CAD文件到GIS數(shù)據(jù)建庫方案探討

1、摘要：怎樣有效地生產(chǎn)和管理空間數(shù)據(jù)是GIS行業(yè)一直在探討的課題，本文通過對建立“空間數(shù)據(jù)庫”的一些體會和認識，探討CAD圖形系統(tǒng)生產(chǎn)的矢量數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)建庫中的一些技術(shù)路線，并對這種路線進行分析，探索適合利用CAD系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)建庫方法。關(guān)鍵詞：CAD 數(shù)據(jù)GIS建庫，無縫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 質(zhì)量控制Discussion on the Project of CAD File to GISDatabaseBuildingAbstract: How to collect and manage spatial data effectively? Its been a hot topic in GIS

2、industry for years. This paper aims to seek after some ways of database building by making use of CAD system based on certain realization and cognition of spatial database building and analysis of technology path of vector data generated from CAD graphic system to GIS database building.Key Word: CAD

3、, Database, GISDatabaseBuilding, Seamless Database,Data Transformation, Quality Control一、概述隨著科技的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計（CAD）與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)都已取得了長足的發(fā)展。同時，社會對空間信息的采集、動態(tài)更新的速度要求越來越快，特別是對城市建設(shè)中所需的大比例尺空間數(shù)據(jù)的獲取、共享、建庫和應(yīng)用方面的要求越來越高。測繪行業(yè)在近十年來發(fā)生了巨大的變化，CAD與GIS的集成已是必然趨勢，許多數(shù)字測圖的后期工作都要求建立GIS數(shù)據(jù)庫，尤其是與空間數(shù)據(jù)緊密相關(guān)的國土、水利、電力、房產(chǎn)、規(guī)劃、地質(zhì)等部門的管理

4、信息系統(tǒng)，對CAD與GIS的互操作性和集成應(yīng)用產(chǎn)生了越來越強烈的需求。數(shù)字化成圖的重點也由原來單純的圖形編輯、打印出圖轉(zhuǎn)向為GIS提供精度高、信息完整、格式規(guī)范的前端數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)建庫是一個對各種空間地理信息、屬性信息進行結(jié)構(gòu)化、拓撲化、標(biāo)準(zhǔn)化重組與加工處理，建立支持各種GIS應(yīng)用、數(shù)字城市建設(shè)的專項、綜合數(shù)據(jù)庫的過程。數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，怎樣有效地生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)是GIS行業(yè)一直在探討的課題。早期利用“數(shù)字化成圖”方法也生產(chǎn)了不少電子地圖數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)主要功能是拿來打印出圖，只有空間信息而沒有編碼屬性信息，當(dāng)然不能入庫；后來的地圖中圖形實體加入了地物編碼，雖然是一個進步，但仍遠遠不夠，因

5、為GIS的屬性信息非常豐富，不是僅僅一個地物編碼那么簡單；隨著時代的發(fā)展，很多新的電子地圖也包含GIS需要的屬性信息了，但這并不能代表完全達到要求，因為這些屬性信息必須要與空間信息緊密地結(jié)合起來，而且要有條理地存放，以便達到易于檢索、易于編輯的目的。同時，在入庫前必須保證這些信息的正確性，老的面向成圖的電子地圖只是保證了出圖打印的效果，但要進GIS就有諸多錯誤，常見的有：面狀地物不封閉；同類線劃斷為多條，即偽結(jié)點、圖形含有重復(fù)實體；復(fù)合線含有重復(fù)結(jié)點；線狀實體自相交；等高線高程與注記不符合等，故基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)入庫前還需要一些加工和質(zhì)量檢查處理。 二、CAD文件到GIS數(shù)據(jù)入庫的技術(shù)路線空間數(shù)據(jù)建

6、庫中最重要的部分就是數(shù)據(jù)導(dǎo)入，而數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊中最核心的部分又是DLG數(shù)據(jù)的處理?，F(xiàn)今數(shù)據(jù)采集通常使用Autodesk公司的AUTOCAD平臺或Bentley公司的MicroStation平臺，數(shù)據(jù)的文件形式分別是DWG和DGN。針對不同的數(shù)據(jù)采集方式，其數(shù)據(jù)入庫的路線也有很大的差別。通常的空間數(shù)據(jù)采集分為三種：一種是只考慮用以打印出圖，不考慮數(shù)據(jù)入庫管理的問題，這樣生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)入庫時，要由建庫單位開發(fā)專門的數(shù)據(jù)接口程序，對數(shù)據(jù)進行大量的編輯和檢查，長期以來就形成了用以打印出圖的基本圖和用以入庫的入庫圖，而這些專用的數(shù)據(jù)接口“只管進不管出”，導(dǎo)致數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出時發(fā)生很多錯漏的情況，且建庫單位

