AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)規(guī)整入庫(kù)的研究與應(yīng)用

袁源琳，張新長(zhǎng)，黃健鋒，郭泰圣

(中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東廣州510275)

一、引 言

AutoCAD具有強(qiáng)大的繪圖功能，在測(cè)繪地理信息部門的制圖系統(tǒng)中，大多是利用AutoCAD作為軟件的開發(fā)平臺(tái)。目前，我國(guó)大多數(shù)城市的地形圖數(shù)據(jù)以AutoCAD的數(shù)據(jù)格式(*.dwg)存儲(chǔ)。為充分利用已有的數(shù)據(jù)資源，必須有一個(gè)切實(shí)可行的處理方法，將已有的AutoCAD數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適用的GIS數(shù)據(jù)，以便更高效地建立城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)［1］。張葉［2］提出基于 Geoway 實(shí)現(xiàn) CAD 數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，鑒于AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)不規(guī)范(如編碼不規(guī)范、地物拓?fù)潢P(guān)系錯(cuò)誤等)，轉(zhuǎn)換結(jié)果不理想。由于生產(chǎn)模式和數(shù)據(jù)規(guī)范不斷完善［3］，導(dǎo)致數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致，同時(shí)由于內(nèi)業(yè)制圖不嚴(yán)謹(jǐn)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一整理與加工。本文研究如何將AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范整理并轉(zhuǎn)換到GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)中去。

二、AutoCAD地形圖規(guī)整

1.地形圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)往往是不同時(shí)期采集的，人工操作多，數(shù)據(jù)輸入操作不嚴(yán)謹(jǐn)［4］，一般存在以下質(zhì)量問(wèn)題：①地物編碼問(wèn)題(包括缺編碼、非法編碼、編碼與符號(hào)線型不一致);②地形圖分層不規(guī)范，甚至含垃圾圖層;③編輯操作中地物要素分錯(cuò)層，或有不明地物;④拓?fù)溴e(cuò)誤(如面狀地物不封閉、線線非法交叉等);⑤地物描述問(wèn)題(包括圖層及地物顏色不規(guī)范、點(diǎn)狀地物符號(hào)錯(cuò)誤、塊名稱與編碼不一致等)。因此，AutoCAD地形圖規(guī)范整理內(nèi)容主要有地物編碼分類、分層，編碼屬性檢查，空間拓?fù)潢P(guān)系檢查等。

本文的地形圖數(shù)據(jù)規(guī)范要求參考《東莞市1∶500、1∶1000、1∶2000 矢量地形圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，主要有圖層分層設(shè)色標(biāo)準(zhǔn)、不同類別地物屬性表、塊文件符號(hào)表、地形圖要素信息及編碼對(duì)照表等。其中，地形圖要素信息及編碼對(duì)照表是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的核心，其內(nèi)容主要包括地物類型、CAD編碼、GIS編碼、CASS編碼、CAD圖層、GIS圖層、GIS圖層幾何類型、塊文件的參考名、線寬、線型、注記字高等相關(guān)信息，見表1。

表1 地形圖要素信息及編碼對(duì)照表(部分地物)

其中，每個(gè)地物的CAD編碼、GIS編碼、CAD圖層、GIS圖層、幾何類型都不可缺少，這些屬性關(guān)系到地物的分類以及在CAD和GIS庫(kù)中的分層。CAD中點(diǎn)狀地物由默認(rèn)點(diǎn)或塊參照表示，用塊參照表示的需要其參考名信息;線狀地物含有對(duì)應(yīng)的線型、線寬信息;面狀地物輪廓線一般也有線型信息;注記類地物含有字高信息。

2.AutoCAD中實(shí)體屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

AutoCAD2000以后的版本提供4種表述圖形屬性數(shù)據(jù)的方式：塊屬性數(shù)據(jù)、擴(kuò)展圖元數(shù)據(jù)、擴(kuò)展詞典和圖形詞典［5］。考慮到后期編程開發(fā)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS中更便捷，本文采用擴(kuò)展詞典進(jìn)行存儲(chǔ)，將實(shí)體的屬性存儲(chǔ)在其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展記錄中，其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖形實(shí)體Entity創(chuàng)建擴(kuò)展字典;再在擴(kuò)展字典中創(chuàng)建自定義字典，命名為“DXTD”;然后在該自定義字典下新建擴(kuò)展記錄Xrecord，以圖形的字段名進(jìn)行命名，擴(kuò)展記錄的Data屬性存儲(chǔ)該字段的屬性值。要存儲(chǔ)信息包括實(shí)體的GIS編碼及其他屬性字段，如房屋類地物一般包括房屋面積、房屋樓層等信息。

