基于DWGDirect的CAD到GIS數據轉換研究

于艷超，許捍衛(wèi)，杜嬋娟

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098；

2.河南省地質礦產勘查開發(fā)局 第四地質礦產調查院，河南 商丘 476000）

基于DWGDirect的CAD到GIS數據轉換研究

于艷超1，許捍衛(wèi)1，杜嬋娟2

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098；

2.河南省地質礦產勘查開發(fā)局 第四地質礦產調查院，河南 商丘 476000）

針對CAD數據到GIS數據的轉換中大量存在的信息缺失、效率低下、更新困難等諸多問題，提出基于DWGDirect類庫，結合ArcEngine實現CAD數據到GIS數據的轉換，很大程度上解決了上述各種問題，確保了數據轉換的科學性和高效性。

DWGDirect；OpenDWG；CAD；GIS；AE；數據轉換

數據的采集和獲取是GIS建設的基礎工作。為了計算機輔助繪圖的方便，我國測繪部門常使用諸如CAD 之類的繪圖軟件制作DLG[1,2]，使得數據的維護、更新變得極其不便。張葉等論述了城市基礎CAD到GIS數據轉換的一些問題，并介紹了基于Geoway進行數據轉換的方法，但存在編碼不規(guī)范、構面工作量大等問題[3]；任東風等通過AO+VB設計了數據轉換程序，實現AutoCAD 環(huán)境下的大比例尺地形圖數據向GIS 數據格式的轉換[4]；李金朋等通過插件式GIS實現CAD數據到GIS數據的轉換[5]。基于上述研究，本文采用DWGDirect 類庫，成功地解決了2種數據模型之間的無損轉換。

1 CAD與GIS數據模型的區(qū)別

傳統(tǒng)的CAD模型設計的目的是方便制圖，它往往只注重圖面效果，而忽略要素屬性信息，且只以文件形式存儲。而GIS數據模型設計的目的主要是為了數據分析和挖掘等，能同時兼顧圖形和屬性信息的表達，它不僅支持文件存儲，而且可以依賴關系數據庫模型而存儲。CAD處理的多為規(guī)則圖形，而GIS多為非規(guī)則圖形。CAD圖形功能強而屬性處理能力弱，而GIS圖形與屬性操作比較頻繁，且專業(yè)化特征比較強，CAD則不具備地理意義上的查詢和分析能力[6]。

1.1 CAD數據模型

以DWG為后綴的圖形文件是由CAD生成的一種二進制文件，包括Header、Entities、Tables、Blocks和Contingency Header，分別是頭部、實體部、表部、塊實體部以及應急頭部。Entities中存儲的是該DWG中的全部Entity，Entity頭部長度是一定的，而且對每一個Entity都是相同的；而Entity尾部，CAD公司為了節(jié)省資源，采用了極為緊湊的格式，它描述了Entity的主要集合參數。

CAD圖形是一些對象的集合，這些對象存儲在數據庫（AcDbDatabase）中，實體、符號表和數據詞典是數據庫中最基本的對象。AcDbDatabase中的所有圖形元素均被稱為實體（Entity），每一種實體都被系統(tǒng)賦予唯一的類型名稱，通過訪問CAD實體，我們可以把外部信息附加到文件中，這是簡化復雜制圖工作的一種最有效的途徑。AcDbDatabase中所有實體的關系如圖1所示。

圖1 AcDbDatabase中實體的關系

1.2 Geodatabase模型

Geodatabase是一種對象-關系數據模型，通過面向對象的數據建模方法能夠更自然地描述要素，自行定義對象類型，定義拓撲、空間和一般關系，以及掌握這些對象如何與其他對象發(fā)生交互作用。優(yōu)點：空間數據統(tǒng)一存儲、空間數據錄入和編輯更加精確、用戶操作更直觀、要素擁有更豐富的背景信息、可以制作更優(yōu)質的地圖、動態(tài)顯示地圖上的要素、定義了更好的要素外形、要素集是連續(xù)的、多用戶同時編輯地理數據等。