7、竣工后置之不理，造成以后更新數(shù)據(jù)不對應(yīng)的難題。第二種數(shù)據(jù)采集方式是在圖形系統(tǒng)外掛接一個屬性庫，將實體的圖形信息和屬性信息關(guān)聯(lián)，CAD內(nèi)的圖形及其屬性實時導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。這種技術(shù)思路非常好，但是一個不可忽視的問題是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的用戶不愿去用這個實時數(shù)據(jù)庫，一方面因為數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位通常不是數(shù)據(jù)管理應(yīng)用單位，不愿意去維護一個外掛的屬性數(shù)據(jù)庫，造成圖形屬性信息同步困難；另一方面，空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量龐大，就是ArcGis連空間數(shù)據(jù)庫都要SDE引擎，普通的數(shù)據(jù)聯(lián)動在小范圍內(nèi)可行，但在操作較大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)時效率太低。第三種數(shù)據(jù)采集方式是利用圖形擴展屬性的方式。擴展數(shù)據(jù)可存儲地物編碼和大量的屬性信息。并且這種方式下擴展

8、屬性與圖形對象是緊密地結(jié)合在一起的，有利于圖形和屬性的一體化操作，維護數(shù)據(jù)邏輯一致性。CAD平臺易于操作但不利于數(shù)據(jù)的管理，而GIS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求過于復(fù)雜又不利于直接作為野外數(shù)據(jù)采集的平臺，所以現(xiàn)在的GIS前端數(shù)據(jù)，其空間數(shù)據(jù)都是以圖形得方式存在，屬性數(shù)據(jù)則作為圖形實體的擴展屬性來存儲。比較以上三種數(shù)據(jù)采集入庫方式，不難看出，第三種方式不僅在前端數(shù)據(jù)采集中更容易受到用戶的歡迎（圖形屬性數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，直觀、易操作），在數(shù)據(jù)入庫時，其擴展屬性數(shù)據(jù)也可以方便地進行導(dǎo)入和導(dǎo)出。下面主要討論AutoCAD的DWG格式數(shù)據(jù)入庫的方式。首先要進行CADàGIS的數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換，這也是數(shù)據(jù)建庫的基礎(chǔ)

9、。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可以分為直接的轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種方法。數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換要求CAD與GIS二者之間不通過特制的程序接口就能夠互相的轉(zhuǎn)換或者直接的讀寫，由于CAD和GIS系統(tǒng)描述同一空間對象的數(shù)據(jù)模型與語義存在一定的差別，以上的方法雖然可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，但是在轉(zhuǎn)換過程中容易導(dǎo)致信息丟失。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)從AutoCAD轉(zhuǎn)換到ESRI的shape文件或者Coverage時，就會丟失AutoCAD中定義的圖形對象擴充屬性。因此，直接轉(zhuǎn)換難以顧及中的屬性數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫轉(zhuǎn)換。同時，在AutoCAD端直接利用ArcSDE數(shù)據(jù)訪問API操作數(shù)據(jù)庫雖可顧及GIS的屬性數(shù)據(jù)，但是既不方便又不安全，讓外業(yè)小組

10、可以直接更新GIS數(shù)據(jù)庫缺乏了必要的中間過程。數(shù)據(jù)間接轉(zhuǎn)換就是在CAD與GIS間定制專用的數(shù)據(jù)讀寫程序，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫轉(zhuǎn)換。實際應(yīng)用中，常采用定制數(shù)據(jù)解譯器的方法，它包括數(shù)據(jù)讀寫接口，語義解譯器、數(shù)據(jù)字典、地理空間知識庫，如下圖： (CAD/GIS集成數(shù)據(jù)編譯器) 通過以上的方式將DWG格式轉(zhuǎn)換為Coverage或Shapefile文件格式后，就可以使用空間數(shù)據(jù)引擎將這些數(shù)據(jù)方便的寫入數(shù)據(jù)庫中。三、南方GIS建庫專家CASS數(shù)據(jù)入庫方案3.1 CASS軟件實體組織在南方數(shù)碼科技有限公司的CASS7.0地形地籍成圖系統(tǒng)中，可以將它們統(tǒng)一為一種圖形，在這種圖形里，既可以入庫又可以出圖打印。圖形骨

