AutoCAD 与GIS 数据转换的研究.pdf

文章编号04942091120071220044204中图分类号P208 文献标识码B AutoCAD与GIS数据转换的研究 胡胜华1,何宗宜2,陶利佳2 1. 广东省国土资源信息中心,广东 广州510075 ; 2.武汉大学 资源与环境科学学院 地图科学与地理信息工程系,湖北 武汉430079 Research on Data Conversion between AutoCAD and GIS HU Sheng2hua , HE Zong2yi , TAO Li2jia 摘要从AutoCAD数据本身存在的问题和在数据转换过程中产生的问题两方面来分析原因。从基础地理数据编码的设计、 数字 地形图的检查、 图层及数据的规范化处理、 数字地形图要素采集原则、 数据的转换方式和数据的编辑整合等方面进行AutoCAD数 据向GIS数据转换的研究。 关键词数据转换;AutoCAD;GIS;DXF文件;Shape文件 收稿日期 2007206220 作者简介胡胜华19572 , 女,湖北武汉人,教授级高工,研究方向为GIS ,RS工程。 一、 引 言 随着信息化建设的发展,数字化图已经不能满足 GIS的需要。目前面临的问题是如何充分利用已有 的非GIS数据,快捷高效地建立GIS数据库。我国在 测绘制图、 城市规划、 资源环境调查、 灾害监测、 交通、 农业、 林业等部门已经积累了相当多的AutoCAD图 形数据,而GIS软件对数据的管理有专门的格式,其 各项分析功能都是基于其独有的数据格式进行的,所 以AutoCAD到GIS的数据入库必须经过必要的数据 转换。因此,将AutoCAD数据导入GIS,并将其转化 为GIS的内部格式文件有重要的现实意义。 二、AutoCAD数据进入GIS后的问题 1. AutoCAD数字地形图本身存在的问题 一般AutoCAD数字地形图要素其表现形式如 表1所示。从表1可以看出,AutoCAD格式数字地 形图要素的表现形式有多种,其面状地物如建筑物、 水系也不一定完全闭合;线状地物如道路、 陡坎等碰 到地物如高程点、 汉字注记有断开;独立符号、 汉字 注记表示不是很清晰,不能满足GIS要求。Auto2 CAD数据注重线条的颜色、 线型和图形的质量,不 注重实体间的拓扑关系,而GIS数据注重实体间关 系的连续性、 闭合性、 一致性等因素。 2.数据转换过程中出现的问题 尽管大多数GIS软件都在功能介绍中说明能 接收AutoCAD中的图形数据,但或多或少地存在一 些问题 1.在数据转换过程中普遍存在着信息损失。 由于数字化成图系统大多是基于CAD开发的,它偏 重于对空间几何信息的描述;而GIS则要求空间信 息与属性信息联合存储与管理,这就导致了在数据 转换中,不仅空间信息会有损失,属性信息损失的情 况会更严重。 2.虽然大部分图形数据能转换过去,但其线型 可能已失去原有的含义,是一种表面上的转换。由 于AutoCAD对图形没有检核功能,出现了线条连接 处的不闭合,或线条出头等现象,造成了转换后编辑 修改工作量增大。 3.建筑物线划图存在着重复画线、 部分线条没 有闭合的问题,这将导致数据冗余。没有闭合的线 条最终将不能生成建筑物,造成有用信息损失。 4.相邻的建筑物外界没有区分,有很多不同权 属、 不同楼层和结构的房屋都被划在一起,只是用一 些线条划在建筑物中间作为分界线,且分界线有的没 有与建筑物的边界相交,有的还分布在其他图层里面。 这将造成导入GIS中后,被误以为是一栋建筑物。 5.在数据转换的过程中,除了信息损失外,还 往往伴随着数据膨胀,有时会导致GIS无法对这些 “海量” 数据进行管理。 三、AutoCAD向GIS数据转换的方法 1.基础地理数据编码的设计 地形图数据编码是在GIS中惟一标识某一地物 44 测 绘 通 报 2007年 第12期 的关键字。基础地理数据编码的设计是在GIS中进 行制图的需要,是实现基础空间信息共享的基础。在 进行基础地理数据编码设计时,必须遵循如下原则 1.遵从国家和行业标准。 2.方便应用。用户可根据不同的需求,分层和 按专题要素提取基础地理要素信息,随意定制专题 显示及输出。 3.便于系统实现。在实际进行设计时,可在 国家基础地形要素编码 的基础上加以扩充,以满 足系统的实际需要。 