CAD文件到GIS數(shù)據(jù)建庫(kù)方案探討

1、摘要：怎樣有效地生產(chǎn)和管理空間數(shù)據(jù)是GIS行業(yè)一直在探討的課題，本文通過(guò)對(duì)建立“空間數(shù)據(jù)庫(kù)”的一些體會(huì)和認(rèn)識(shí)，探討CAD圖形系統(tǒng)生產(chǎn)的矢量數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)建庫(kù)中的一些技術(shù)路線，并對(duì)這種路線進(jìn)行分析，探索適合利用CAD系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)建庫(kù)方法。關(guān)鍵詞：CAD 數(shù)據(jù)GIS建庫(kù)，無(wú)縫數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 質(zhì)量控制Discussion on the Project of CAD File to GISDatabaseBuildingAbstract: How to collect and manage spatial data effectively? Its been a hot topic in GIS

2、industry for years. This paper aims to seek after some ways of database building by making use of CAD system based on certain realization and cognition of spatial database building and analysis of technology path of vector data generated from CAD graphic system to GIS database building.Key Word: CAD

3、, Database, GISDatabaseBuilding, Seamless Database,Data Transformation, Quality Control一、概述隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)都已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。同時(shí)，社會(huì)對(duì)空間信息的采集、動(dòng)態(tài)更新的速度要求越來(lái)越快，特別是對(duì)城市建設(shè)中所需的大比例尺空間數(shù)據(jù)的獲取、共享、建庫(kù)和應(yīng)用方面的要求越來(lái)越高。測(cè)繪行業(yè)在近十年來(lái)發(fā)生了巨大的變化，CAD與GIS的集成已是必然趨勢(shì)，許多數(shù)字測(cè)圖的后期工作都要求建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，尤其是與空間數(shù)據(jù)緊密相關(guān)的國(guó)土、水利、電力、房產(chǎn)、規(guī)劃、地質(zhì)等部門的管理

4、信息系統(tǒng)，對(duì)CAD與GIS的互操作性和集成應(yīng)用產(chǎn)生了越來(lái)越強(qiáng)烈的需求。數(shù)字化成圖的重點(diǎn)也由原來(lái)單純的圖形編輯、打印出圖轉(zhuǎn)向?yàn)镚IS提供精度高、信息完整、格式規(guī)范的前端數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)建庫(kù)是一個(gè)對(duì)各種空間地理信息、屬性信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、拓?fù)浠?、?biāo)準(zhǔn)化重組與加工處理，建立支持各種GIS應(yīng)用、數(shù)字城市建設(shè)的專項(xiàng)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程。數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，怎樣有效地生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)是GIS行業(yè)一直在探討的課題。早期利用“數(shù)字化成圖”方法也生產(chǎn)了不少電子地圖數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)主要功能是拿來(lái)打印出圖，只有空間信息而沒(méi)有編碼屬性信息，當(dāng)然不能入庫(kù)；后來(lái)的地圖中圖形實(shí)體加入了地物編碼，雖然是一個(gè)進(jìn)步，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因

5、為GIS的屬性信息非常豐富，不是僅僅一個(gè)地物編碼那么簡(jiǎn)單；隨著時(shí)代的發(fā)展，很多新的電子地圖也包含GIS需要的屬性信息了，但這并不能代表完全達(dá)到要求，因?yàn)檫@些屬性信息必須要與空間信息緊密地結(jié)合起來(lái)，而且要有條理地存放，以便達(dá)到易于檢索、易于編輯的目的。同時(shí)，在入庫(kù)前必須保證這些信息的正確性，老的面向成圖的電子地圖只是保證了出圖打印的效果，但要進(jìn)GIS就有諸多錯(cuò)誤，常見(jiàn)的有：面狀地物不封閉；同類線劃斷為多條，即偽結(jié)點(diǎn)、圖形含有重復(fù)實(shí)體；復(fù)合線含有重復(fù)結(jié)點(diǎn)；線狀實(shí)體自相交；等高線高程與注記不符合等，故基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)入庫(kù)前還需要一些加工和質(zhì)量檢查處理。 二、CAD文件到GIS數(shù)據(jù)入庫(kù)的技術(shù)路線空間數(shù)據(jù)建