11、架線結(jié)構(gòu)將入庫需要的骨架線和出圖需要的附屬線劃有機地結(jié)合在一起，保證了圖形可同時達到入庫和出圖這兩種要求。CASS7.0軟件采用骨架線（編組）和實體擴展屬性來組織實體的技術(shù)，既保證了圖形編輯的靈活性，又保證了與GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的完整性。骨架線是數(shù)字地圖導(dǎo)入GIS的一種概念性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和支撐技術(shù)。同時，也是CASS的一種底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使得CASS的地圖編輯可以直接針對骨架線進行。任何線狀地物或面狀地物，只要骨架線的數(shù)據(jù)（位置等）發(fā)生改變，與骨架線相關(guān)的所有符號也會發(fā)生相應(yīng)的改變。編組選擇功能則使得復(fù)雜地物（如斜坡、陡坎、填充地物等）在編輯時自動分解，輸出是又是一個整體。而實體擴展屬性數(shù)據(jù)

12、可存儲地物編碼和大量的屬性信息。采用這種方式，擴展屬性與圖形對象能緊密地結(jié)合在一起，有利于圖形和屬性的一體化操作，維護數(shù)據(jù)邏輯一致性。AutoCAD中實體擴展屬性的寫入和讀出可以通過對對象（Object）分別用SetXdata和GetXData方法得到。骨架線、編組、擴展屬性關(guān)系如下圖所示： 圖形屬性數(shù)據(jù)（以擴展屬性組織數(shù)據(jù)） （骨架線、編組、擴展屬性關(guān)系示意圖）CASS軟件系統(tǒng)正是通過這種方式實現(xiàn)了屬性數(shù)據(jù)和圖形的緊密結(jié)合。3.2、入庫前數(shù)據(jù)處理3.2.1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化由于數(shù)據(jù)采集的過程中存在不規(guī)范或錯誤，比如房屋沒有封閉，房屋與房屋中間有重復(fù)多余線，實體沒有屬性或者屬性錯誤，以及存在沒有屬性

13、的實體等等，這些問題對基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的GIS空間分析是必須避免和消除的，否則將影響到空間分析的可信度，甚至不能進行空間信息分析。一般需要提供了大批量修改和編輯實體的命令來進行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，通常稱為數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)理?，F(xiàn)在的GIS數(shù)據(jù)采集的軟件基本上是基于CAD平臺，CAD平臺易于操作但不利于數(shù)據(jù)的管理，而GIS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求過于復(fù)雜又不利于直接作為數(shù)據(jù)采集的平臺，比如在生產(chǎn)單位，如果每一步都要考慮實體的拓撲特征，空間信息與屬性信息的關(guān)聯(lián)的話，勢必會造成數(shù)據(jù)采集工作的效率大大降低，甚至連以外掛數(shù)據(jù)庫存儲屬性內(nèi)容這種看似完美的方式也因為圖形與屬性不能同步而遭到生產(chǎn)單位的詬病，國內(nèi)的生產(chǎn)單位基本上都選擇

14、了基于CAD平臺開發(fā)的成圖軟件，但這樣得來得數(shù)據(jù)都是以圖形得方式存在，屬性數(shù)據(jù)則作為圖形實體的擴展屬性來存儲。在數(shù)據(jù)搜集并將其數(shù)字化錄入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，不可避免會產(chǎn)生這樣那樣的誤差。空間數(shù)據(jù)誤差主要來源于地圖誤差和數(shù)據(jù)采集誤差。地圖誤差包括測量誤差、繪圖誤差、圖紙伸縮變形誤差；數(shù)據(jù)采集誤差（包括數(shù)字化誤差、不一致性和不完整性誤差）、格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換誤差。在這些誤差中，有粗差、系統(tǒng)誤差和偶然誤差。對于粗差，目前主要通過邏輯一致性檢查和比較分析方法，由人機交互發(fā)現(xiàn)和修改，消除矛盾現(xiàn)象。由于系統(tǒng)誤差和偶然誤差是有規(guī)律可巡的，可以通過建立一定的條件對系統(tǒng)誤差進行改正，對偶然誤差進行合理的分配，從而保

