基于規則和模板的CAD到GIS數據轉換

周義軍，劉小飛，舒濱，劉宓

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引言

隨著地理信息行業的蓬勃發展，市場對GIS數據的需求越來越大，而現有的測繪成果大多以CAD數據為主。為了充分利用現有的數字化成果，CAD數據到GIS數據的轉換成為行業內必須面對和解決的問題。現有的CAD到GIS數據轉換大體可分為兩種方式，一是利用現有的軟件所提供的轉換功能進行格式轉換，此種轉換大多只能達到數據顯示的需要，往往要對轉換后的結果進行一系列人工處理，才能達到實際應用的要求;另一種轉換方式是基于現有的軟件提供的二次開發組件，結合實際要求進行二次開發，達到無損轉換的要求。本文采用第二種方式，提出了一種基于規則和模板的CAD到GIS數據轉換的解決方案，實現了GIS數據的自動、無損轉換，并具有一定的兼容性。

2 CAD數據到GIS數據轉換存在的問題

由于數據組織模型的不同，CAD數據和GIS數據在數據組織、表達和應用等方面都不盡相同，轉換過程中很難將數據承載的信息一一對應過去。目前，很多的轉換方法都或多或少的存在一些問題:

(1)由于CAD軟件和GIS軟件對圖形實體的數據結構定義不一致，轉換過程中造成要素丟失和要素變形。

(2)由于CAD軟件很少考慮地理要素的拓撲關系，在轉換過程中，CAD數據的誤差和錯誤完全被傳遞到GIS數據上。

(3)CAD軟件對符號的表達不夠規范，在轉換過程中很難將符號信息剔除出去，造成大量數據冗余。

(4)針對數據轉換沒有一個詳盡適用的統一標準，這就導致轉換程序很難達到兼容性。

我們針對上述幾點問題，設計出一種基于規則的CAD數據到GIS數據的轉換程序。首先，針對兩種數據的數據結構，設計出一種合理的轉換規則——對照表，其次，對應于轉換規則，人為設定GIS數據模板。對照表和GIS數據模板可以人為的進行控制，同時修改它們可以動態調整和改變轉換結果。基于ArcGIS Engine組件和CAD二次開發組件實現了CAD數據到GIS數據的無損轉換，并詳細敘述了程序的設計原理和實施步驟。目前，此應用程序已經應用到實際工作當中，通過了時間的檢查，達到了預期的目標。

3 轉換功能詳細設計

按照圖形的幾何特征，空間數據可分為點、線、面和注記4種地理要素。CAD數據到GIS數據轉換的實質就是這4種地理要素間的轉換，轉換過程可細分為4種地理要素的幾何數據和屬性數據的讀取，組織和寫入過程。按照此種思路，本文采用模塊化的設計理念對轉換功能進行了詳細設計。如圖1所示，數據轉換功能大體可分為以下幾個部分:轉換規則和GIS數據模板設計，數據讀取，錯誤處理，數據寫入以及后續處理。

圖1 轉化功能流程圖

3.1 轉換規則和數據模板設計

(1)轉換規則

轉換規則是所有編碼的地理要素都要遵循的轉換原則，具有兼容性和可擴展性，本文設定的轉換規則如下:

Rule={FeatureCode，FeatureName，Shape，GISLayer，YesOrNo，Attributes}

其中FeatureCode為此類要素的編碼，此編碼具有唯一性，亦適合于GIS數據。

FeatureName表示此類地理要素的中文名稱，無名稱的可置為空。

Shape表示此類要素的幾何類型，要素按照圖形的表達方式可分為，點，線，面和注記四種類型。

GISLayer表示在ArcGIS數據中此類要素所屬的要素層。

YesOrNo表示此類編碼的要素是否需要轉換，需要轉換為Yes，不需要轉換為NO。

Attributes表示此類編碼的要素應具有的屬性要素的名稱集合。

本文將具體的規則以行的形式存儲在Access數據庫的表中，以供程序讀取和使用。

(2)數據模板

數據模板的實質是GIS數據格式的文件，其結構是根據對照表中的具體信息進行設計的。本文設計的數據模板采用ArcGIS的個人數據庫格式(*.mdb)，依照轉換規則中的具體的GISLayer的名稱和類別建立FeatureClass，每個FeatureClass的屬性結構對應于對照表中所有具有相同GISLayer規則的Attributs的并集。