圖1 AutoCAD中Entity的屬性存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

3.AutoCAD地形圖規(guī)整流程及關(guān)鍵技術(shù)

為了提高地形圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換效率與質(zhì)量，需先對(duì)地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范整理，只有符合技術(shù)規(guī)程及相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)才能正確進(jìn)行入庫(kù)操作［6］。AutoCAD地形圖規(guī)整步驟主要包括地物編碼、編碼檢查、拓?fù)錂z查與編輯、屬性編輯等，其規(guī)整流程如圖2所示。

圖2 AutoCAD地形圖規(guī)整流程

(1)編碼賦值

對(duì)地形要素賦編碼是將要素的地理要素編碼賦予要素的屬性項(xiàng)中，以便唯一地標(biāo)識(shí)地理要素和進(jìn)行空間分析［7］。本文通過(guò)存儲(chǔ)地形要素的GIS編碼來(lái)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。要素的手動(dòng)編碼賦值是一項(xiàng)工作量很大的工作，因此宜采用程序進(jìn)行自動(dòng)賦值。

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)地形圖的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，不少數(shù)字地形圖由CASS軟件編輯而成。由CASS軟件編輯的圖形一般存儲(chǔ)有CASS編碼及編碼意義，一部分圖形對(duì)應(yīng)的CAD代碼值存儲(chǔ)在該圖形的厚度屬性中。因此，將所有待規(guī)整的圖形分為兩類：含編碼圖形和無(wú)編碼圖形。針對(duì)這兩類圖形，本文分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的地物編碼自動(dòng)轉(zhuǎn)換方法。

含CASS編碼的圖形，讀取CASS編碼，通過(guò)地形圖要素信息及編碼對(duì)照表查找到對(duì)應(yīng)的GIS編碼，完成編碼轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ);含厚度值的圖形，讀取厚度值(即CAD編碼)，通過(guò)地形圖要素信息及編碼對(duì)照表查找到對(duì)應(yīng)的GIS編碼，完成編碼轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。

無(wú)編碼的圖形通過(guò)目視判讀及圖形篩選賦值的方式完成地物編碼賦值。智能篩選是通過(guò)圖形類型、圖層、線型、線寬、注記內(nèi)容等條件將同一類的地物篩選出來(lái)，進(jìn)行多圖形集體賦值。對(duì)于地物類型數(shù)量較少的地物采用直接目視判讀的方法，通過(guò)手動(dòng)選擇圖形進(jìn)行賦值。

(2)編碼檢查與圖形查錯(cuò)

完成地物編碼流程后，需要對(duì)編碼進(jìn)行檢查，直到修改無(wú)誤為止。檢查的內(nèi)容包括：①實(shí)體是否缺編碼;②實(shí)體存儲(chǔ)編碼是否規(guī)范合法(在地物編碼表中);③編碼對(duì)應(yīng)的幾何類型與實(shí)體類型是否沖突，如若某個(gè)DBText類型的實(shí)體被賦予了點(diǎn)、線、面類型的編碼則會(huì)產(chǎn)生沖突;④BlockReference類型的實(shí)體其塊名稱和編碼是否一致;⑤面要素是否閉合(這是以編碼查圖形，如果編碼對(duì)應(yīng)的是面狀要素，需進(jìn)行構(gòu)面);⑥圖形類型是否支持轉(zhuǎn)換，因?yàn)楹罄m(xù)的轉(zhuǎn)換暫時(shí)只支持BlockReference、DBPoint、Polyline、Polyline2d、Arc、Spline、Line、Circle、DBtext等基本圖形，因此不符合類型的實(shí)體需修改。

(3)拓?fù)錂z查與編輯

張葉［6］、謝祖明［8］是基于 Geoway 軟件進(jìn)行拓?fù)錂z查;王蔚［9］、邵華［10］等是將拓?fù)錂z查放在入庫(kù)后。由于GIS軟件對(duì)于圖形的編輯功能不如Auto-CAD，因此本文在AutoCAD環(huán)境下基于ArcGIS Engine對(duì)圖形建立拓?fù)湟?guī)則，然后將涉及拓?fù)溴e(cuò)誤的圖形在AutoCAD中列出來(lái)，利用AutoCAD的編輯功能修改拓?fù)溴e(cuò)誤。拓?fù)洳殄e(cuò)包括面重疊、線重疊、線相交、線自相交檢查。

