CAD与GIS的数据转换

王国波
（广西壮族自治区基础地理信息中心 南宁 530023）

【摘　要】　本文阐述内容包括基于几种常用GIS软件的数据转换方法。
【关键词】　数据转换 Geoway AutoDesk Map GeoMedia

　　一、前言
　　在过去的30年里，CAD与GIS软件系统都同时而又独立有了很大的发展。CAD系统侧重于电子绘图的自动化。在测绘领域常用于制作大比例尺地形图（像1：500—1：10000）。相对CAD软件而言，GIS软件系统有更多形式的数据模型，它们都有着编辑规则和拓扑关系，并且强调空间分析和高端制图。CAD系统在处理对象属性方面差强人意，与数据库存的连接限制很大，空间分析和制图功能也很欠缺。他们的数据整合和共享能力也很有限，而GIS的问题主要是图层叠加不便，屏幕刷新缓慢，绘图功能上稍有不足。因此，进行CAD到GIS 数据转换方法的研究具有重要的现实意义。
　　二、对地形图数据的分析
　　在CAD平台软件下的数据模型以满足测绘界的制图规范与图式为核心，它强调制图要素的符号化表示，本质上是数字制图模型，以AutoCAD 格式为例，在内容上，根据国标分类标准划分为9大层，如下所示。
　　层名及其包含的主要内容：
　　1 控制点图根点、三角点、天文点、导线点等
　　2 居民地和垣栅房屋、围墙、居民地附属设施等
　　3 工矿建筑物工厂、矿及其附属设施等
　　4 交通及附属设施高速公路、公路、乡村路等及其附属设施
　　5 管线及附属设施上下水、电力、通讯等及其附属设施
　　6 水系及附属设施河流、湖泊、水渠、水坝、泉、井等
　　7 境界政区界、海岸线、岛屿、省界等
　　8 地貌和土质等高线、高程点、陡坡、冲沟等
　　9 植被果园、绿地、树等
　　由于这一模型所建立的数据库在主体上是图形数据库，并没有或很少有把地形图所表现的相关属性解译为信息，信息的获取仍需领域专家对地形图的人工判读，GIS系统是难以识别的，因此，在转换前要对数据进行分析，并建立统一的数据管理平台。
　　三、数据改造方法与过程
　　1、前期准备工作
　　我们知道地形图要素的分类由自然语言进行描述，而地形图数据库与GIS的重要因素是编码，数据只有编码才能实现对数据的操作与管理，并且区分有价数据与图形描述数据。因此，在生产前，我们必须建立起一套系统规范化、标准化方案，其中包括基础地理信息分类与分层编码方案、各种信息特殊问题处理方案、命名规则、质检方案等。
　　2、软件平台与方案设计
　　为改造来自不同采集平台的数据，须先建立统一的数据管理平台。为此我们采用了GEOWAY 作为数据清理管理平台。
　　以GEOWAY为例，我们制定的方案总共分为十一大类（控制点TEP、居民地RES、工矿建筑物OBJ、交通ROA、交通附属设施RAA、管线及附属设施PIP、水系HYD、水系附属设施HYC、境界BOU、地貌和土质TER及植被VEG），并采用五位编码制，对每一个图式符号的组成线划，按其性质进行了完整的分析和区分。
　　3、数据转换与加工
