基于QGIS實現(xiàn)GIS與CAD數(shù)據(jù)互轉(zhuǎn)的應(yīng)用研究

萬紹文，趙曉琳，韓培培

（河南省豫北水利勘測設(shè)計院有限公司，河南 安陽 455000）

1 背景

一直以來，國家高度重視水土保持工作，不僅水利部門不斷加大以小流域為基本單元的水土流失綜合治理力度，財政、自然資源、生態(tài)環(huán)境等部門也啟動實施“山水林田湖草沙”生態(tài)環(huán)境修復工程，水土保持生態(tài)建設(shè)不斷向前推進。

隨著水土保持“天地一體化”工作的穩(wěn)步推進以及“強監(jiān)管”指導下水土保持管理要求的提高，生產(chǎn)建設(shè)項目防治責任范圍及分區(qū)和生態(tài)建設(shè)項目各措施圖斑等均須錄入國家水土保持管理信息系統(tǒng)，圖斑精細化、天地一體化。

2 現(xiàn)狀

目前，受多種因素制約，絕大多數(shù)中小型建設(shè)單位、設(shè)計單位還是攜帶紙質(zhì)版1：1萬地形圖現(xiàn)場查勘勾勒圖斑，少數(shù)單位能有1：2 000精度的測量底圖，外業(yè)結(jié)束后掃描入計算機拼接，在CAD中重復勾繪邊界，再量算面積，逐個統(tǒng)計完成圖斑信息填入Excel表格。以上環(huán)節(jié)均為人工完成。

然而，CAD繪圖工作量大、效率低、耗時長、再編輯修改困難；設(shè)計與實施有較大偏差，后期設(shè)計變更繁瑣。CAD軟件一般只有平面笛卡爾坐標系，部分單位甚至不對掃描后的地形圖配準，導致圖紙坐標是假定的，最重要的是無法直接將圖斑信息導入信息管理系統(tǒng)，不利于強監(jiān)管。地理信息系統(tǒng)（GIS）則可以有效解決上述不足，是水土保持輔助設(shè)計的利器。

GIS軟件眾多，國外有ArcGIS、MapInfo等，國內(nèi)有MapGIS、Supermap 等，但這些商業(yè)軟件售價昂貴、硬件要求高、運行維護不易，在軟件正版化浪潮中、在單位動輒收到盜版侵權(quán)律師函的背景下，對中小建設(shè)單位、設(shè)計單位是不小的負擔。同時，基層單位需要處理的數(shù)據(jù)量一般較小，確無必要使用ArcGIS和Oracle這樣的奢華配置。

QGIS（Quantum GIS）作為一款自由開源的桌面級GIS 軟件，是開源GIS 的集大成者，整合了GRASS、SAGA GIS 等多個軟件工具，具有所需資源少、功能覆蓋面廣等特點，不僅能夠規(guī)避版權(quán)風險、節(jié)省企業(yè)開支，而且UI簡潔、支持70余種數(shù)據(jù)格式、能夠解決坐標參照和投影問題，因此成為GIS 與CAD 數(shù)據(jù)互轉(zhuǎn)的第一選擇。此研究使用的是QGIS desktop LTR 版本（LTR，Long Term Release，長期支持發(fā)行版）。

3 CAD向GIS轉(zhuǎn)換的步驟及校驗

3.1 將dxf文件導入QGIS

依次選擇“圖層（Layer）”→“添加圖層（Add Layer）”→“添加矢量圖層（Add Vector Layer）”。打開對話框，在“源類型（Source Type）”面板中選擇“文件（File）”，編碼（Encoding）選擇“UTF-8”；在“源（Source）”面板中指定擬導入dxf 文件的路徑，然后單擊“添加（Add）”。

在彈出的“坐標參照系選擇器（Coordinate Reference System Selector）”中指定坐標參照系，研究中由勘測部門提供的底圖為大地2000 坐標系，結(jié)合小流域所處地理位置按3°劃分的條帶號，指定為“CGCS2000 / 3-degres Gauss-Kruger CM 114E（EPSG：4547）”，單擊“OK”。