三、CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

1.轉(zhuǎn)換流程

在完成AutoCAD數(shù)據(jù)的規(guī)整之后，即要進(jìn)行AutoCAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以建立GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)。進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，不僅要了解兩種數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)換，還要了解兩者數(shù)據(jù)概念與內(nèi)容的轉(zhuǎn)換。在剖析了二者數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，采用直接轉(zhuǎn)換的方式，將AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS(*.mdb格式)的標(biāo)準(zhǔn)GIS空間數(shù)據(jù)，其轉(zhuǎn)換流程如圖3所示，步驟如下：

1)建立規(guī)范的GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的分層要求，建立各個(gè)專題的點(diǎn)、線、面、注記圖層，并根據(jù)圖層的屬性要求添加相應(yīng)的屬性字段。

2)將標(biāo)準(zhǔn)AutoCAD地形圖中的所有實(shí)體依據(jù)存儲(chǔ)的編碼按照GIS分層要求進(jìn)行分類，然后按類別對(duì)實(shí)體逐類進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的GIS圖層中，直至全部類別實(shí)體轉(zhuǎn)換完成。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，根據(jù)該類實(shí)體所要轉(zhuǎn)為GIS中的不同幾何類型圖層，選用相應(yīng)的點(diǎn)、線、面、注記轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換內(nèi)容包括地物實(shí)體的圖形信息及屬性信息。

2.轉(zhuǎn)換模型說(shuō)明

(1)圖形轉(zhuǎn)換

CAD中常見的用于描述地物的實(shí)體類型有Block Reference、DBPoint、Polyline、Polyline2d、Arc、Spline、Line、Circle、DBtext等，地物一般以專題內(nèi)容進(jìn)行分層;而在GIS中是按照幾何類型進(jìn)行分層的，一般有 Point、Line、Polygon、Annotation 幾種類型的圖層。在CAD圖形中，Block Reference、DBPoint等類型的圖形實(shí)體在GIS中用Point類型來(lái)表示，需要根據(jù)圖形的編碼信息通過(guò)點(diǎn)轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)到相應(yīng)的點(diǎn)圖層中;DBText類型的圖形實(shí)體在GIS中用Annotation類型來(lái)表示，需要根據(jù)圖形的編碼信息通過(guò)注記轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)到相應(yīng)的注記圖層中;Polyline、Polyline2d、Arc、Spline、Line、Circle 等類型的圖形實(shí)體在CAD中既可以表示線也可以表示面，應(yīng)根據(jù)其編碼進(jìn)行判斷，表示線實(shí)體的通過(guò)線轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的線圖層中，表示面實(shí)體的通過(guò)面轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的面圖層中。

點(diǎn)轉(zhuǎn)換模型較為簡(jiǎn)單，對(duì)于 Block Reference、DBPoint類型的實(shí)體，通過(guò)讀取坐標(biāo)信息，在GIS中基于X、Y坐標(biāo)信息進(jìn)行構(gòu)點(diǎn)，然后通過(guò)Geomery進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖3 CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)流程圖

線轉(zhuǎn)換模型涉及的圖形類型較多，其基本原理是讀取圖形的各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，然后以點(diǎn)構(gòu)線。有的類型較簡(jiǎn)單(如Line)，通過(guò)讀取起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)即可直接構(gòu)線;有的類型相對(duì)復(fù)雜(如Arc)，需要通過(guò)讀取起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、Arc的起始角度及總角度、弧長(zhǎng)等信息構(gòu)弧上的點(diǎn)，然后進(jìn)行構(gòu)線。

面轉(zhuǎn)換模型主要涉及Polyline、Polyline2d、Circle 3種類型的實(shí)體，其基本原理是通過(guò)讀取圖形的節(jié)點(diǎn)等相關(guān)信息，進(jìn)行構(gòu)線及構(gòu)面。如對(duì)于Circle類型，通過(guò)讀取圓心的坐標(biāo)及半徑信息，在GIS中通過(guò)圓進(jìn)行構(gòu)面。

注記轉(zhuǎn)換模型主要涉及DBtext類型實(shí)體，其基本原理是通過(guò)讀取文字的坐標(biāo)及內(nèi)容，在GIS庫(kù)中的Annotation圖層中進(jìn)行重繪。