地形图成图面向GIS成图、 实现 “信息化”,必 须有一套科学、 权威的地形图要素编码体系。 表1 数字地形图要素的表现形式 地形要素表现形式图形及属性是否 满足GIS要求 建筑物单线LINE、 复线POL YLINE 图形部分闭合,无属性 描述 道路单线LINE、 复线 PO 2 L YLINE、 弧ARC 边线不连续,无属性描 述 水系单线LINE、 复线 PO 2 L YLINE、 弧ARC 图形部分闭合,无属性 描述 电力线块BLOCK、 线LINE , POL YLINE、 圆 CIR2 CLE、 形SHAPE 电线不连续,电杆不是 点状要素,无属性描述 高程点块BLOCK、 线LINE、 圆CIRCLE、 点POINT 高程点有的不是点状要 素,无属性描述 等高线单线LINE、 复线POL2 YLINE 不连续,无属性描述 植被线LINE ,POL YLINE、 弧ARC 有的无完整的面状,无 属性描述 地貌块BLOCK、 线LINE , POL YLINE 没有按照统一的要求 生成线形,无属性描述 独立符号 块BLOCK、 形SHAPE 块符号满足GIS要求, 形符号不能满足要求 汉字注记 注记TEXT、 块BLO2 CK 、 线LINE , POL Y2 LINE 注记没有按照GIS要 求进行属性分层 控制点块BLOCK、 形 SH 2 APE 块符号满足GIS要求, 但无属性描述,形符号 不能满足要求 2. AutoCAD数字地形图的检查 AutoCAD数据质量和数据转换的规范程度直 接关系到数据库建设和地理信息系统中基础信息的 精度和可靠性。应对AutoCAD图形进行详细的校 核,剔除无用的数据。 1图形数据的分层检查 为了满足GIS空间信息数据库的要求,首先对 建筑物、 道路、 河流等地形要素及其对应的注记层作 分层的检查,以确保不同地物放置在相应图层,弥补 相邻要素接边的几何裂缝或逻辑裂缝,删除悬挂线。 图1中包含了几种需要纠正的图形情况线交叉、 节 点未闭合的情况是属于几何裂缝;中央无节点的情 况是指两线交叉但没有交叉点,称为T形线;左侧 的悬挂线是指不属于某个实体的多余线。对于较小 的几何裂缝只要用捕捉方式连接节点即可。逻辑裂 缝是指某一空间实体的组成元素位于不同图层,看 似一个整体,实际存在逻辑错误,这种情况通过分层 查看的方法可以检查出来。 图1 几种错误的图形情况 2图形数据的程序检查及处理 通过分层检查后,必须将不符合GIS拓扑结构 要求的实体挑选出来,再选择集中过滤掉。以建筑 物层数据为例,其不符合拓扑结构的实体大致分为 两类。一是非多边形类型的实体,包括类型不是 Polyline的实体和顶点个数小于3个的Polyline类 型的实体。二是不封闭的多边形实体。先检查实体 的封闭属性,如果是False ,则需查看其起讫点坐标 是否相同,若相同则将其封闭属性设为True ,否则 即是不封闭多边形。 再选择集中将这些不符合要求的实体过滤掉。 经过实体过滤之后,选择地形图中所有要素,删除重 复对象,将重叠的图形元素清除成单一元素。并对图 形中T型线进行处理,使之产生必要的节点,使图形 入库时能顺利构成拓扑关系。但若出现图2所列举 的多边形的不相邻的重复顶点情况时,则不能判断出 来。图2中的多边形是在起讫点重合之后又多走出 一条短线,这种情况下多边形的封闭属性为True ,不 会被过滤掉。此时,有必要在重复顶点删除之后再进 行一次重复点判断,找出上述情况的多边形。 3. AutoCAD图层及数据的规范化处理 按GIS对地理空间数据的要求进行规范化处 理。处理过程中应注意 542007年 第12期 测 绘 通 报 图2 多边形的不相邻的重复顶点 1.图形元素的整合。ArcGIS中的每一个图形 元素都有其具体的物理意义和属性信息,因此,对 AutoCAD中对应的图形元素要根据其代表的地物 或物理意义进行整理或合并。例如,在AutoCAD 中,一条支渠可能由数条线段组成,这并不影响其出 图效果,但转到ArcGIS中,它就变成数条支渠。一 个灌溉区域,如果没有对构成边界的多线段进行闭 合,则转化后的图形只能为线状图形,无法形成面。 2.注记的属性化。当把AutoCAD数据添加到 ArcGIS视图中时,ArcGIS会自动识别源图形元素 的类型,并根据实体类型进行分配。