計算機應用論文發表期刊推薦北大核心級期刊《計算機應用與軟件》，《計算機應用與軟件》創刊于1984年，由上海市計算技術研究所和上海計算機軟件技術開發中心共同主辦，是全國中文核心期刊、中國計算機學會會刊，并已納 入《中國科技論文統計源期刊（中國科技核心期刊）》、《中國學術期刊綜合評價數據庫來源期刊》、《萬方數據—數字化期刊群全文收錄期刊》、《中文科技期刊 數據庫（全文版）收錄期刊》、《中國科學引文數據庫（CSCD）來源期刊》、美國《劍橋科學文摘》收錄期刊、美國《烏利希國際期刊指南》等數據庫收錄。

　　摘要：隨著計算機技術的發展，地理信息系統經歷了將近五十年的發展，日趨成熟，正在由二維GIS走向三維GIS。然而同GIS的開發相比，GIS的數據錄入或數據庫建設明顯薄弱。因此怎樣利用好現有的CAD數據，讓其符合GIS的要求仍然是當前的重要問題。本文以地下管線CAD數據為例，論述CAD數據和GIS數據的主要區別、轉換方法以及轉換過程中存在的問題。

　　關鍵詞：GIS,CAD數據,數據格式轉換,ArcGIS

　　1引言

　　經歷將近五十年的發展歷程，GIS在各行各業得到廣泛應用，已日趨成熟。GIS由硬件、軟件、數據、人員和方法五部分組成。在GIS項目建設過程中，數據占GIS整個工作流程75%的時間[1]，這就意味著在商業應用中，GIS系統成本的75%甚至更多用在了數據的建設上。而且數據質量的好壞對系統的運行起著至關重要的作用。鑒于此，有關專家提出數據格式轉換，將現有的地圖數據轉換為GIS數據[2]。

　　在我國，地圖數據絕大多數來源于測繪部門。目前，廣大測繪工作者普遍采用AutoCAD系列軟件進行作業。因此我國各大中城市的大中比例尺地形圖中不同程度地都有AutoCAD數字地形圖。地圖數據到GIS數據的轉換也相應地變為CAD到GIS數據的轉換。ArcGIS作為常用GIS軟件，具有強大的空間分析、數據管理等功能，在建立空間數據庫方面具有得天獨厚的優勢[3]。筆者以地下管線CAD數據為例，利用ArcGIS的Geodatabase數據模型，探討了CAD數據有效地轉換到GIS數據庫的方法，總結了可行的解決方案。

　　2CAD數據與GIS數據的主要區別

　　CAD和GIS之間有大量的技術重疊，兩者都用計算機圖形，相似的輸入、輸出設備，并生成漂亮的彩色圖像。但是，兩者的相似性到此為至。同GIS相比，CAD較簡單，下面介紹一下兩者之間的不同之處：

　　（1）拓撲關系。拓撲關系是GIS區別于CAD的一個重要特征，CAD中的圖形元素之間沒有拓撲關系，在其數據庫中，通常只記錄著表示圖形元素幾何位置、形狀及大小的幾何坐標和表示圖形元素性質（如顏色、層等）的輔助數據。而在GIS系統中，不僅幾何坐標，而且元素間的拓撲關系都是數據中不可缺少的內容。

　　（2）數據組織。在GIS系統中，數據按專題形式組織，一個專題（如道路、水系）對應于一個數據文件或一組數據文件，各個專題數據獨立存在于GIS數據庫中。在CAD系統中，一幅CAD圖形往往對應于多個專題內容。如一幅地形圖中，有等高線、建筑物、道路等多個專題。當然，CAD圖形中的多個專題可以分別處于圖形的不同層中。但是，他們統一存儲在一個圖形文件中。通常CAD圖形中一層可以對應于GIS系統的一個專題。