6、庫(kù)中最重要的部分就是數(shù)據(jù)導(dǎo)入，而數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊中最核心的部分又是DLG數(shù)據(jù)的處理?，F(xiàn)今數(shù)據(jù)采集通常使用Autodesk公司的AUTOCAD平臺(tái)或Bentley公司的MicroStation平臺(tái)，數(shù)據(jù)的文件形式分別是DWG和DGN。針對(duì)不同的數(shù)據(jù)采集方式，其數(shù)據(jù)入庫(kù)的路線也有很大的差別。通常的空間數(shù)據(jù)采集分為三種：一種是只考慮用以打印出圖，不考慮數(shù)據(jù)入庫(kù)管理的問(wèn)題，這樣生產(chǎn)出來(lái)的數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)，要由建庫(kù)單位開(kāi)發(fā)專門的數(shù)據(jù)接口程序，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的編輯和檢查，長(zhǎng)期以來(lái)就形成了用以打印出圖的基本圖和用以入庫(kù)的入庫(kù)圖，而這些專用的數(shù)據(jù)接口“只管進(jìn)不管出”，導(dǎo)致數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出時(shí)發(fā)生很多錯(cuò)漏的情況，且建庫(kù)單位

7、竣工后置之不理，造成以后更新數(shù)據(jù)不對(duì)應(yīng)的難題。第二種數(shù)據(jù)采集方式是在圖形系統(tǒng)外掛接一個(gè)屬性庫(kù)，將實(shí)體的圖形信息和屬性信息關(guān)聯(lián)，CAD內(nèi)的圖形及其屬性實(shí)時(shí)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。這種技術(shù)思路非常好，但是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的用戶不愿去用這個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，一方面因?yàn)閿?shù)據(jù)生產(chǎn)單位通常不是數(shù)據(jù)管理應(yīng)用單位，不愿意去維護(hù)一個(gè)外掛的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，造成圖形屬性信息同步困難；另一方面，空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)量龐大，就是ArcGis連空間數(shù)據(jù)庫(kù)都要SDE引擎，普通的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)在小范圍內(nèi)可行，但在操作較大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)時(shí)效率太低。第三種數(shù)據(jù)采集方式是利用圖形擴(kuò)展屬性的方式。擴(kuò)展數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)地物編碼和大量的屬性信息。并且這種方式下擴(kuò)展

8、屬性與圖形對(duì)象是緊密地結(jié)合在一起的，有利于圖形和屬性的一體化操作，維護(hù)數(shù)據(jù)邏輯一致性。CAD平臺(tái)易于操作但不利于數(shù)據(jù)的管理，而GIS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的要求過(guò)于復(fù)雜又不利于直接作為野外數(shù)據(jù)采集的平臺(tái)，所以現(xiàn)在的GIS前端數(shù)據(jù)，其空間數(shù)據(jù)都是以圖形得方式存在，屬性數(shù)據(jù)則作為圖形實(shí)體的擴(kuò)展屬性來(lái)存儲(chǔ)。比較以上三種數(shù)據(jù)采集入庫(kù)方式，不難看出，第三種方式不僅在前端數(shù)據(jù)采集中更容易受到用戶的歡迎（圖形屬性數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，直觀、易操作），在數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)，其擴(kuò)展屬性數(shù)據(jù)也可以方便地進(jìn)行導(dǎo)入和導(dǎo)出。下面主要討論AutoCAD的DWG格式數(shù)據(jù)入庫(kù)的方式。首先要進(jìn)行CADàGIS的數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換，這也是數(shù)據(jù)建庫(kù)的基礎(chǔ)

