地形、地籍数字化成果向GIS数据转换软件开发

肖明虹 谢志伟 陈钊
（广西测绘局第二测绘院地理信息工作站 广西柳州 545006）

【摘　要】　对传统的的地形、地籍数字化后的Dwg成果进行入库前的处理，使之完全达到GIS建库要求。
【关键词】　AutoCAD map2000i 系统自动识别 人机交互识别 数据属性 拓扑构建 检查控制

一、概 述
　　在过去的十年中，全国各地市、县生产地形、地籍数据一般分为两种途径：1、以原有的基础图件进行数字化；2、利用全站仪等设备进行全野外测量直接生产数字化图。两种方式所得的成果均为利于管理的制图数据（大部份成果为AutoCAD的dwg格式），此类数据成果适用于制图，简单的分层管理及初级的GIS数据。随着当今GIS数据广泛应用于各行各业，对GIS数据的分层要求、代码要求更加细化，数据的严谨性进一步提高，行业的GIS数据也已得到了长足发展。地形、地籍测量数据成果向GIS数据转换已为GIS数据建库及应用的前提，全国各地市、县已逐步开展此项工作。
　　我部门成立了3人的软件开发小组，选择了某市的1：1000图幅，共计40幅（面积为10平方公里）作为系统开发的测试数据。该测试区域地形、地貌要素具有一定的代表性，基本满足测试要求。
二、前期准备
　　1、软件开发目标：开发一套完整的系统，把原始的dwg数据归划至GIS系统要求的相应图层，并赋予相应约定的属性，最终通过数据接口，生成ArcInfo的coverage（或ArcView的shape）。
　　2、测区资料情况：测试测区为某市1：1000数字化地形图，共计10平方公里40幅满幅，原始图层信息见附录1（部份）。
　　3、作业依据：依自定《某测区地形数据向GIS数据转换设计方案》（以下称《方案》）见附录2（部份）。
　　4、开发软件平台及版本：
　　（1）Visual LISP，AutoCAD map2000i　　　　　（2）AML，Arc/Info　8.0.3
三、技术路线
　　依据原始的dwg图进行图层、线型、插入的图块名及颜色进行统一，再利用开发的系统对dwg图形数据进行统一计算机识别，无法识别的数据再进行人机交互识别，识别完成后在CADmapi中进行面状要素的拓扑构建，完成后利用开发的系统子功能输出为文本E00格式，再在ARC/INFO中读入E00格式，再进行点线面要素的拓扑构建，最终成果整理为ARC/INFO的coverage格式，或ARCVIEW的shape格式。
四、技术实施步骤及开发思想
　　1、工艺流程图

　　2、实施步骤及开发思想
　　2.1 AutoCAD的环境设置
　　对于原始的Dwg数据，每一测区都有自定义的原始图层信息和其他CAD要素信息（包括线型定义信息、块名定义信息、颜色定义信息等）（见附录1中某测区部份原始信息），通过数据转换要求生成《方案》中的图层及代码，并具有相应的属性字段，因此要求在环境设置中对图幅完成以下设置：
　　2.1.1. 《方案》中所有地物类的图层建立；
　　2.1.2. 对象属性数据结构设置；
　　2.1.3. 原始Dwg数据的一些特定项检查；
　　2.1.4. 自动识别定义
　　2.1.5. 交互识别定义
　　2.2 Dwg数据接边检查、修改
　　通常GIS数据在空间拓扑关系和数据属性的完整性两方面尤为重要。在制图的前期若不把接边问题处理好，在今后的入库工作中，单幅图的数据入库不会出现问题，但在整个测区（或部份区域）入库时就会出现地物的不完整，拓扑关系的错误或属性不接的错误。因此，对于每幅图的接边数据均要求完全接边，包括图形接边及属性接边，且图形的接边点应落在内图廓线上。
　　2.3 系统对要素的自动识别
　　在AutoCAD平台所采集的原始图，一个测区范围内通常都采用同一制图软件平台，但有时一个测区多个作业队，所采用的软件平台、采集方法、作业水平都不尽相同。原理上，一个地物要素在采集时是加入了制图软件中该地物的环境，如：该地物要素的类型、图层、代码、线型、块名、颜色、宽度等。关于我系统对这些具有一定标准的地物要素可以完全识别，列举如下几个地物要素的识别（表1）：

