1、CAD 到 GIS 数据格式转换的探讨摘 要：随着计算机技术的发展，地理信息系统经历了将近五十年的发展，日趋成熟，正在由二维 GIS 走向三维 GIS。然而同 GIS 的开发相比，GIS 的数据录入或数据库建设明显薄弱。因此怎样利用好现有的 CAD数据，让其符合 GIS 的要求仍然是当前的重要问题。本文以地下管线 CAD数据为例，论述 CAD 数据和 GIS 数据的主要区别、转换方法以及转换过程中存在的问题。 关键词：GIS；CAD 数据；数据格式转换；ArcGIS Abstract: With the development of computer technology, GIS(geogr
2、aphic information system) which has gone through nearly five decades of development, is maturing to three-dimensional GIS form the two-dimensional GIS. However, compared with GISs development, GIS data entry or database construction is significantly weak, so how to make good use of existing CAD data
3、, and meet the requirements of GIS is still important. Take the plan CAD data as example, the paper discussesed the main difference、conversion method and conversion process between the CAD data and GIS data. Key words: GIS; CAD data ; data format transformation; ArcGIS 中图分类号：TU990.3 文献标识码：A 文章编号： 1
4、引言 经历将近五十年的发展历程，GIS 在各行各业得到广泛应用，已日趋成熟。GIS 由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。在 GIS 项目建设过程中，数据占 GIS 整个工作流程 75%的时间1，这就意味着在商业应用中，GIS 系统成本的 75%甚至更多用在了数据的建设上。而且数据质量的好坏对系统的运行起着至关重要的作用。鉴于此，有关专家提出数据格式转换，将现有的地图数据转换为 GIS 数据2。 在我国，地图数据绝大多数来源于测绘部门。目前，广大测绘工作者普遍采用 AutoCAD 系列软件进行作业。因此我国各大中城市的大中比例尺地形图中不同程度地都有 AutoCAD 数字地形图。地图数据到
5、 GIS 数据的转换也相应地变为 CAD 到 GIS 数据的转换。ArcGIS 作为常用 GIS 软件，具有强大的空间分析、数据管理等功能，在建立空间数据库方面具有得天独厚的优势3。笔者以地下管线 CAD 数据为例，利用 ArcGIS 的Geodatabase 数据模型，探讨了 CAD 数据有效地转换到 GIS 数据库的方法，总结了可行的解决方案。 2CAD 数据与 GIS 数据的主要区别 CAD 和 GIS 之间有大量的技术重叠，两者都用计算机图形，相似的输入、输出设备，并生成漂亮的彩色图像。但是，两者的相似性到此为至。同 GIS 相比，CAD 较简单，下面介绍一下两者之间的不同之处： （1
6、）拓扑关系。拓扑关系是 GIS 区别于 CAD 的一个重要特征，CAD中的图形元素之间没有拓扑关系，在其数据库中，通常只记录着表示图形元素几何位置、形状及大小的几何坐标和表示图形元素性质（如颜色、层等）的辅助数据。而在 GIS 系统中，不仅几何坐标，而且元素间的拓扑关系都是数据中不可缺少的内容。 （2）数据组织。在 GIS 系统中，数据按专题形式组织，一个专题（如道路、水系）对应于一个数据文件或一组数据文件，各个专题数据独立存在于 GIS 数据库中。在 CAD 系统中，一幅 CAD 图形往往对应于多个专题内容。如一幅地形图中，有等高线、建筑物、道路等多个专题。当然，CAD 图形中的多个专题可以
7、分别处于图形的不同层中。但是，他们统一存储在一个图形文件中。通常 CAD 图形中一层可以对应于 GIS 系统的一个专题。 （3）属性与符号。在 CAD 中，出了图形坐标以外，另一个重要内容就是图形数据。一个点状元素可以用不同的图形符号表示，一条线段可以对应于不同的线型，正是有了这些符号，CAD 中的图形才具有很强的可视性。不同的符号可以具有不同的形状、大小和颜色。在 GIS 中，图形数据只有点、线、面三大类。各个元素没有固定符号表示在图形库中。但是，除了图形数据以外，GIS 数据库中还有一部分属性数据，通常图形数据的符号特征记录在其中。对应于不同的属性内容，图形元素也可以以不同的形式表现出来。
8、 3CAD 转换到 GIS 数据存在的问题 之前已有一些人进行了 CAD 到 GIS 数据转换的相关研究456。但是都没能很好的解决在 GIS 系统里的存储和显示问题。没能够有效的表达 CAD 数据中的元素之间的几何关系和拓扑关系。严格意义的数据转换是指现有的 CAD 数据在转换为 GIS 数据时要保持其空间要素的几何一致性，转换后的数据要无损的表达。现有的转换存在以下问题： （1）要素丢失： CAD 软件中某些图形实体数据结构不能在 GIS 软件中接受，或者转换前后数据的对应关系没处理好，导致在 CAD 数据转换为 GIS 数据时，有的要素没有转换过来，造成了数据要素的丢失。 （2）要素变形
