫中 GIS

17、數(shù)據(jù)與AutoCAD數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)結(jié)果顯示，AutoCAD空間數(shù)據(jù)在編碼、規(guī)整、轉(zhuǎn)換和質(zhì)檢等處理后，可生成符合標(biāo)準(zhǔn)的GIS數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同格式數(shù)據(jù)間的聚合處理。雖然本文提出的AutoCAD與GIS空間數(shù)據(jù)異構(gòu)聚合技術(shù)路線具有較好的應(yīng)用效果，但 是由于AutoCAD數(shù)據(jù)圖形復(fù)雜，地形圖數(shù)據(jù)錯(cuò)誤種類多樣，在轉(zhuǎn)換工程中，需要多次執(zhí)行 數(shù)據(jù)檢查、修正操作，且對于系統(tǒng)檢查出的拓?fù)溴e(cuò)誤，部分還需進(jìn)行人工篩選，鑒于上 述，一些新的質(zhì)量控制方法的研究將是下一步的工作任務(wù)。參考文獻(xiàn)1 陳能，施蓓琦。AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 GIS空間數(shù)據(jù)的技術(shù)研究與應(yīng)用J.測繪通報(bào)，2005(8):11-14,34.2 黃銳?；贏utoCAD的歷史規(guī)劃成果數(shù)據(jù)入庫規(guī)整關(guān)鍵技術(shù)探討J.城市勘測，2012(1):68-70.3 王蔚，陳明銳。AutoCAD數(shù)據(jù)向GIS空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制的研究J.熱帶農(nóng)業(yè)科 學(xué)，2010,30( 11): 48-52.4 陳年松?；贔ME的CAD與GIS數(shù)據(jù)