由此可見，對照表和GIS數據模板又是相互聯系的，其中一個修改，另一個也需要做相應的修改。這種聯系在CAD數據和GIS數據之間搭起了一座橋梁，為CAD到GIS數據轉換開辟了一條可行之路。

3.2 數據讀取與錯誤處理

(1)數據讀取

數據讀取是轉換的開始，依據轉換規則，讀取CAD數據，作為數據寫入的基礎。此過程可分為圖形數據的讀取和屬性數據的讀取。AutoCAD按照圖層來組織數據，按編碼分類地理要素，圖形數據讀取以圖層為單元，遍歷圖層中的所有圖元，得到每個圖元的編碼，并通過對照表確定各個圖元的有效性和正確性;屬性數據讀取以相應的圖元為基礎，依據對照表中相應編碼的屬性集合(Attributes)讀取圖元的屬性信息，并確定屬性的正確性和邏輯一致性。最后，將圖形信息和屬性信息以ArcGIS數據結構進行組織，為數據寫入做好準備。

(2)錯誤處理

錯誤處理具有發現、定位和輸出錯誤的功能，它依附于數據讀取，貫穿于數據讀取的全過程。在圖形和屬性數據讀取的過程中，程序對不符合轉換規則的圖形要素進行標記和定位，同時輸出錯誤報告。如:面的多段線不閉合、對照表中沒有此編碼、其擴展屬性與對照表中屬性不完全對應等等。

數據讀取是數據轉換的開始，也是基礎，錯誤處理保證了數據的正確性、完整性和邏輯一致性。另外，對于CAD數據中圓和圓弧的處理，本文采用了一種與眾不同的做法。和一般的轉換程序采取弧段加密的方式不同，本文利用ArcGIS的圓和復雜曲線的數據結構，將CAD數據中的圓和圓弧一一對應到GIS數據中的圓和復雜曲線，實現了轉換過程中數據無損失，圖形要素無變形。

3.3 數據寫入與后續處理

(1)數據寫入

數據寫入實質就是GIS數據的生成過程，將數據讀取后的信息按照一定的規則寫入到事先復制好的GIS數據模板(*.mdb)中。數據寫入以層為單元，逐條寫入。另外，考慮到大數據量的問題，本文利用C#語言的事件觸發機制將數據進行分段讀取和寫入，避免了程序占用內存較大導致系統內存不足的錯誤。

(2)后續處理

后續處理主要是進行島嶼處理以達到GIS數據的最終要求。島嶼處理可分為同層島嶼處理和異層面相減處理。同層島嶼處理過程中，本文參考ArcGIS數據結構中的復雜面的設定，為同面島嶼處理設定出“奇刪偶不刪”的原則，即刪除被包含奇數次的多邊形，保留被包含偶數次的多邊形，如圖2所示，其中“被包含”定義為圖形被包含著并且屬性相同，異層面相減處理，可以按層進行操作，確保地物無壓蓋，如植被層與道路層應無壓蓋等。

圖2 同面島嶼處理規則圖

4 總結

本文采用C#.net+ArcGIS Engine 9.2技術開發轉換程序，對照表在Access數據庫中以表的形式存在，轉換生成ArcGIS的個人數據庫(GeoDatabase)成果。本文所編寫的數據轉換程序已經應用于天津市測繪院的1∶2 000比例尺地形圖的GIS數據的生產實踐中，取得了良好的效果，確保了數據的質量，大大提高了GIS數據生產的效率。另外，值得一提的是，此種設計具有一定的兼容性，操作員可以通過修改對照表和GIS數據模板控制轉換過程，適用于大多數CAD數據。

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