9、。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可以分為直接的轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種方法。數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換要求CAD與GIS二者之間不通過(guò)特制的程序接口就能夠互相的轉(zhuǎn)換或者直接的讀寫，由于CAD和GIS系統(tǒng)描述同一空間對(duì)象的數(shù)據(jù)模型與語(yǔ)義存在一定的差別，以上的方法雖然可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，但是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中容易導(dǎo)致信息丟失。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)從AutoCAD轉(zhuǎn)換到ESRI的shape文件或者Coverage時(shí)，就會(huì)丟失AutoCAD中定義的圖形對(duì)象擴(kuò)充屬性。因此，直接轉(zhuǎn)換難以顧及中的屬性數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)縫轉(zhuǎn)換。同時(shí)，在AutoCAD端直接利用ArcSDE數(shù)據(jù)訪問(wèn)API操作數(shù)據(jù)庫(kù)雖可顧及GIS的屬性數(shù)據(jù)，但是既不方便又不安全，讓外業(yè)小組

10、可以直接更新GIS數(shù)據(jù)庫(kù)缺乏了必要的中間過(guò)程。數(shù)據(jù)間接轉(zhuǎn)換就是在CAD與GIS間定制專用的數(shù)據(jù)讀寫程序，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。實(shí)際應(yīng)用中，常采用定制數(shù)據(jù)解譯器的方法，它包括數(shù)據(jù)讀寫接口，語(yǔ)義解譯器、數(shù)據(jù)字典、地理空間知識(shí)庫(kù)，如下圖： (CAD/GIS集成數(shù)據(jù)編譯器) 通過(guò)以上的方式將DWG格式轉(zhuǎn)換為Coverage或Shapefile文件格式后，就可以使用空間數(shù)據(jù)引擎將這些數(shù)據(jù)方便的寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。三、南方GIS建庫(kù)專家CASS數(shù)據(jù)入庫(kù)方案3.1 CASS軟件實(shí)體組織在南方數(shù)碼科技有限公司的CASS7.0地形地籍成圖系統(tǒng)中，可以將它們統(tǒng)一為一種圖形，在這種圖形里，既可以入庫(kù)又可以出圖打印。圖形骨

11、架線結(jié)構(gòu)將入庫(kù)需要的骨架線和出圖需要的附屬線劃有機(jī)地結(jié)合在一起，保證了圖形可同時(shí)達(dá)到入庫(kù)和出圖這兩種要求。CASS7.0軟件采用骨架線（編組）和實(shí)體擴(kuò)展屬性來(lái)組織實(shí)體的技術(shù)，既保證了圖形編輯的靈活性，又保證了與GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的完整性。骨架線是數(shù)字地圖導(dǎo)入GIS的一種概念性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和支撐技術(shù)。同時(shí)，也是CASS的一種底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使得CASS的地圖編輯可以直接針對(duì)骨架線進(jìn)行。任何線狀地物或面狀地物，只要骨架線的數(shù)據(jù)（位置等）發(fā)生改變，與骨架線相關(guān)的所有符號(hào)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。編組選擇功能則使得復(fù)雜地物（如斜坡、陡坎、填充地物等）在編輯時(shí)自動(dòng)分解，輸出是又是一個(gè)整體。而實(shí)體擴(kuò)展屬性數(shù)據(jù)

12、可存儲(chǔ)地物編碼和大量的屬性信息。采用這種方式，擴(kuò)展屬性與圖形對(duì)象能緊密地結(jié)合在一起，有利于圖形和屬性的一體化操作，維護(hù)數(shù)據(jù)邏輯一致性。AutoCAD中實(shí)體擴(kuò)展屬性的寫入和讀出可以通過(guò)對(duì)對(duì)象（Object）分別用SetXdata和GetXData方法得到。骨架線、編組、擴(kuò)展屬性關(guān)系如下圖所示： 圖形屬性數(shù)據(jù)（以擴(kuò)展屬性組織數(shù)據(jù)） （骨架線、編組、擴(kuò)展屬性關(guān)系示意圖）CASS軟件系統(tǒng)正是通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了屬性數(shù)據(jù)和圖形的緊密結(jié)合。3.2、入庫(kù)前數(shù)據(jù)處理3.2.1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化由于數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中存在不規(guī)范或錯(cuò)誤，比如房屋沒(méi)有封閉，房屋與房屋中間有重復(fù)多余線，實(shí)體沒(méi)有屬性或者屬性錯(cuò)誤，以及存在沒(méi)有屬性

