CAD數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的研究

劉陽(yáng)，劉允，劉宓，楊釗

(天津市測(cè)繪院，天津 300381)

1 引言

隨著國(guó)家基本比例尺地圖圖式和國(guó)家基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典的頒布實(shí)施，天津市測(cè)繪院的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了革新和完善。當(dāng)前GIS事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化要求逐步提高，對(duì)GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性要求日益增加，因此若能實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，對(duì)基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)業(yè)建設(shè)會(huì)有相當(dāng)深遠(yuǎn)的影響。

2 技術(shù)思路和數(shù)據(jù)要求

多年來(lái)，從CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)換一直是我們探索的目標(biāo)，而此次研究的方向鎖定在從DWG格式數(shù)據(jù)直接輸出MIF格式數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換為TAB格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換思路上。轉(zhuǎn)換的整體技術(shù)思路設(shè)計(jì)如下:

(1)技術(shù)思路

以DWG格式數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)GIS數(shù)據(jù)的要求，從數(shù)據(jù)中直接讀取各個(gè)要素的骨架數(shù)據(jù)，將其直接輸出MIF格式數(shù)據(jù)，通過(guò)MapInfo軟件的轉(zhuǎn)入表功能，直接將MIF格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為TAB格式的GIS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分層、屬性、關(guān)聯(lián)等信息要完全符合標(biāo)準(zhǔn)。

(2)MIF格式數(shù)據(jù)介紹

MIF格式數(shù)據(jù)包括兩部分，MIF和MID兩個(gè)文件，MIF文件的內(nèi)容主要是點(diǎn)(point)、線(pline)、面(regen)等要素的位置記錄和樣式信息，還包括整個(gè)圖面的坐標(biāo)范圍、屬性字段的個(gè)數(shù)名稱和類型;MID文件的內(nèi)容就是輸出的各個(gè)地物要素的屬性內(nèi)容。

圖1 mif文件格式

圖2 mid文件格式

(3)要素分類

根據(jù)天津市測(cè)繪院現(xiàn)行的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，地物要素總共分為8個(gè)大類，包括控制點(diǎn)(KZD)、水系(SX)、居民地及設(shè)施(JMDSS)、交通(JT)、管線(GX)、境界(JJ)、地貌(DM)、植被與土質(zhì)(ZBTZ)。轉(zhuǎn)換后的GIS數(shù)據(jù)基本按照這8個(gè)大類劃分，在此基礎(chǔ)上添加了交通中心線(DLZXX)、水系中心線(SXZXX)兩層數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)要求

①GIS數(shù)據(jù)指專業(yè)或通用地理信息系統(tǒng)中有分析價(jià)值的地理信息數(shù)據(jù)，即能夠表達(dá)地物位置和形狀的、有屬性信息的點(diǎn)、線、面等。在DWG數(shù)據(jù)中表現(xiàn)為地物的骨架數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的屬性信息。如圖3，灌木行樹(shù)的骨架線、棚房的閉合邊線、依比例尺的涵洞框架線。作為各要素相應(yīng)的骨架數(shù)據(jù)，需要轉(zhuǎn)換成GIS數(shù)據(jù)。灌木行樹(shù)為線狀數(shù)據(jù)，棚房和依比例尺的涵洞為面狀數(shù)據(jù)。

圖3 骨架數(shù)據(jù)示意圖

②為了保證GIS數(shù)據(jù)的使用效果，在程序設(shè)計(jì)中也考慮了GIS數(shù)據(jù)的符號(hào)化、美觀化。由于MIF格式在這方面的優(yōu)越性，我們可以直接將GIS數(shù)據(jù)各類要素的顏色、線型樣式等進(jìn)行設(shè)定，這樣最終得到的TAB數(shù)據(jù)就會(huì)有很好的表達(dá)效果。比如說(shuō)給各種類型的房屋賦予不同的顏色，圍墻柵欄等樣式都可以直接在轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)定。

③新的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)地物要素都建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。它是指為了表示組成一個(gè)實(shí)體的各個(gè)部分或若干實(shí)體為一個(gè)整體所建立的數(shù)據(jù)關(guān)系。包括要素內(nèi)部的關(guān)聯(lián)和要素之間的關(guān)聯(lián)。舉例來(lái)說(shuō)，棚房邊線與棚角描述符之間的關(guān)聯(lián)，為要素內(nèi)部的關(guān)聯(lián);單位點(diǎn)和單位注記之間的關(guān)聯(lián)，為要素之間的關(guān)聯(lián)。利用要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以解決很多問(wèn)題，如房屋天井、獨(dú)立的不依比例尺符號(hào)與范圍線內(nèi)部的不依比例尺符號(hào)的區(qū)分等情況。