如果注记为块 的属性,就会在对应的主题属性表中自动建立包含 相应注记字符的属性字段,可以方便地转换为 Shape数据文件;如果注记为文字实体,则只能通过 annotation建立联接主题,注记字符串可缺省保存在 “TEXT” 属性字段中,显示为不可编辑的图形字符, 但在转换为Shape数据文件时,原文字实体转化为 线对象,表现为注记丢失,只有在原图形对象对应的 主题属性表中重新建立属性字段或进行属性表联 接。因此,对于需要显示为点主题的图形对象,例如 控制点位置,其注记信息最好定义为同名属性,并把 同一类型的图形元素修改为含属性的块对象。 3.图形元素的按类分层。ArcGIS的Shape文 件只能代表一类图形元素,这与AutoCAD中的图层 有着明显的区别。虽然图层是两者管理图形数据最 为接近的方式,且能自动按实体类型进行图层元素 的分配。但是,转换后的图中将包含所有图层中的 同一类型数据,如果类型相同而性质不同的数据归 于一个图层或同一性质和类型的数据归于不同的图 层,都将给转换后的图形管理造成混乱。应将 AutoCAD的图形元素按性质进行分层,使每一图层 与ArcGIS的相对应。 在向GIS数据转换前的规范化处理时,还要注 意对以下两方面进行检查 1.在AutoCAD数字地形图中,图层主要是以 点、 线、 面形式存在的,一般主要检查面是否是闭合 的,自身是否相交。 2.提供的AutoCAD文件逻辑必须要正确,其 中包括检查一些地物的高程点的Z坐标是否正确, 图层地物位置是否正确。 4. AutoCAD数字地形图要素采集原则 采用AutoCAD二次开发的系统采集数据,多以 点、 线、 面、 块、 组等分层采集,其中 “块” 和 “组” 的引 用对要素的整体性有极大意义。例如有些要素,如 依比例尺斜坡图3、 图4 ,难以用形或线型实现。 必须把它们分解成简单的几何要素分别绘制,组合 在一起表示一个地物。但对于测绘专业来讲它们是 一个整体,进入GIS更要以一个地物要素进入,而 不能分别以多个几何要素进入。在AutoCAD中把 多个几何要素编制在一起的方法是 “组”,这些要素 的整体性对编辑、 修改、 转化入库都非常有益,用 “组” 可实现它们的整体性。 图3 编组实现的组合要素 图4 组合要素的局部拉伸 为满足入库需要,必须规范化地物编码、 空间要 素的采集方法。 1点状要素采集原则 点状要素的特点是在一个定位点上画一个固定 的、 不依比例尺变化的地物要素,这类要素形状和尺 寸固定。例如变电室、 水轮泵和消火栓等如图5所 示。此类要素可利用形文件来定义要素采集其空 间位置和属性。对于复杂点状要素应以固定的线型 提取其边界,应特别注意线的连续性和整体性。 图5 简单点要素 2线状要素采集原则 简单的线状要素应以 “形” 方式采集,保证线要 素的整体性和属性连续性。例如一条乡村路被分成 若干等距的线段,其虽然满足了地图制图的要求,但 与GIS完全相背,不能为GIS服务。其次,在线要 素采集过程中应注意线实体的方向性,这对于 AutoCAD完全无碍,但用于GIS的分析往往产生严 重的后果。例如流域分析、 水库库容分析等其往往 64 测 绘 通 报 2007年 第12期 产生相反的结果。复杂线状要素应以 “组” 方式采 集,按这种方式采集数据可保证数据的完整性和属 性逻辑一致性,也利于要素的修改。 3面状要素采集原则 面要素的采集相对点和线较简单些,可直接用 Polyline采集。但应注意面边界的采集方向和闭合 性如图6所示 , 因为其影响到空间要素的拓扑关 系的建立。其次飞地和岛等问题也要注意,要保证 其属性一致,可用 “组” 采集。 图6 面域采集方向示例 4属性数据采集原则 AutoCAD有非常强大的图形编辑功能,但是与 GIS系统软件相比,其属性库功能相对较弱。在 AutoCAD数据库中,只是记录着表示图形元素的几何 位置、 形状、 大小的几何坐标和表示图形元素性质如 颜色、 层号等的辅助数据,其数据远不能达到GIS的 要求。如果能将图形元素的其他属性数据添加到数 据库中,将大大提高AutoCAD的内部属性数据库功 能。扩展图元数据的应用便可解决这一问题。 AutoCAD扩展实体数据是在常规的图形数据 基础上增加的按一系列分类代码组合成的数据块, 它与常规实体数据一起构成内容更加广泛的实体数 据。由于不同的应用场合要求存取不同的数据,因 此扩展实体数据按应用类型分组。 