（图１）

　　地物要素选择菜单（注下为居民地类、实线属性所有地物）：

（图2）

　　通常需要人工交互式识别的内容主要包括如下几方面：
　　* 系统未能自动识别的地物要素；
　　* 面状要素的识别；
　　* 等高线的识别及高程赋值；
　　* 道路及桥梁的中心线生成；
　　* 不可识别地物及图形垃圾数据的处理。
　　通过以上识别处理，再加以检查，Dwg原始数据均可按《方案》要求进行属性转换。
　　2.5 面要素拓扑构建
　　面要素一般包括了，居民房屋、面状水域（如：双线河流、水塘、水库等）、城镇绿地、境界面（如：市界面、镇界面、村界面），针对各行业对GIS数据的要求，可以自由定义一些专业的面要素的内容。对于面要素的构建，主要应处理好两个方面的内容：面要素的边界和质心。
　　1） 面要素的边界，
　　2） 面要素的质心，
　　本系统开发平台为AutoCAD map 2000i，并提供了构建拓扑的功能，通过菜单可以对上面要素完成构面。具体实施步骤：
　　1） 利用原采集的原始数据生成面要素边界，如有缺数据（如其他地物隔断）可加入面要素边界辅助线；
　　2） 根据原图注记内容，由系统自动加入面要素质心（标识点），如无注记则人工加入，同时录入相关属性值，如：河流名称、湖泊名称等；
　　3） 面要素图面清理，包括删除毛刺、重复对象，延伸未及点，溶解伪节点，捕捉聚合节点等；
　　4） 由系统完成构面前的检查， 包括面要素是否完全闭合，是否有质心或是否有多余质心，面要素边界属性与该内部质心属性是否一致；
　　5） 修改以上检查错误，最终构建面拓扑。
　　2.6 数据的全面检查
　　数据在输出前，必须对其进行一次全面的检查，检查主要包括以下内容：
　　* 原始数据转换的完全情况，检查是否有未处理的数据；
　　* 转换后数据的完整性检查，包括数据的图层、代码、属性表及某些特殊要素的特殊属性等；
　　* 面要素的拓扑检查；
　　2.7 元数据的制作
　　通过图廓信息，人机交互式选择录入生成mdb文件。
　　2.8 转换后数据输出文本E00格式
　　通过认真解读E00文本格式，用Visual LISP编写系统输出模块，对转换后的CAD数据直接输出至文本E00格式。
　　2.9 在ARC/INFO中重新构建点线面拓扑关系
　　在AutoCAD map 2000i中，为了完整表示拓扑关系，在没有LABEL点的封闭范围内加入空的LABEL点，在输出时再把空的LABEL点剔除，所以在所输出的E00文件中，图形的拓扑关系是不严谨的，系统通过把E00转换为coverage，在ARC/INFO中重新构建点线面拓扑关系。
　　2.10 数据成果整理，提交入库
　　可根据《方案》要求，对数据成果进行分区、归类整理，最终提交入库。
五、主要技术问题及处理方案
　　1. 构面的处理问题
　　对于GIS数据，拓扑关系是一关键问题。尤其是面状要素，在数据转换过程中，如果出现拓扑错误，将直接导致数据将无法入库。为此我们选择的是AutoCAD Map 2000i软件平台进行面状要素的拓扑构建，通过在以上2.5项中所述步骤，可完成面状要素的拓扑构建。在此特别强调的是，面状要素的拓扑构建最关键的是面状要素边界生成和质心生成。
　　1）面状边界的生成是系统通过该要素的图层和代码识别，选择该要素的线特征边界，如果该面状要素有人工加入的辅助线，同时也选择该辅助线，然后系统把它们合并，再复制（辅助线不用再复制）出一个完整的面状要素，同时赋值相应的图层、代码及属性。
　　2）质心的生成，主要是通过原图注记内容自动生成，如无注记则人工判读再在面内加入质心，同时录入相关属性值，如：河流名称、湖泊名称等。
　　3）对于面状要素中存在“岛”的现象，在“岛”中加入“空”字做为“岛”的质心。
　　2. 非标准图形要素的处理问题
　　1）错误图层、错误环境设置的图形要素。
　　作为原始采集图，尤其是纯制图数据的采集图，图层或图形环境的错误是不可避免的。对于这些图形要素，系统是无法自动识别的，解决的方法主要有两个：1）把错误的图层人工改正，再由系统自动识别；2）利用系统功能的属性刷功能，实现属性复制。用系统已识别的正确的图形要素属性复制另一同类地物（未识别）。该属性刷是本系统独立开发，为完全的属性复制，包括图层、代码、颜色及属性字段和字段值。所以在有不同属性字段值的同类地物使用该属性刷时，应注意同时更改该字段值，如：高程点之间的属性复制，应修改相应的高程字段值中的高程值。
　　2）非标准的线型、符号块的图形要素。
　　所谓标准线型、符号块就是原图在采集时完全利用采集软件平台所定义的线型、块名。但部份原始采集图的图形要素或被炸碎，或是用多段线直接描绘符号，或是其他符号组合另一线型或另一符号等，总之非标准的线型、符号块五花八门、千奇百怪，如用直线组成的陡坎、斜坡，小圆圈组成的地类界，被炸碎的植被符号等。
　　对于这些问题的处理，本系统都开发了一些小功能，从而把这些图形要素标准化。这些小功能如下：1）标准符号图块的插入；2）小短线和小圆圈组成的“线”连为标准线型；3）CAD圆或多维线转换为多段线；4）特定图形要素的快速查询。
　　这些小功能基本上可以解决了非标准的线型、符号块向标准化的转换，但都是需要人工干预，通过菜单式的人机交互完成转换。
　　3. 桥梁、道路中心线的制作
　　对于一个测区道路应该是成网的，在本系统中，道路中心线的制作就是通过把测区整个道路网拼为一整块（测区太大可分为若干块），然后在此基础上制作道路中心线，具体作法如下：
　　在原始采集图中提取道路要素，拼为一整块路网图；
　　1）在该路网图中，人工选择需要制作中心线的双线道路（一般等级在双线大车路以上的都要制作道路中心线）；
　　2）利用菜单提供的功能，从双线道路和一边复制一条线至中心位置，赋上相应的属性及属性值，包括道路名称、等级、宽度等属性值；
　　3）生成路网图内所有道路的中心线后，再把以分幅图单位的道路中心线，利用生成图块和插入图块的CAD功能，实现中心线转移至作业分幅图中，该测区作业分幅图的道路中心线均可在已完成的路网图中提取，至此作业分幅的道路中心线制作完成。
　　4. 等高线处理模块开发
　　等高线是地形图的主要内容之一，几乎涉及所有图幅，所以等高线的处理也是本系统开发的一项重点工作。对于大部分原始采集图，等高线的采集都是不带高程属性值的，所以如何方便的录入高程值是这一模块的重点，具体思路是：利用等高线的特性，首先对整幅图的等高线进行图面清理（包括删除重复的等高线、连接小于指定距离的等高线等），再由人工赋值几条相邻的等高线，输入等高距（也可自由推算得到），选择某种赋值方式，包括递增方式（＋1）、递减方式（－2）、等值方式（＝3）、自由推算方式（.4），（如图3所示），对所有的等高线赋值后，最后对示坡线及未处理等高线进行查询处理，在对等高线赋值处理时，也把计曲线、首曲线区分，并赋予相应的图层、代码等属性。
　　等高线赋值菜单：

