GIS與CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題研究

林建美

【摘 要】不同格式數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換一直是一個研究熱點，如何在不同數(shù)據(jù)格式間進行精準轉(zhuǎn)換是長期以來未能完美解決的一個問題。由于CAD和GIS的數(shù)據(jù)模型之間存在極大的差異，導(dǎo)致它們對同一地理實體的描述方式不一致，使得實現(xiàn)這兩種格式數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換存在較大的難度?？梢暬D(zhuǎn)換模型可以在轉(zhuǎn)換效果和工作量之間找到平衡，使大部分人員均可實現(xiàn)理想的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】GIS數(shù)據(jù)；可CAD數(shù)據(jù)；視化轉(zhuǎn)換

1.數(shù)據(jù)模型

1.1 CAD數(shù)據(jù)模型

CAD數(shù)據(jù)注重描述地理實體的空間位置和幾何形狀等信息，它以符號化的形式分層管理數(shù)據(jù)。CAD文件是由諸如顏色、線型、線寬、符號等靜態(tài)圖形特征組織后的圖層集合，實體或元素都包含在單一的文件中，屬性數(shù)據(jù)的主要描述依據(jù)圖層和注記。地理實體以線型、圖層、顏色、字體等幾何特性和空間位置數(shù)據(jù)記錄等方式表達。

1.2 GIS數(shù)據(jù)模型

GIS能夠?qū)⒌乩韺嶓w的空間信息和屬性信息集成管理。地理實體的屬性信息是用來描述地理實體的屬性特征的信息，是一個屬性數(shù)據(jù)庫。更重要的是它包含了CAD所沒有的空間信息，如實體間的拓撲關(guān)系，與地理實體相對應(yīng)的空間坐標系等空間信息。GIS地理實體的數(shù)據(jù)既包含CAD數(shù)據(jù)的空間位置和幾何形狀的信息，同時又包含地理實體的屬性信息，GIS根據(jù)這些信息才能實現(xiàn)空間分析、測量、分類、統(tǒng)計等功能。

1.3傳統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法

在不同的系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式中對同一實體對象的描述手段與組織方式不盡相同，如何實現(xiàn)不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，最理想的狀態(tài)是對兩個系統(tǒng)間的所有語義建立一一對應(yīng)的映射關(guān)系表。但在實際實現(xiàn)過程中，不可能將所有的元素都建立這樣的關(guān)系，這樣就產(chǎn)生了信息傳遞過程中的語義變異與信息理解上的語義偏差。因此，可行的轉(zhuǎn)換模型就是建立一個兩種數(shù)據(jù)格式之間盡可能完備的映射關(guān)系表。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的是提供一個簡單直接地訪問外部數(shù)據(jù)的方法。此方法的基礎(chǔ)是對兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有限支持。在某些情況下，他們僅處理特定的數(shù)據(jù)對象。這時映射關(guān)系表中的映射只是完備集命中的一個子集。還有一種常用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方式是使用各個軟件中的公開數(shù)據(jù)格式。每個軟件為了與其他軟件進行數(shù)據(jù)共享，通常都定義一種公開的數(shù)據(jù)格式，如DXF和E00格式。普通用戶可以直接讀寫這些公開的數(shù)據(jù)格式，實質(zhì)上它們起到了一個數(shù)據(jù)橋梁的作用，通過這個橋梁可以實現(xiàn)軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。但是這種方式僅僅是簡化了直接讀取源數(shù)據(jù)的難度，因為這些公開的交換格式又是由各軟件廠商自己定義，所包含的內(nèi)容和表達方式不盡相同，并沒有從根本上解決構(gòu)建一一對應(yīng)的映射關(guān)系表的問題。

2.可視化轉(zhuǎn)換模型

ESRI公司的ArcGIS是使用最普遍的GIS應(yīng)用軟件，最新版本中增加了數(shù)據(jù)互操作擴展模塊，其內(nèi)核是基于加拿大公 司 提 供 的 要 素 操 作 引 擎（FME）技術(shù)?；ゲ僮髂K提供了空間數(shù)據(jù)提取，轉(zhuǎn)換和加載（ETL）功能，使用戶可以使用多種數(shù)據(jù)格式工作。FME基于語義轉(zhuǎn)換技術(shù)進行數(shù)據(jù)共享，允許用戶在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中重新構(gòu)造數(shù)據(jù)，這些重新構(gòu)造的數(shù)據(jù)對用戶可能是“灰箱”甚至“黑箱”。FME使用戶可以根據(jù)特殊需求，提取相同數(shù)據(jù)源的不同內(nèi)容，而不是以單一格式輸入和輸出數(shù)據(jù)。當在系統(tǒng)間數(shù)據(jù)模型的存在極大的語義異構(gòu)時，例如CAD系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)，這一技術(shù)顯得特別實用。在ArcGIS中，數(shù)據(jù)互操作擴展模塊在結(jié)構(gòu)上進行了更新，使用戶可以用可視化的方式導(dǎo)入導(dǎo)出大部分數(shù)據(jù)格式，并且該擴展可以基于屬性值輸出多個數(shù)據(jù)集。