13、的實(shí)體等等，這些問(wèn)題對(duì)基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的GIS空間分析是必須避免和消除的，否則將影響到空間分析的可信度，甚至不能進(jìn)行空間信息分析。一般需要提供了大批量修改和編輯實(shí)體的命令來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，通常稱為數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)理。現(xiàn)在的GIS數(shù)據(jù)采集的軟件基本上是基于CAD平臺(tái)，CAD平臺(tái)易于操作但不利于數(shù)據(jù)的管理，而GIS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的要求過(guò)于復(fù)雜又不利于直接作為數(shù)據(jù)采集的平臺(tái)，比如在生產(chǎn)單位，如果每一步都要考慮實(shí)體的拓?fù)涮卣鳎臻g信息與屬性信息的關(guān)聯(lián)的話，勢(shì)必會(huì)造成數(shù)據(jù)采集工作的效率大大降低，甚至連以外掛數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)屬性內(nèi)容這種看似完美的方式也因?yàn)閳D形與屬性不能同步而遭到生產(chǎn)單位的詬病，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)單位基本上都選擇

14、了基于CAD平臺(tái)開(kāi)發(fā)的成圖軟件，但這樣得來(lái)得數(shù)據(jù)都是以圖形得方式存在，屬性數(shù)據(jù)則作為圖形實(shí)體的擴(kuò)展屬性來(lái)存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)搜集并將其數(shù)字化錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，不可避免會(huì)產(chǎn)生這樣那樣的誤差?？臻g數(shù)據(jù)誤差主要來(lái)源于地圖誤差和數(shù)據(jù)采集誤差。地圖誤差包括測(cè)量誤差、繪圖誤差、圖紙伸縮變形誤差；數(shù)據(jù)采集誤差（包括數(shù)字化誤差、不一致性和不完整性誤差）、格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換誤差。在這些誤差中，有粗差、系統(tǒng)誤差和偶然誤差。對(duì)于粗差，目前主要通過(guò)邏輯一致性檢查和比較分析方法，由人機(jī)交互發(fā)現(xiàn)和修改，消除矛盾現(xiàn)象。由于系統(tǒng)誤差和偶然誤差是有規(guī)律可巡的，可以通過(guò)建立一定的條件對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行改正，對(duì)偶然誤差進(jìn)行合理的分配，從而保

15、證空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量。除了數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求外，這里的質(zhì)量控制的主要是要方便的對(duì)數(shù)據(jù)粗差進(jìn)行檢查，故需要一個(gè)方便實(shí)用的人機(jī)交互的數(shù)據(jù)監(jiān)理平臺(tái)。3.2.2 數(shù)據(jù)無(wú)縫進(jìn)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接包含以下幾個(gè)問(wèn)題：投影，坐標(biāo)系統(tǒng)，比例尺，數(shù)據(jù)精度等。對(duì)不同投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)在投影和坐標(biāo)系統(tǒng)上統(tǒng)一采用相同的標(biāo)淮，當(dāng)空間數(shù)據(jù)具有多尺度時(shí)，無(wú)縫連接尋找數(shù)據(jù)集之間連續(xù)的表達(dá)方式，它表現(xiàn)為不同尺度數(shù)據(jù)之間的集成。建立無(wú)縫空間數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于在合適的空間信息框架上實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的融合，框架是基礎(chǔ)，融合是手段。GIS的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用導(dǎo)致了多源空間數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。如何實(shí)現(xiàn)不同的GIS軟件共享并操作