　　（3）屬性與符號。在CAD中，出了圖形坐標以外，另一個重要內容就是圖形數據。一個點狀元素可以用不同的圖形符號表示，一條線段可以對應于不同的線型，正是有了這些符號，CAD中的圖形才具有很強的可視性。不同的符號可以具有不同的形狀、大小和顏色。在GIS中，圖形數據只有點、線、面三大類。各個元素沒有固定符號表示在圖形庫中。但是，除了圖形數據以外，GIS數據庫中還有一部分屬性數據，通常圖形數據的符號特征記錄在其中。對應于不同的屬性內容，圖形元素也可以以不同的形式表現出來。

　　3CAD轉換到GIS數據存在的問題

　　之前已有一些人進行了CAD到GIS數據轉換的相關研究[4][5][6]。但是都沒能很好的解決在GIS系統里的存儲和顯示問題。沒能夠有效的表達CAD數據中的元素之間的幾何關系和拓撲關系。嚴格意義的數據轉換是指現有的CAD數據在轉換為GIS數據時要保持其空間要素的幾何一致性，轉換后的數據要無損的表達。現有的轉換存在以下問題：

　　（1）要素丟失：CAD軟件中某些圖形實體數據結構不能在GIS軟件中接受，或者轉換前后數據的對應關系沒處理好，導致在CAD數據轉換為GIS數據時，有的要素沒有轉換過來，造成了數據要素的丟失。

　　（2）要素變形：CAD幾何形狀包含水平和垂直線段，通常線段之間的夾角是規則的。GIS實際上不包含水平或垂直線段，除了直角，其它的規則夾角很少；在CAD中，圓弧和曲線是基本的，而在GIS中，它們實際上不存在。由此可見，CAD軟件中的基本圖元定義與GIS軟件中的不完全一致，CAD中的圖形數據結構和GIS中的圖形數據結構不一樣，再加上原CAD數據在作業的時候操作不規范，都有可能造成轉換后數據要素變形。

　　（3）數據冗余：圖形數據中可能存在碎線（如等高線、海岸線等）、空注記，或者因CAD中數據分層不合適造成轉換后線上點密現象，都會造成數據冗余。

　　（4）屬性信息不足：各種CAD軟件都很少附有屬性信息，這樣就造成轉換后屬性信息不足，而屬性信息卻是GIS實現各種應用分析功能的關鍵因素。數據轉換后許多屬性信息追加起來費時費力，容易產生錯漏并且不容易檢查修改[4]。

　　4ArcGIS的解決方案

　　在格式間的轉換，現在的各種GIS平臺都提供了面向其他平臺的數據雙向轉換工具，數據轉換方法[7]很多。但是這并沒有解決GIS對數據部門的真正需求，格式的轉化僅僅達到了顯示數據的圖面表示目的。然而僅僅擁有圖面的數據對GIS系統而言是遠遠不夠的，缺乏與圖面幾何要素相關聯的屬性數據，GIS的強大空間分析能力就無從談起。因此要真正的實現在CAD數據與GIS數據之間的相互轉換，圖形的一部分內容（幾何坐標）需要轉換成GIS的圖形數據，一部分內容（幾何特征）需要以屬性的形式記錄到屬性表中。

　　下面對地下管線CAD到GIS數據轉換，提出一種基于ArcGIS的解決方案。基本流程（見圖1）分為CAD數據轉換前期處理；數據格式轉換；轉換后符號設計、屬性提取、更新入庫。

　　圖1數據轉換解決方案基本流程

　　4.1地物分層，數據編碼

　　CAD是以圖層的方式進行數據組織，包括點、線、面3種元素，圖層組織沒有統一的標準，而GIS一個圖層只表示一種元素，而且，CAD的分類不夠精確，為了出圖效果更好，將同一元素以多個圖層的方式出圖，如將道路中心線，地下管線路中線等分成多個圖層。因此，CAD數據轉換為GIS數據時，GIS數據圖層總數往往比CAD多，這樣繁多復雜的圖層關系，不利于GIS系統的管理分析。