④根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，地物的關(guān)聯(lián)關(guān)系也要帶入GIS數(shù)據(jù)中。將關(guān)聯(lián)關(guān)系以屬性字段的形式記錄下來(lái)，在GIS數(shù)據(jù)中通過(guò)檢索查詢的方式即可實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)聯(lián)地物的查詢和應(yīng)用。

3 關(guān)鍵問(wèn)題及解決方案

(1)擴(kuò)展屬性的轉(zhuǎn)換

根據(jù)數(shù)據(jù)字典的要求，CAD數(shù)據(jù)中每個(gè)地物都有不同的擴(kuò)展屬性。這些擴(kuò)展屬性是以Map_Info為擴(kuò)展名記錄下來(lái)的，其中每個(gè)組碼1 000對(duì)應(yīng)記錄一個(gè)屬性字段的內(nèi)容，但并沒(méi)有記錄下屬性字段的名稱，如圖4所示。GIS數(shù)據(jù)則是每一層地物有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的屬性表，包括該層地物涉及的所有屬性字段，每個(gè)地物的屬性字段名稱和內(nèi)容都會(huì)逐條記錄下來(lái)，如圖5所示。

圖4 CAD數(shù)據(jù)擴(kuò)展屬性

圖5 GIS數(shù)據(jù)擴(kuò)展屬性

從以上分析可以看出，兩種數(shù)據(jù)的屬性結(jié)構(gòu)有很大的差別。如何把每個(gè)地物的各項(xiàng)屬性內(nèi)容在GIS數(shù)據(jù)屬性表中與相應(yīng)的字段名稱一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，就成為擴(kuò)展屬性轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。

為了解決這一問(wèn)題，可將這種對(duì)應(yīng)關(guān)系體現(xiàn)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的對(duì)照表文件中。根據(jù)GIS數(shù)據(jù)的要求，每一層要素都有相應(yīng)的屬性結(jié)構(gòu)，將各層要素的屬性結(jié)構(gòu)整理成property.ini對(duì)照表，如圖6所示，在對(duì)照表中記錄各層要素的所有屬性字段名稱及其類型，并對(duì)每個(gè)屬性字段名稱進(jìn)行編號(hào)。針對(duì)每個(gè)地物要素不同的屬性，建立SystemAttributes.ini對(duì)照表，如圖7所示，在其中不但要記錄每個(gè)地物要素的屬性字段名稱，而且要記錄各項(xiàng)屬性名稱在GIS數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的字段編號(hào)，通過(guò)這個(gè)字段編號(hào)，程序就可以識(shí)別CAD數(shù)據(jù)中不同的屬性項(xiàng)對(duì)應(yīng)GIS數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)中的哪一項(xiàng)，即可在程序轉(zhuǎn)換中實(shí)現(xiàn)屬性的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換。

圖6 圖層的屬性對(duì)照格式

圖7 地物的屬性對(duì)照格式

(2)關(guān)聯(lián)關(guān)系的運(yùn)用

數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系的運(yùn)用，將一些比較復(fù)雜的關(guān)鍵問(wèn)題用關(guān)聯(lián)這種統(tǒng)一的思路和方法得到了解決。舉兩個(gè)例子介紹一下。

第一，獨(dú)立的不依比例尺符號(hào)和在范圍線內(nèi)部配置的不依比例尺符號(hào)的區(qū)分。在GIS數(shù)據(jù)中，范圍線內(nèi)部的符號(hào)并不需要，只有獨(dú)立的不依比例尺符號(hào)要保留。而CAD數(shù)據(jù)中，這兩種情況雖然圖面表達(dá)的意義不同，但圖面使用的符號(hào)編碼和塊名都是一樣的，無(wú)法進(jìn)行本質(zhì)上的區(qū)分。因此要得到正確的結(jié)果，比較好的方法就是對(duì)轉(zhuǎn)換后的GIS數(shù)據(jù)做拓?fù)浞治觯瑢⒙湓诜秶€內(nèi)部的符號(hào)刪除，只保留獨(dú)立的符號(hào)。這是一種間接實(shí)現(xiàn)的手段，需要借助GIS軟件的拓?fù)浞治龉δ軄?lái)完成。現(xiàn)在有了關(guān)聯(lián)關(guān)系的運(yùn)用，這兩種情況下的不依比例尺符號(hào)就得到了很好的區(qū)分:不依比例尺的符號(hào)是否有與其相關(guān)聯(lián)的范圍線。根據(jù)以上的思路，在轉(zhuǎn)換程序中加入相關(guān)的判斷條件，就直接實(shí)現(xiàn)了不依比例尺符號(hào)的轉(zhuǎn)換。如圖8就包括了這兩種情況:范圍線內(nèi)部的配置不依比例尺符號(hào)的情況在GIS中轉(zhuǎn)為范圍線面狀要素，獨(dú)立的不依比例尺符號(hào)轉(zhuǎn)為點(diǎn)狀要素。