　　根据对原有CAD数据分析，发现是利用图层、颜色、线型来区分各种地物，虽然没有地物编码信息，但每一类要素基本上都在同一层。具体技术实现途径是：根据各地物特征的图层、颜色、线型等符号特征，在数据导入Geoway时通过设置，将CAD数据的所有图层作为地物类，大部分要素都可以通过统选统改的方法根据事先做好的方案进行分类，经数据转换工具批量转换后， 绝大部分数据补加了编码，但完全符合数据标准，还存在局部问题，主要表现在：
　　（1）因以前数据采集存在失误操作而质检又未发现，致使程序无法判读或错误判读，不能完全保证图形与属性编码对应；
　　（2）以前数据分类较粗糙不符合数据标准的需求，需人工区分有价数据与制图符号数据，重新进行细分类；
　　（3）以前数据的采集精度有可能达不到GIS数据要求，比如存在悬挂点，伪结点，线段相交、打折、重复等；
　　（4）数据的拓扑信息与属性信息不完整，须人工录入；
　　（5）图面注记分类不规范。
　　以上问题只有人工修改才能完成。数据转换与清理具体过程为：批量转换—批量纠错—人工修改—质量检查—数据入库。
　　4、数据接边
　　经过转换入库的数据还存在一定的问题，还要进行空间数据的拼接。在相邻图幅的边缘部分，由于原图本身的数字化误差，使得同一实体的线段或弧段的坐标数据不能相互拼接，或是由于坐标系统、编码方式等不统一，需进行图幅数据边缘匹配处理。
　　1）逻辑一致性处理。两个相邻图幅的空间数据库在接合处可能出现逻辑裂缝，如一个要素幅图层中具有属性A，而在另一幅图层中属性为B。此时，必须使用交互编辑的方法，使两相邻图斑的图层和属性相同，取得逻辑一致性。
　　2）识别和检索相邻图幅。将待拼接的图幅数据按图幅进行编号，便于计算机和操作员检索相邻的横纵图幅进行拼接。其次，图幅数据的边缘匹配处理主要是针对大量的跨幅空间数据的，为了减少数据量，提高处理速度，一般只提取图幅边界一定范围内的数据作为匹配和处理的目标。
　　3）相同属性多边形公共边的删除。当图幅内图形数据完成拼接后，相邻图斑会有相同属性。此时，应将相同属性的两个或多个相邻图斑组合成一个图斑，即消除公共边界，并对共同属性进行合并。对于多边形的属性数据，除多边形的面积和周长需重新计算外，其余属性保留其中之一的图斑的属性即可。
　　5、质量检查
　　质量检查是确保数据质量的一道重要工序，检查内容包括数据精度、图形信息、拓扑信息、属性信息等四个方面。传统白纸测图方式下的质检往往仅注重数据精度与图形信息，而忽略拓扑信息及属性信息检查。在数字制图与建库流程中，质检人员应能掌握电脑软件，采用二级检查制度，即首先用白纸图套合底图以检查数据精度与图形信息，然后在软件平台中检查拓扑信息与属性信息。Geoway在数据质量检查方面的有比较好的交互功能，许多容易出错的操作（如多边形是否封闭，断线，重线等）在采集过程中通过自检就能提醒操作人员。对数据的质检人员在检查拓扑信息与属性信息时采取抽查方式，以发现的错误个数与所检查地物数的比值的百分率来评价质量等级。
　　6、数据入库
　　在数据检查无误后，就可以将GIS数据进行整理入库，数据转换得工作就全部结束。下图是以万分之一地形图为例的CAD数据转GIS的流程图。