5.数据转换方式 为了与其他软件进行数据转换,通常定义一种 外部数据交换格式,如AutoCAD的DXF、Arc/ Info 的E00格式、MapInfo的MIF格式等,但AutoCAD 与GIS还有本质的区别,需要进行大量的编程实现 制图软件与GIS软件的无缝联结。目前,外部数据 交换模式在具体的工程应用中更具可操作性和现实 性。外部数据交换模式指其他数据格式经专门的数 据转换程序进行格式转换后,复制到当前系统中的 数据库或文件中,例如DWG格式文件 →DXF文件 →ARCMAP格式文件。 6.数据编辑整合 1数据检查方法 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。 为发现并有效消除误差,一般采用如下方法进 行检查 1.叠合比较法是空间数据正确与否的最佳检 核方法,把原图定位导入GIS软件中,与数字地图 进行观察和比较。一般对于空间数据的位置不完整 和不准确马上就可以发现。 2.目视检查法指在屏幕上用目视检查的方 法,检查一些明显的数据误差和错误,包括线段的过 长或过短、 多边形的重叠和裂口、 线段的断裂等。 3.逻辑检查法根据数据拓扑一致性进行检查。 对属性数据的检查一般也最先采用这种方法,检查属 性数据的值是否超过其取值范围。属性数据之间或 属性数据与地理实体之间是否有荒谬的组合。 对于空间数据的不完整或位置的误差,主要是 利用GIS的图形编辑功能如删除目标、 属性、 坐 标、 修改平移、 拷贝、 连接、 分裂、 合并、 整饰、 插入 等进行处理。 2地图数据与地图符号库的匹配 空间数据转入GIS后,要素并不能以符号显 示,只是点、 线、 面,不通过属性查询无法识别其是何 种地物,所以符号匹配的开发是必不可少的。按照 面向对象的思想,根据地图符号的制图特性及其所 表示的地物与地理现象的分布特征,地图符号分为 点状符号、 线状符号、 面状符号三类。地图注记因为 与点状符号在诸多方面的相似性,故归于点状符号 一类。在ArcGIS中可以设计和生成属于自己的地 图符号,按其基本特性可以分为点状符号Point Symbol、 线状符号Line Symbol 、 面状符号 Fill Symbol、 文字符号Text Symbol 。 四、 结束语 数据是GIS的血液,是决定GIS系统成败的关 键。AutoCAD数据是GIS的数据主要来源,要利用 AutoCAD软件的优点,制定出一系列的规则,使其 图形附属上部分属性,开发相应的生成符号和进行 拓扑处理的应用程序,满足GIS的要求。提倡面向 实体的数据采集系统。有必要制定出一套规范,使 得地形图测绘和数字化成果既能满足传统地形图的 需求,又能满足各种GIS的应用,这样将会大大推 动我国GIS事业的发展。 下转第55页 742007年 第12期 测 绘 通 报 接当作参数传送入处理Cross空间关系的中间件中进行功能的处理。 图2 扩展SQL查询语句语法树图 六、 结 论 SQL语言是当前所有数据库管理系统DBMS 提供的重要操作管理接口,它本身也随着数据库系 统新功能的扩展而扩展。在GIS应用和数据库管 理系统之间,建立中间层,基于OpenGIS规范,通过 扩展SQL查询语言,实现了空间数据的一体化查 询。这种将空间数据操作封装并以中间件的方式插 入到GIS应用和RDBMS中是一种简单、 易行的方 案[6]。SQL语法分析是DBMS关心的重要部分,构 建语法范式和语法分析是它的核心。本文围绕分析 查询语句结构的全过程,展示了以中间件封装空间 操作的SQL词法分析、SQL语法分析的具体实现, 给出了空间查询语言语法的BNF表示及空间查询 语言SELECT语句的解释与执行的实现方式,在实 现中将整个SELECT语句用一种语法树的形式来 描述,对于FROM ,WHERE等子句分别用不同的树 形结构,所有的子树构成一棵单入口的整树,以达到 形式上的统一。为进一步研究与开发空间查询语 言,数据操纵语言的实现提供了一定的基础。为解 决空间数据存储到关系数据库的研究热点[7]提供 了一定参考思路。 参考文献 [1] 萨师煊,王 珊.数据库系统概论[M].北京高等教育 出版社,2001. 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