(2)屬性轉(zhuǎn)換

在規(guī)整中，圖形的屬性信息存儲(chǔ)在其擴(kuò)展字典下自定義字典的擴(kuò)展屬性中，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，先通過(guò)CAD讀取存儲(chǔ)在實(shí)體中的屬性信息，然后通過(guò)屬性字段進(jìn)行匹配，最后將屬性值寫入到GIS中Feature對(duì)象的對(duì)應(yīng)屬性中。

四、規(guī)整入庫(kù)應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證本文的研究思路和方法，在Windows環(huán)境下，以Microsoft Visual Studio 2008為開發(fā)工具，基于 C# 和 AutoCAD 2008、ArcGIS Engine 9.3 平臺(tái)開發(fā)了AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)規(guī)整入庫(kù)系統(tǒng)。不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)初始AutoCAD地形圖的規(guī)范整理，即地形圖要素分類編碼、拓?fù)錂z查與修正、屬性編輯等功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了AutoCAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的異構(gòu)同化。

本文以1∶1000地形圖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)包括 Polyline2d(4)、Line(405)、Arc(2)、Polyline(1765)、DBPoint(7)、Circle(1)、DBtext(754)、BlockReference(964)等共計(jì)3992個(gè)圖形要素，并通過(guò)系統(tǒng)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)整，然后轉(zhuǎn)入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中。初始的AutoCAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)符號(hào)化之后的對(duì)比如圖4所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文提出了AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)的規(guī)整要求與步驟，設(shè)計(jì)了一套規(guī)整方法，在地物編碼方面，提供了一些自動(dòng)化編碼賦值工具，并在AutoCAD環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了拓?fù)錂z查;在剖析了AutoCAD地形圖模型與GIS數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了Auto-CAD數(shù)據(jù)模型直接無(wú)縫轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)模型的方法;最后通過(guò)自主開發(fā)的AutoCAD地形圖規(guī)整入庫(kù)系統(tǒng)，以1∶1000地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例了驗(yàn)證。試驗(yàn)證明，通過(guò)本系統(tǒng)能夠有效地對(duì)CAD地形圖進(jìn)行規(guī)范整理，并轉(zhuǎn)入GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)已經(jīng)在東莞市城鄉(xiāng)規(guī)劃局投入使用，本研究具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖4 實(shí)例轉(zhuǎn)換對(duì)比圖

雖然本文提出的AutoCAD地形圖規(guī)整入庫(kù)方法有較好的應(yīng)用效果，但由于AutoCAD數(shù)據(jù)圖形復(fù)雜，地形圖數(shù)據(jù)錯(cuò)誤種類多樣，一些新的質(zhì)量控制工具有待增加;鑒于轉(zhuǎn)換模型中考慮的CAD圖形類型有限，為不在轉(zhuǎn)換模型中將圖形類型遺漏，還需要進(jìn)一步優(yōu)化;轉(zhuǎn)換模型目前仍借助ArcGIS Engine，將轉(zhuǎn)換模型封裝成獨(dú)立模塊是下一步的工作任務(wù)。

［1］陳能，施蓓琦.AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS空間數(shù)據(jù)的技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2005(8)：11-14，34.

［2］張葉，孫毅中，陳年松.CAD城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的有關(guān)問(wèn)題探討［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2007，30(1)：94-97.

［3］趙建輝，薛萍.1∶10 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)數(shù)據(jù)加工整理模式的探討［J］.測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2011(5)：42-43.

［4］丁建勛，程效軍，石如文，等.淺談珠海市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)檢查與建庫(kù)預(yù)處理［J］.地理空間信息，2005(2)：30-32，35.

［5］劉德兒，閭國(guó)年，蘭小機(jī)，等.城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)更新機(jī)制研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2010(1)：155-159.

［6］劉志輝，肖海威，梁子震.淺析城市信息化地形圖的入庫(kù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查［J］.城市勘探，2012(5)：53-56.

［7］施一軍.數(shù)字地形圖向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理方法的探討［J］.江蘇測(cè)繪，2000，23(4)：44-46.

［8］謝祖明.基于CAD數(shù)據(jù)生產(chǎn)ArcGIS制圖數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2012，35(8)：121-123，126.

［9］王蔚，陳明銳.AutoCAD數(shù)據(jù)向GIS空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制的研究［J］.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，30(11)：48-52.

［10］邵華，王建力，楊圓鑒.基于 ArcInfo的CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換初探［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9(10)：2778-2780，2785.

［11］周勇前.GIS與CAD數(shù)據(jù)交換［J］.武測(cè)科技，1996(3)：16-18.