2.1可視化轉(zhuǎn)換模型理論基礎(chǔ)

FME進行轉(zhuǎn)換使用了與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換不同的技術(shù)，它實現(xiàn)了“語義轉(zhuǎn)換”。語義轉(zhuǎn)換提供了一個引擎，能夠分別對輸入或輸出數(shù)據(jù)重新進行定義。支持這個引擎的是FME所提供的一個非常豐富的數(shù)據(jù)模型，它比各種專用格式所支持的數(shù)據(jù)模型要更豐富，并且具有內(nèi)部一致性和可擴展性，從而實現(xiàn)很高程度的數(shù)據(jù)重新定義。它不是簡單的從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，而是完全在一種通用格式上工作，并且注重提供各種模塊來幫助用戶操縱數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為需要的形式，其中格式的改變只是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中的一小部分工作。FME通過其內(nèi)置的“函數(shù)”和“分類機”提供了一系列的數(shù)據(jù)處理功能。這些功能可以用于在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中進行圖形數(shù)據(jù)的操作（如構(gòu)面或連線），或生成新的屬性（如長度或面積）。

FME語義映射通過構(gòu)造語義映射文件來實現(xiàn)，它應(yīng)用的是一種宏語言，很多映射文件要引用輸入數(shù)據(jù)集、輸出數(shù)據(jù)集，或者其他映射文件。語義映射文件的內(nèi)容一般包括：讀寫器定義及其配置、要素表、函數(shù)、要素動態(tài)生成器4部分，其中最靈活的是要素表。用戶可以根據(jù)目標數(shù)據(jù)的要求選擇不同的分類器，軟件將在調(diào)用映射文件時按照要素表選用的函數(shù)順序執(zhí)行轉(zhuǎn)換。Feature表是用來描述要素類特征和控制要素類行為的，是按照目標數(shù)據(jù)的格式設(shè)計的控制文件。Feature表包括兩部分內(nèi)容：一部分用于描述要素類特征，具備這些特征的都屬于同一要素類；另一部分是附加部分，例如在進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，需要調(diào)入地理信息系統(tǒng)的目標數(shù)據(jù)所需的某些屬性在源數(shù)據(jù)中沒有體現(xiàn)，那么就要在轉(zhuǎn)換前在語義映射文件中添加。

2.2可視化轉(zhuǎn)換模型構(gòu)造

可視化轉(zhuǎn)換模型構(gòu)造的特點就是在工作臺中以可視化的方式構(gòu)造映射文件?？梢暬D(zhuǎn)換模型構(gòu)造流程首先，需要創(chuàng)建空間ETL工具，一旦工具被創(chuàng)建，工作臺將呈現(xiàn)，這是用于可視化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換建模的工作環(huán)境。模型構(gòu)建的第一步是選擇源數(shù)據(jù)及其格式。對AutoCAD，系統(tǒng)支持DXF、DWG、DWF以及SDL格式，在數(shù)據(jù)類別選擇中的搜索文本框中輸入“auto”，這將在列表過濾CAD的相關(guān)數(shù)據(jù)格式。通常使用的文件格式是DXF和DWG。其次是選擇目標數(shù)據(jù)和格式。在ArcGIS的該擴展模塊中，基本支持ESRI公司的所有數(shù)據(jù)格式，包括SHP、EOO、ADF、MDB、GEN，以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫ARCSDE格式。源數(shù)據(jù)和目的數(shù)據(jù)確定后，即進入可視化操作平臺（workbench），該平臺提供了數(shù)據(jù)庫、屬性、列表等12類近270個轉(zhuǎn)換模型，這些模型可以通過WINDOWS中典型的“拖”和“拉”的方式將源數(shù)據(jù)和目標數(shù)據(jù)連接起來，它們即可以“并聯(lián)”使用，也可以“串聯(lián)”使用，也不限于單一的源或目標數(shù)據(jù)。平臺模型構(gòu)造完成后，可以在平臺內(nèi)直接運行模型，并以圖形的方式察看轉(zhuǎn)換結(jié)果，針對結(jié)果調(diào)整數(shù)據(jù)流動的過程和模型的參數(shù)，最后達到轉(zhuǎn)換的目標。

3.結(jié)束語

ArcGIS數(shù)據(jù)互操作擴展模塊幫助用戶在各種類型的數(shù)據(jù)間建立了橋梁，通過新的空間ETL工具，讓我們可以進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。其可視化的操作平臺簡化了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的難度，提高了轉(zhuǎn)換的效率和精確度，是CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換的理想方法。從更長遠的目標看，不同數(shù)據(jù)格式之間的無縫共享是最終的解決方法，這時數(shù)據(jù)格式的問題不再是用戶需要考慮的對象，無論什么格式的數(shù)據(jù)都可以在單一軟件內(nèi)進行無縫的互操作，就如同操作原生格式一樣。

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