15、證空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量。除了數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中嚴格執(zhí)行規(guī)范要求外，這里的質(zhì)量控制的主要是要方便的對數(shù)據(jù)粗差進行檢查，故需要一個方便實用的人機交互的數(shù)據(jù)監(jiān)理平臺。3.2.2 數(shù)據(jù)無縫進入空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的無縫連接包含以下幾個問題：投影，坐標(biāo)系統(tǒng)，比例尺，數(shù)據(jù)精度等。對不同投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)在投影和坐標(biāo)系統(tǒng)上統(tǒng)一采用相同的標(biāo)淮，當(dāng)空間數(shù)據(jù)具有多尺度時，無縫連接尋找數(shù)據(jù)集之間連續(xù)的表達方式，它表現(xiàn)為不同尺度數(shù)據(jù)之間的集成。建立無縫空間數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于在合適的空間信息框架上實現(xiàn)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的融合，框架是基礎(chǔ)，融合是手段。GIS的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用導(dǎo)致了多源空間數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。如何實現(xiàn)不同的GIS軟件共享并操作

16、不同來源的地理數(shù)據(jù)，即GIS多源空間數(shù)據(jù)的集成，成為GIS發(fā)展的關(guān)鍵。目前GIS多源空間數(shù)據(jù)的集成主要朝著三個方向發(fā)展，一是通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)來約束并規(guī)范已有的各類地理信息系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)來進行空間數(shù)據(jù)交換；二是建立開放式地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范，進行地理信息系統(tǒng)互操作；三是GIS數(shù)據(jù)中間件技術(shù)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)存在很多實現(xiàn)上的困難?；ゲ僮魇且粋€重要發(fā)展趨勢，是在異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)信息共享的途徑，它需要將GIS技術(shù)、分布處理技術(shù)、面向?qū)ο蠓椒ā?shù)據(jù)庫設(shè)計及實時信息獲取方法更有效地結(jié)合起來。所謂GIS數(shù)據(jù)中間件技術(shù)是指能夠嵌人各類GIS系統(tǒng)的軟件，GIS開發(fā)者通過中間件開發(fā)商提供的接

17、口，訪問和操作特定的數(shù)據(jù)源。3.2.3 CASS7.0數(shù)據(jù)到ARC GIS轉(zhuǎn)換方法從CAD文件轉(zhuǎn)換到ArcGIS，通常包括兩方面的內(nèi)容：一是CAD到ArcGIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，二是CAD到ArcGIS應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。從CAD數(shù)據(jù)到ArcGIS的轉(zhuǎn)換，比如AutoCAD與ArcInfo兩者之間的圖形要素并不是一一對應(yīng)的關(guān)系，AutoCAD中可以包括點、線、面、矩形、弧線等，但是ArcGIS Geodatabase模型只是建立在簡單要素層基礎(chǔ)之上的，所以在建立兩者的圖形要素的對應(yīng)關(guān)系的時候CASS都進行了技術(shù)上的處理，CAD到Geodatabase數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換通常是先轉(zhuǎn)為簡單要素層，之后在按照Geodata

18、base模型的定義進行要素類組織合并，定義域，子類型，關(guān)系，幾何網(wǎng)絡(luò)等規(guī)則，使得空間數(shù)據(jù)在輸入到GIS后能和屬性數(shù)據(jù)正確的連接起來。在入庫時，CASS7.0根據(jù)定義文件從各個圖形實體的擴展數(shù)據(jù)中讀出各種屬性數(shù)據(jù)，并填寫到SHP格式、MIF/MID格式、VCT格式的相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)位置，由于空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是一起輸出的，所以保證了兩者之間的關(guān)聯(lián)性。對于復(fù)雜的地籍?dāng)?shù)據(jù)，其設(shè)計原則是宗地與界址線緊密結(jié)合在一起，界址點脫離宗地在整個街坊公用。一個宗地內(nèi)有多條界址線，各界址線的屬性信息分別存儲，每當(dāng)宗地添加或刪除界址點，界址線會自動發(fā)生增減。界址點脫離宗地單獨存在，可在整個街坊內(nèi)累加，相鄰宗地共用界址點，在入庫時，自動通過宗地搜索界址線，通過界址線搜索界址點，最終將三者之間的完整關(guān)系體現(xiàn)在GIS數(shù)據(jù)庫中。從CAD到ArcGIS應(yīng)用的轉(zhuǎn)換目前主要集中在數(shù)據(jù)的原始表現(xiàn)上，因此以前在CAD環(huán)境下的看到數(shù)據(jù)在ArcGIS環(huán)境下“變了樣子”，這主要由于各自系統(tǒng)對數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式和相關(guān)符號庫的不同，數(shù)據(jù)本身并沒有丟失。此問題的解決目前主要集中在兩個方法，一種是程序?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)符號庫的自動轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時完成相應(yīng)符號庫的轉(zhuǎn)入。另一種是對數(shù)據(jù)進行前期處理，就是先對CAD數(shù)據(jù)進行編碼