Geodatabase數據模型包含3種空間數據表達方式：用矢量數據表達離散的空間要素；用柵格數據表達影像、格網化專題數據、曲面；用不規(guī)則三角網（TIN）表達曲面。Geodatabase按照一定的模型和規(guī)則組合空間要素數據集（Feature Dataset），它按層次型的數據對象（Object）來組織空間數據，這些數據對象包括：對象類、要素類、要素數據集和關系類等。Geodatabase層次結構如圖2所示。

圖2 Geodatabase層次結構

1.3 CAD與GIS數據圖形對照

CAD與GIS數據之間的區(qū)別主要體現在對圖元表達的不同[7]，CAD圖元主要分為塊、文本、線、圓弧等；而GIS則分為點、線、面和文本等。以點狀地物為例，CAD會用各種符號和注記來表示地理實物，注重地物的視覺表達，并且符號的制作也具有靈活性，但是不注重對拓撲關系的反映；而GIS數據在表示點狀地物時必須進行符號化（表1）。

表1 CAD圖形與GIS圖形對照表

2 DWGDirect技術

2.1 DWGDirect簡介

DWGDirect類庫是一套完全面向對象的類庫。該類庫支持CAD的眾多版本，能夠直接讀取DWG文件以獲取數據信息，并且具有較高的效率和安全性。DWGDirect類庫包括：

1）OdRx類：在運行時對類進行注冊和識別；

2）OdDb類：表示AcDbDatabase中的所有Entities數據；

3）OdGi類：用來實現對數據對象進行渲染；

4）OdGe類：一種通用幾何類（像點、線、面）；

5）OdBr類：該類主要用于B-Rep；

6）OdGs類：是一種圖形系統(tǒng)類，用來為用戶提供矢量化。

在DWGDirect類庫中，一個DWG文件在內存中實際上就是一個OdDbDatabase類的實例。每個實例代表一個數據庫，它是一些實體對象的集合，包括9個符號表和1個對象字典： UCS、Text Style、Layer、Line Type、View Port、RegApp、Block等和Object字典。其中每個表和字典中均包含很多記錄，像Block Table中包含多條Block Table Record 記錄，點、線、圓等Entities數據都包含在Block Table Record 中。根據此OdDbDatabase數據庫結構，利用對應的類庫函數，就可方便地訪問到CAD文件中的Entities數據等信息[8]。

2.2 Windows平臺配置

在Windows OS下DWGDirect類庫提供單線程的靜態(tài)鏈接庫（DD-vc6ML）、多線程的靜態(tài)鏈接庫（DD-vc6MT）、靜態(tài)多線程的DLL庫（DD-vc6MD）和動態(tài)鏈接庫（DD-vc6）等。在Windows OS下所需要的頭文件都包含在DD_NonLibs.zip中，使用時選擇正確的類庫頭文件和靜態(tài)動態(tài)鏈接庫，并在項目中添加引用即可。

3 基于DWGDirect的CAD到GIS數據轉換

對于經過數據預處理的本地CAD數據，通過數據轉換、數據分層、數據后處理等操作，完成CAD數據的轉換入庫（圖3）。

圖3 CAD數據轉換入庫流程圖

3.1 數據預處理

1）數據預處理。在進行轉換前，首先應對其進行簡單預處理，以減少轉換過程中不必要的錯誤，預處理在AutoCAD中進行即可：確定所有圖層是否處于打開狀態(tài)，是否未凍結，是否未鎖定；清除廢塊，刪除重復要素，檢查是否存在未封閉的多邊形等。

2）配置表設計。為了滿足不同用戶的需求和項目應用的變化，設計使用Microsoft Access數據庫作為系統(tǒng)配置表。對轉換過程中涉及到的基本屬性、擴展屬性、數據庫圖層、字段、分層對照關系以及轉化進程和錯誤信息的日志等進行配置。

3.2 數據轉換

數據轉換主要是把CAD中的實體數據，按照表 1對應的幾何類型分為點、線、面、注記4層，并保存其屬性信息，最后存儲到臨時Geodatabase中，設為GB1。

1）創(chuàng)建臨時數據庫：CAD通常采用幾何坐標系，而GIS則采用地理坐標系，因此在創(chuàng)建數據庫時，可以讀入GIS自帶的或自定義的坐標系文件。創(chuàng)建點線面注記層時，可以在配置表中設定其需創(chuàng)建的字段。