由于dxf文件內(nèi)容較為復雜，而GIS常用的shp文件只能分別存儲點、線、面數(shù)據(jù)，因此需要在“請選擇要添加的矢量圖層”對話框中選擇“Polygon（多邊形）”，即各個圖斑。添加完畢后單擊“close”。

3.2 導出為shp文件

在QGIS 窗口左側(cè)的“圖層（Layers）”面板中找到導入的文件，其默認后綴為entities。右鍵單擊，選擇“導出（Export）”→“要素另存為（Save Features As）”，即彈出“矢量圖層另存為（Save Vector Layer as）”對話框。在該對話框中指定格式為“ESRI Shapefile”，命名文件名稱，此研究中命名為“示例文件”，坐標參照系同上。

隨后的編碼選擇“CP936”。這里需要補充說明，shp 格式誕生于30年前，其自身特點有很多已不適合于當今，如屬性表的字段名最多為10個字符（字母）即為其中之一。舊版GIS軟件采用CP936進行編碼，每個漢字需要占用2個英文字母的空間，于是字段名最多為5 個漢字；新版GIS 軟件采用UTF-8 編碼，一個漢字需要3個字節(jié)來存儲，于是字段名減少為最多3個漢字，常常致使不夠用。在國家水土保持管理信息系統(tǒng)以及河南省水土保持信息化平臺上，已將字段的長度定為4 個漢字，因此此處編碼選擇前者。

3.3 shp文件校驗

首先校驗屬性表。在“屬性工具欄（Attributes Toolbar）”上單擊“打開屬性表（Open Attribute Table）”命令或按F6，屬性表中共有6 個字段，分別為Layer、PaperSpace、SubClasses、Linetype、EntityHand（EntityHandle）、Text，經(jīng)校驗無誤。這里僅對常用的第1、4、5、6字段做簡要說明，見表1。

表1 字段說明簡表

3.4 導入GIS結(jié)果校驗

通過與已配準的衛(wèi)星影像底圖進行人工比對的方式校驗轉(zhuǎn)換成果。經(jīng)校驗，圖斑位置準確、邊界清晰、精度較高。

4 GIS向CAD轉(zhuǎn)換的步驟及校驗

4.1 將shp文件導出為dxf

shp 文件轉(zhuǎn)換為dxf 文件的步驟較為簡單，在“圖層（Layers）”面板中右鍵單擊擬導出dxf 的shp 圖層，選擇“導出（Export）”→“要素另存為（Save Features As）”，格式選擇“AutoCAD DXF”并指定文件名稱，坐標參照系及編碼同前。單擊“OK”即可導出。

4.2 導出dxf結(jié)果校驗

將dxf文件附著入勘測部門提供的測量底圖或粘貼至原坐標，經(jīng)校驗，結(jié)果無偏移、位置準確、線條清晰。

5 結(jié)論與建議

基于QGIS 開源軟件平臺實現(xiàn)GIS（shp）與CAD（dxf）數(shù)據(jù)互轉(zhuǎn)。此應(yīng)用研究相較常見的利用ArcGIS 等方案有以下幾個方面的優(yōu)勢：①Q(mào)GIS 自由開源，不僅可規(guī)避版權(quán)節(jié)省開支，還能在中美貿(mào)易戰(zhàn)大背景下做到對源代碼的自主可控。②QGIS 功能覆蓋常見應(yīng)用場景，能夠滿足實際需求。③基于QGIS 實現(xiàn)GIS 與CAD 數(shù)據(jù)互轉(zhuǎn)的效果良好，步驟簡單，成果文件精度可靠，可滿足數(shù)據(jù)對外交換的要求。④此研究為GIS 技術(shù)應(yīng)用徹底普及到水土保持基層單位奠定基礎(chǔ)、搭好了框架。

此研究仍有兩點不足，需要后續(xù)工作予以解決：①此方法僅在大地2 000 坐標系下轉(zhuǎn)換結(jié)果無偏移，北京54、西安80 坐標系下的轉(zhuǎn)換結(jié)果均有不同程度的整體偏移，需要二次配準。②QGIS 本地化工作不足，中文版本的教材、教程數(shù)量很少，影響推廣使用。