9、：CAD 几何形状包含水平和垂直线段，通常线段之间的夹角是规则的。GIS 实际上不包含水平或垂直线段，除了直角，其它的规则夹角很少；在 CAD 中，圆弧和曲线是基本的，而在 GIS 中，它们实际上不存在。由此可见，CAD 软件中的基本图元定义与 GIS 软件中的不完全一致，CAD 中的图形数据结构和 GIS 中的图形数据结构不一样，再加上原 CAD 数据在作业的时候操作不规范，都有可能造成转换后数据要素变形。 （3）数据冗余：图形数据中可能存在碎线（如等高线、海岸线等） 、空注记，或者因 CAD 中数据分层不合适造成转换后线上点密现象，都会造成数据冗余。 （4）属性信息不足：各种 CAD 软件
10、都很少附有属性信息，这样就造成转换后属性信息不足，而属性信息却是 GIS 实现各种应用分析功能的关键因素。数据转换后许多属性信息追加起来费时费力，容易产生错漏并且不容易检查修改4。 4ArcGIS 的解决方案 在格式间的转换，现在的各种 GIS 平台都提供了面向其他平台的数据双向转换工具，数据转换方法7很多。但是这并没有解决 GIS 对数据部门的真正需求，格式的转化仅仅达到了显示数据的图面表示目的。然而仅仅拥有图面的数据对 GIS 系统而言是远远不够的，缺乏与图面几何要素相关联的属性数据，GIS 的强大空间分析能力就无从谈起。因此要真正的实现在 CAD 数据与 GIS 数据之间的相互转换，图形
11、的一部分内容（几何坐标）需要转换成 GIS 的图形数据，一部分内容（几何特征）需要以属性的形式记录到属性表中。 下面对地下管线 CAD 到 GIS 数据转换，提出一种基于 ArcGIS 的解决方案。基本流程（见图 1）分为 CAD 数据转换前期处理；数据格式转换；转换后符号设计、属性提取、更新入库。 图 1 数据转换解决方案基本流程 4.1 地物分层，数据编码 CAD 是以图层的方式进行数据组织，包括点、线、面 3 种元素，图层组织没有统一的标准，而 GIS 一个图层只表示一种元素，而且，CAD 的分类不够精确，为了出图效果更好，将同一元素以多个图层的方式出图，如将道路中心线，地下管线路中线等
12、分成多个图层。因此，CAD 数据转换为 GIS 数据时，GIS 数据图层总数往往比 CAD 多，这样繁多复杂的图层关系，不利于 GIS 系统的管理分析。 对 CAD 数据转换为 GIS 数据进行图层分类，首先应对 CAD 源数据进行分析，然后根据用户的目的及数据处理的需求，提取 CAD 图层的主要信息，对转换后的 GIS 数据进行分层组织。 图层分类是对数据的定性标识，也是进行编码设计的基础。数据编码是一个或一组有序的数字或符号，便于计算机进行信息查找和识别。编码是 GIS 系统中地物的唯一关键字4，也是实现 GIS 基础空间信息共享的基础，GIS 编码必须按照国家的标准进行设计，操作方便，且
13、必须要有可扩充性，有利于日后信息的扩充。 4.2 属性设计 GIS 系统与 CAD 系统的最大不同，也是 GIS 优胜之处，便是 GIS 系统能支持海量的属性信息。转换后需要根据 CAD 中的扩展属性，对 GIS 空间数据库图层进行属性设计，在 ArcGIS 的 Geodatabase 数据模型中，图形数据和属性数据是存在关系数据表中的，实现了属性数据和图形数据的有机集成8，可以根据 GIS 数据库满足应用要求为前提，对 CAD 图形进行编码，并进行属性链接的操作。 4.3 符号设计 在转换后的 GIS 数据库中，要素不能以符号显示，只有点、线、面和注记实体，不能识别为何种地物，因此要具有完善
14、的符号库和符号匹配开发，可以在 ArcGIS 中，参照点、线、面符号标准的规定，设计相应的转换匹配符号库，实现地理要素与其对应地地图图式的匹配与连接9。5 技术实现 ArcGIS 提供的 Geodatabases 数据模型具有强大的数据管理功能，利用它可以实现空间数据的存储及管理。处理流程包括以下四个步骤：在 ModelBuilder 中对 CAD 数据到 Geodatabase 数据的转换过程进行建模（图 2） ；建立 CAD 数据和 Geodatabase 数据的属性项对照表（表 1 和表 2） ；利用 ArcGIS 工具实现 CAD 数据到 Geodatabase 数据的转换（图3） ；
15、利用 ArcMap 对转换后的数据进行符号化处理（图 4） 。通过试验，成功地实现了地下管线 CAD 数据向 GIS 空间数据库中的转换，通过对比可以看到转换以后，图形要素的空间特征、颜色得到了保持，没有丢失图形要素。 图 2 从 CAD 到 GIS 数据的转换流程 表 1 原始地下管线 CAD 数据管点属性设计表 表 2 原始地下管线 CAD 数据管线属性设计表 图 3 原始地下管线 CAD 数据 图 4CAD 转换后数据的符号化结果 6 结束语 随着 GIS 在各行各业中的广泛应用，GIS 的开发显得日趋成熟，GIS数据库的建设显得相对薄弱，利用现有的 CAD 数据，将其转换成 GIS 数
16、据是一个值得关注的数据快速生成方法。该文通过分析比较 CAD 数据与GIS 数据的特点，以地下管线为试验数据，探讨了从 CAD 数据到Geodatabase 数据库的方法，并且试验运行实现了数据转换、属性提取的功能。虽然只是针对地下管线做了实验，但可作其他 CAD 数据转入数据库的参考。 参考文献 1陈乐书，刘连胜，王长委.CAD 到 GIS 数据格式转换的讨论.安徽农业科学，2009,37（18）：8799-8803. 2周勇前.GIS 与 CAD 数据交换J.武测科技,1996(3):16-19. 3于慧峰，李巍，杨树启.浅谈 AutoCAD 与 ArcInfo 数据属性信息互转.东北测绘
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