2）屬性信息獲取：屬性信息包括基本屬性和擴展屬性。分別封裝2個類：MyData和MyXData。在事務處理中，通過類的實例，將屬性信息賦給要素?；緦傩?，例如Name、Line Type、Code、Layer Name等按照需要選擇保留；對于擴展屬性，利用各實體句柄與圖形建立關聯，也讀取出來，實現圖形數據與屬性信息的對應關系，為第三步的數據分層作好掛接。

3）數據轉換：按照圖1所示CAD數據模型，基于DWGDirect類庫，創(chuàng)建實例和事務處理過程，遍歷Block Table Record，獲取其實體數據，按照表1所示對照關系，進行CAD數據到GIS數據的轉換，最終將數據保存到點、線、面、注記4個層中。

3.3 數據分層

CAD數據依據層名Layer Name來區(qū)分各個層，數據轉換結束后Layer Name作為基本屬性存儲在GB1中，可以據此來作為分層的依據。

1）配置分層表：建立CAD圖層名到GIS要素（點線面注記）之間的分層對照表，該表至少包括CAD圖層名，GIS點、線、面、注記層名5個字段。

2）創(chuàng)建分層數據庫：通過對客戶需求進行詳細分析，設計標準配置表：入庫圖層（圖層名和幾何類型）、圖層字段對應關系（圖層名和字段名）、字段列表。通過這些對照關系，建立分層數據庫，進行分層。

3）數據分層：讀取GB1，對其要素進行遍歷，按照分層表進行分層。另外，由于實際情況往往比較復雜，可能需要根據一些屬性編碼和塊名來進行分層。例如，如果CAD數據中提供諸如CASS碼之類的信息時，我們可以在配置表中建立CASS和國標碼之間的對照關系，并依此進行分層。

3.4 數據后處理

在數據入庫之前，需要對數據進行檢查，杜絕可能對建庫造成影響的因素（例如接邊，拓撲錯誤等）。根據檢查結果作相應處理：對于道路、房屋線等重要要素進行接邊處理，確保要素的完備性；對房屋線等進行構面，找到共用邊線的地方，對這些要素進行拓撲分析并參考構面點進行拓撲構面；對面狀要素，進行面狀修復。

4 項目應用

安徽省某市測繪院通過上述技術，將DWG數據文件的地形圖文件轉換入庫，從而建立GIS地形數據庫，為城市規(guī)劃、管理和建設提供GIS數據支持與服務。該方法不僅能夠繼續(xù)沿用原有的生產習慣和作業(yè)方式，而且有效地避免了培訓學習和重復作業(yè)造成的巨額成本。同時，可以解決其他部門和業(yè)務環(huán)節(jié)對空間數據的需求，可以最大限度地利用GIS在空間數據管理和共享中的能力。

[1] 王波,張亮,孫霞.CAD向GIS數據的轉換入庫[J].地理空間信息,2011,9(3):24-26

[2] 李淑清.地形圖與Geodatabase轉換的探討[J].地理空間信息,2010,8(2):26-28

[3] 張葉,孫毅中,陳年松.CAD城市基礎數據到GIS轉換的有關問題探討[J].測繪與空間地理信息,2007,30(1):94-97

[4] 任東風,徐立軍,才藝.CAD到ArcGIS數據轉換問題[J].遼寧工程技術大學學報:自然科學版,2010(增刊):25-27

[5] 李金朋,劉化冰,李新雙.基于插件式GIS實現CAD數據到GIS數據的轉換[J].測繪,2011,34(4):168-170

[6] 周小成,焦道振.基于Geodatabase的CAD數據到GIS的解決方案[J].四川測繪,2005,28(2):74-77

[7] 孔毅,張志強,趙崇亮.基于ArcGIS的CAD數據入庫研究[J].測繪通報,2010(5):54-56

[8] 晏韻,許超.基于DWGDirect訪問AutoCADDWG圖形文件[J].工程圖學學報,2010(6):178-181

P208

B

1672-4623（2015）01-0084-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.028

于艷超，碩士，主要從事GIS開發(fā)與應用工作。

2014-01-03。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41101374、41101308）。