　　對CAD數據轉換為GIS數據進行圖層分類，首先應對CAD源數據進行分析，然后根據用戶的目的及數據處理的需求，提取CAD圖層的主要信息，對轉換后的GIS數據進行分層組織。

　　圖層分類是對數據的定性標識，也是進行編碼設計的基礎。數據編碼是一個或一組有序的數字或符號，便于計算機進行信息查找和識別。編碼是GIS系統中地物的唯一關鍵字[4]，也是實現GIS基礎空間信息共享的基礎，GIS編碼必須按照國家的標準進行設計，操作方便，且必須要有可擴充性，有利于日后信息的擴充。

　　4.2屬性設計

　　GIS系統與CAD系統的最大不同，也是GIS優勝之處，便是GIS系統能支持海量的屬性信息。轉換后需要根據CAD中的擴展屬性，對GIS空間數據庫圖層進行屬性設計，在ArcGIS的Geodatabase數據模型中，圖形數據和屬性數據是存在關系數據表中的，實現了屬性數據和圖形數據的有機集成[8]，可以根據GIS數據庫滿足應用要求為前提，對CAD圖形進行編碼，并進行屬性鏈接的操作。

　　4.3符號設計

　　在轉換后的GIS數據庫中，要素不能以符號顯示，只有點、線、面和注記實體，不能識別為何種地物，因此要具有完善的符號庫和符號匹配開發，可以在ArcGIS中，參照點、線、面符號標準的規定，設計相應的轉換匹配符號庫，實現地理要素與其對應地地圖圖式的匹配與連接[9]。

　　5技術實現

　　ArcGIS提供的Geodatabases數據模型具有強大的數據管理功能，利用它可以實現空間數據的存儲及管理。處理流程包括以下四個步驟：①在ModelBuilder中對CAD數據到Geodatabase數據的轉換過程進行建模（圖2）；②建立CAD數據和Geodatabase數據的屬性項對照表（表1和表2）；③利用ArcGIS工具實現CAD數據到Geodatabase數據的轉換（圖3）；④利用ArcMap對轉換后的數據進行符號化處理（圖4）。通過試驗，成功地實現了地下管線CAD數據向GIS空間數據庫中的轉換，通過對比可以看到轉換以后，圖形要素的空間特征、顏色得到了保持，沒有丟失圖形要素。

　　圖2從CAD到GIS數據的轉換流程

　　圖3原始地下管線CAD數據

　　圖4CAD轉換后數據的符號化結果

　　6結束語

　　隨著GIS在各行各業中的廣泛應用，GIS的開發顯得日趨成熟，GIS數據庫的建設顯得相對薄弱，利用現有的CAD數據，將其轉換成GIS數據是一個值得關注的數據快速生成方法。該文通過分析比較CAD數據與GIS數據的特點，以地下管線為試驗數據，探討了從CAD數據到Geodatabase數據庫的方法，并且試驗運行實現了數據轉換、屬性提取的功能。雖然只是針對地下管線做了實驗，但可作其他CAD數據轉入數據庫的參考。

　　參考文獻

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　　[4]周小成，焦道振.基于Geodatabase的CAD數據到GIS的解決方法.現代測繪，2004，27(6)：15-17.

　　[5]毛衛華，應荷香.DNG數據格式轉換的研究與實驗.測繪通報,2001,5:37-39.

　　[6]郝平，陸寶濟.CAD和GIS數據雙向轉換技術的研究.機電工程，2001，18(4)：9-11.

　　[7]陳南南,李蓬,周美霞,吳正.CAD數據到GIS數據轉換的討論.北京測繪,2012,1:15-17.

　　[8]王慶來，張鵬飛，趙鋼.地形圖CAD數據轉換為理正GIS數據格式經驗淺談.城市勘測，2008，01(48)154-156.

　　[9]肖鳴.CAD數據向GIS空間數據庫轉換方法的實現.測繪信息與工程，2007，32(3)：24-26.