（图３）

　　对等高线的处理，同时也要有相应检查方法，本系统中对等高线录入的控制方法主要以下几种：
　　1） 图层控制，此是防止其他图层要素的错误录入；
　　2） 线宽控制，此是主要控制计曲线与首曲线的错误录入，同时也作为控制高程值赋值时的检查手段；
　　3） 等高距控制，在遇计曲线时用等高距的固定倍数进行控制。
　　4） 遗漏的未处理等高线查询、录入。
　　5. 图形要素转换录入检查控制
　　在人机交互式转换过程中人为因素较多，可能会出现选择错误。对此本系统通过对图形要素的一些控制而避免人为的选择错误，控制内容为：图层控制、线型控制、宽度控制。通过这些控制，如当前设定转换录入的是“地形地貌”图层，但人工却选择了其他图层的内容，系统将自动过滤所选要素，从而控制人工选择错误。同时也可以通过设置取消这些控制，也就是说，当出现原图错误、非标准线型时，也可以通过改变设置后强制转换（如下图4所示）。
　　选择图形要素控制：

（图４）

六、系统通用性的一些思考
　　在系统开发时，所用的数据要求进行一些针对性的调整，使得系统不够通用。为使系统的通用性能进一步提高，相应地采用以下技术：
　　1) 系统识别定义模块化。取消识别定义手工录入方式，解决方案是开发识别表达式生成工具，以直观易懂的方式进行识别定义。
　　2) 扩充针对性调整功能，并开发针对性调整模块。原来的方案要求对复杂线型进行打散，本系统就开发了相应的模块，但相当的打散识别和打散要求还是集成在程序内部。解决方案：把识别要求加入到识别定义中，再定义相关的打散方法。
　　3) 系统菜单，目录采用依照地物进行分类。应在定义识别模块时对菜单进行调整。
七、结束语
　　AutoCAD作为当今最普及，最成熟的软件，在制图方面是绝无问题的。但要希望通过简单的数据转换就能完全满足GIS的建库要求，是很困难的。这是由CAD在应用上的广泛性所决定的，各种形体、各种标准对制图可能毫无影响，但对数据内在的属性是有很大的区别。
　　这次系统的开发，我们主要也是运用了CAD的开发功能，充分利用了Visual LISP强大的开发功能。但在开发的界面上、各种CAD问题的处理小功能上我们仍需要进一步完善，对不同测区的系统通用性上也应进一步加强。

附录1：

某测区1：1000地形图DWG分层信息（部份）

附录2：

《方案》摘录部份

　　1、引用标准
　　《GB/T 14804-93 1：500 1：1000 1：2000 地形图要素分类与代码》（1994-08-01）
　　《GB/T 7929-1995 1：500 1：1000 1：2000 地形图图式》（1996-05-01）
　　《GB 1：500 1：1000 1：2000 地形图数字化规范》（1998-08-01）
　　《GB/T 14804-93 1：500 1：1000 1：2000 地形图要素分类与代码》（1994-08-01）
　　《GT地籍数据库标准》
　　《GB/T 13923-92 国土基础信息数据分类与代码》（1993-07-01）
　　
　　2、数据分层（部份）
　　居民地类：