16、不同來(lái)源的地理數(shù)據(jù)，即GIS多源空間數(shù)據(jù)的集成，成為GIS發(fā)展的關(guān)鍵。目前GIS多源空間數(shù)據(jù)的集成主要朝著三個(gè)方向發(fā)展，一是通過(guò)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)來(lái)約束并規(guī)范已有的各類地理信息系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)交換；二是建立開(kāi)放式地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范，進(jìn)行地理信息系統(tǒng)互操作；三是GIS數(shù)據(jù)中間件技術(shù)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)存在很多實(shí)現(xiàn)上的困難。互操作是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，是在異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)信息共享的途徑，它需要將GIS技術(shù)、分布處理技術(shù)、面向?qū)ο蠓椒?、?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)信息獲取方法更有效地結(jié)合起來(lái)。所謂GIS數(shù)據(jù)中間件技術(shù)是指能夠嵌人各類GIS系統(tǒng)的軟件，GIS開(kāi)發(fā)者通過(guò)中間件開(kāi)發(fā)商提供的接

17、口，訪問(wèn)和操作特定的數(shù)據(jù)源。3.2.3 CASS7.0數(shù)據(jù)到ARC GIS轉(zhuǎn)換方法從CAD文件轉(zhuǎn)換到ArcGIS，通常包括兩方面的內(nèi)容：一是CAD到ArcGIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，二是CAD到ArcGIS應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。從CAD數(shù)據(jù)到ArcGIS的轉(zhuǎn)換，比如AutoCAD與ArcInfo兩者之間的圖形要素并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，AutoCAD中可以包括點(diǎn)、線、面、矩形、弧線等，但是ArcGIS Geodatabase模型只是建立在簡(jiǎn)單要素層基礎(chǔ)之上的，所以在建立兩者的圖形要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系的時(shí)候CASS都進(jìn)行了技術(shù)上的處理，CAD到Geodatabase數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換通常是先轉(zhuǎn)為簡(jiǎn)單要素層，之后在按照Geodata

18、base模型的定義進(jìn)行要素類組織合并，定義域，子類型，關(guān)系，幾何網(wǎng)絡(luò)等規(guī)則，使得空間數(shù)據(jù)在輸入到GIS后能和屬性數(shù)據(jù)正確的連接起來(lái)。在入庫(kù)時(shí)，CASS7.0根據(jù)定義文件從各個(gè)圖形實(shí)體的擴(kuò)展數(shù)據(jù)中讀出各種屬性數(shù)據(jù)，并填寫到SHP格式、MIF/MID格式、VCT格式的相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)位置，由于空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是一起輸出的，所以保證了兩者之間的關(guān)聯(lián)性。對(duì)于復(fù)雜的地籍?dāng)?shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)原則是宗地與界址線緊密結(jié)合在一起，界址點(diǎn)脫離宗地在整個(gè)街坊公用。一個(gè)宗地內(nèi)有多條界址線，各界址線的屬性信息分別存儲(chǔ)，每當(dāng)宗地添加或刪除界址點(diǎn)，界址線會(huì)自動(dòng)發(fā)生增減。界址點(diǎn)脫離宗地單獨(dú)存在，可在整個(gè)街坊內(nèi)累加，相鄰宗地共用界址點(diǎn)，在入庫(kù)時(shí)，自動(dòng)通過(guò)宗地搜索界址線，通過(guò)界址線搜索界址點(diǎn)，最終將三者之間的完整關(guān)系體現(xiàn)在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中。從CAD到ArcGIS應(yīng)用的轉(zhuǎn)換目前主要集中在數(shù)據(jù)的原始表現(xiàn)上，因此以前在CAD環(huán)境下的看到數(shù)據(jù)在ArcGIS環(huán)境下“變了樣子”，這主要由于各自系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式和相關(guān)符號(hào)庫(kù)的不同，數(shù)據(jù)本身并沒(méi)有丟失。此問(wèn)題的解決目前主要集中在兩個(gè)方法，一種是程序?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)符號(hào)庫(kù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)完成相應(yīng)符號(hào)庫(kù)的轉(zhuǎn)入。另一種是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，就是先對(duì)CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