基于Geoway的CAD到GIS转换流程图

　　四、GIS到CAD的数据转换
　　前面提到GIS也有自己的缺点，比如数据量比较大，对硬件要求比较高，另外有个比较大的缺点就是GIS的绘图输出时线形符号的表现能力相对于CAD软件逊色不少。另一方面，随着GIS数据使用的日趋普遍，从而引起CAD软件厂商开始逐渐支持GIS的数据格式，可以将GIS数据转换为CAD数据，甚至还可以具有GIS数据的一些特性。像Microstation，AutoDesk Map，都可以实现对GIS数据的支持，下面介绍基于AutoDesk Map的GIS到CAD的数据转换试验。
　　1、支持的GIS数据格式
　　AutoDesk Map可以输入的GIS数据包括：ESRI Shape文件、ArcInfo Coverage 和 E00、MapInfo MIF 和 TAB文件等常见的格式，并且可以通过它将各种GIS数据进行相互转换。
　　2、线型与符号的制作
　　CAD数据的优点就在于线型符号表现比较丰富直观，所以数据转换前必须将线型符号及字体等制作好，为了使用方便可以先制作好一个带有全部线型符号及字体的模板文件，在数据转换时可以频繁使用。
　　3、数据导入
　　选择模板新建文件后，在AutoDesk Map的菜单中选择“地图=>地图工具=>输入”，软件会出现提示选择导入哪种数据格式，用户还可以数据的实际情况选择是否将数据的GIS特性带入DWG文件，比如投影、坐标系、数据的属性、图层等，因为AutoDesk Map支持GIS数据的属性特征，所以在导入GIS数据时一般都将属性一起导入，在选择属性输入时，还可以只选择自己想要的字段，多余的可以不要，并可以将这些选项保存到相关的配置文件，可以重复使用。
　　4、数据编辑
　　CAD数据与GIS数据的一个主要区别就是前者注重图形的表示，比较直观形象，而后者注重数据的扩展和分析。所以在GIS转换到CAD后主要要做的是设法使其能完成线型和符号的配置。由于AutoDesk Map支持GIS属性数据的导入，所以导入的CAD数据都带有各自的属性，这样就可以根据不同的属性代码去确定所要配置的线型和符号还有颜色。
　　1）编写代码线型符号对照表
　　首先根据GIS数据的代码分类情况，与CAD线型符号库进行对应，建立对照表文档，可以在数据转换前做好预先准备。
　　2）构建拓扑
　　在AutoDesk Map工程工作空间中当前图幅的数据进行拓扑建立，分别建立点、线、面的拓扑。这样就使得数据可以通过定义拓扑查询来修改要素。
　　3）配置线型符号
　　这是一个主要的步骤，数据编辑的大部分时间都在这里，在AutoDesk Map中利用定义拓扑查询功能通过选取代码进行相应线型和符号的配置，同时配置线宽和颜色。
　　4）文字注记的编辑
　　GIS数据中的注记文字转换后可能会出现字体高度、角度和位置的偏移，而且要考虑到CAD数据一般需要绘图输出，所以要将注记的字高和位置重新编辑。
　　整个数据导入编辑过程可以通过编写VB程序批处理自动完成，这样可以提高数据转换的效率，特别是数据图幅比较多的时候。近90%以上的线型符合可以自动配置，但有些特殊比例的符号，比如不依比例的水闸，在GIS中使用有向点来表示，转到了CAD是一个线段，由于涉及到角度和长度的变化，不是一个固定值，所以程序处理不是很方便，类似情况都需要手工编辑才能达到要求。
　　5、数据接边
　　如果涉及到多幅相邻数据，就要考虑数据接边的问题，由于数据在GIS中一般都已经接边，这里主要指的是线型在图幅接边处的编辑，比如陡坎线型在相邻图幅接边处方向是否一致对接，线宽是否一致等。
　　6、质量检查
　　数据的质量检查可以采用屏幕检查和打印套合相结合的方式，如果条件允许最好全部采取打印检查的方式，因为这样可以直接看到CAD数据绘图出来的效果，并可检查是否出现个别不常见的线型转换不出符号的现象，还有注记整饰是否正确等。发现错误可直接在样图上标示方便修改。
　　7、成果上交
　　数据通过检查修改确定无误后，GIS到CAD数据转换的工作就全部结束。下图是以万分之一地形图为例的GIS数据转CAD的流程图。

基于AutoDesk Map的GIS到CAD转换流程图

　　五、直接数据访问
　　前面介绍的是基于数据格式转换的模式，下边简单介绍基于直接数据访问模式的数据集成。基于Intergraph公司Jupiter技术的GeoMedia，是一个开放式桌面GIS系统。作为一个地理信息显示和分析工具，GeoMedia可以让来自不同信息源、不同数据格式和不同投影方式的数据集成融合于单一环境之中。使用GeoMedia，可以对来自不同数据源的空间数据和属性数据进行多种复杂的查询，并且在单一的工作区中产生一系列高质量的视图。再者，结合GeoMedia最新推出的LAYOUT功能，提供完善制图解决方案，在一张图纸上打印视图、增加边界、旁注和地图格调等。
　　下面是GeoMedia通用任务的简化工作流程，当然，工作流程随着不同工程需要而变化。
　　1、创建一个工作区
　　2、确定工作区的坐标系统
　　3、产生一个数据库连接
　　4、在地图窗中显示数据
　　5、改变地图窗内容
　　6、显示数据窗口
　　7、建立和运行查询
　　8、产生专题显示
　　9、给地图增加标注
　　10、打印地图
　　六、结束语
　　本文旨在探讨空间数据转换和集成的方法；并阐述了不同软件的实际操作过程。不同的数据格式进行相互间的转换，丢失一些空间信息和属性信息有时是不可避免的；数据转换也增加了生产应用的成本和工作量。最好的解决方法是实行统一的数据格式标准。

作者简介：王国波，男，生于1972年，1990年参加工作，本科学历地理信息系统专业，先后从事工程测量，外业测绘及GIS数据处理及相关工作。