圖8 依/不依比例尺符號(hào)的CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)

第二，島狀地物的轉(zhuǎn)換。地形圖上要素相當(dāng)復(fù)雜，必然會(huì)出現(xiàn)島狀的表示情況。如圖9的池塘外圍斜坡面，就是用坡頂框架線和坡底框架線圍成的島狀面狀地物。如果沒(méi)有對(duì)斜坡的框架線建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，那么GIS數(shù)據(jù)就會(huì)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)重疊的面，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖島處理，才能得到符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在內(nèi)外層框架線建立了關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系找到島狀地物的內(nèi)外層各條線，并根據(jù)面積的大小不同，確定出島狀地物的最外圍邊線和所有與之關(guān)聯(lián)的內(nèi)部島，這樣就能直接將這種島狀地物轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)了。

圖9 島狀斜坡的CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)

(3)關(guān)聯(lián)搜索效率

關(guān)聯(lián)關(guān)系的運(yùn)用的確解決了很多問(wèn)題，與此同時(shí)，如果能使關(guān)聯(lián)關(guān)系的搜索效率達(dá)到最優(yōu)，就能讓關(guān)聯(lián)關(guān)系的查詢和使用發(fā)揮最大的作用。關(guān)聯(lián)關(guān)系搜索的主要過(guò)程就是獲取了當(dāng)前地物的關(guān)聯(lián)值后，在圖面上搜索所有與當(dāng)前地物關(guān)聯(lián)值一致的地物。在研究這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，我們采用了許多方法。

最先采用的是通過(guò)lisp語(yǔ)言編寫的程序函數(shù)來(lái)查找關(guān)聯(lián)，主要是為轉(zhuǎn)換島狀地物時(shí)編寫的，如圖10所示。轉(zhuǎn)換過(guò)程中讀到某地物需要搜索與之相關(guān)聯(lián)的地物時(shí)，在圖面上選擇所有的具有“TJTX”關(guān)聯(lián)關(guān)系的POLYLINE線，再進(jìn)一步判斷這些POLYLINE線的關(guān)聯(lián)值guid，關(guān)聯(lián)值一致的地物即是相互關(guān)聯(lián)的地物。這種搜索方式在處理較大數(shù)據(jù)量的圖幅時(shí)速度比較慢，效率較低，不能達(dá)到預(yù)期的效果。

為了提高效率，可用C++語(yǔ)言編寫的arx程序函數(shù)來(lái)完成上面的功能(圖11)。循環(huán)搜索保留原有的思路，編寫的程序模塊可以在lisp程序中直接調(diào)用，通過(guò)傳遞參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)的搜索，函數(shù)直接返回關(guān)聯(lián)地物的圖元名稱列表。用這種方式實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)搜索速度提高了很多，基本能達(dá)到比較滿意的效果。但是在用大量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，這種方式的一個(gè)弱點(diǎn)，就是由于內(nèi)存釋放等因素的影響，在處理較大數(shù)據(jù)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致AutoCAD軟件無(wú)法運(yùn)行下去。因此，在提高效率的同時(shí)，還要找到一種更加穩(wěn)定的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)的搜索。

圖10 用lisp方式實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)的搜索

圖11 用arx方式實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)的搜索

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，借用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)完成對(duì)關(guān)聯(lián)進(jìn)行快速搜索是行之有效的方法。SQLite是一個(gè)內(nèi)嵌式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器就在程序中，其好處是不需要網(wǎng)絡(luò)配置和管理。根據(jù)它的這個(gè)特點(diǎn)，可以把當(dāng)前圖面上所有具有“TJTX”關(guān)聯(lián)關(guān)系的地物記錄在SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括地物的句柄值和關(guān)聯(lián)值(圖12)，然后通過(guò)SQLite語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的查詢搜索(圖13)，并通過(guò)lisp函數(shù)獲得關(guān)聯(lián)的圖元列表(圖14)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，這種方式不僅在速度方面達(dá)到了預(yù)期效果，而且運(yùn)行非常穩(wěn)定，是一種非常有效的方法。

圖12 SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的句柄和關(guān)聯(lián)

圖13 程序創(chuàng)建SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，并記錄句柄和關(guān)聯(lián)

圖14 在SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行關(guān)聯(lián)的搜索

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了CAD數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的流程、關(guān)鍵問(wèn)題及解決方案。實(shí)現(xiàn)CAD與GIS數(shù)據(jù)全自動(dòng)轉(zhuǎn)換具有重要的意義，節(jié)省了原來(lái)因?yàn)榫S護(hù)兩套數(shù)據(jù)耗費(fèi)的大量人力物力，同時(shí)有效地避免了數(shù)據(jù)不一致情況的產(chǎn)生。

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