SHAPE與DWG數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法及在地理國(guó)情普查中的應(yīng)用

肖　鋒，呂寶奇，賀曉陽(yáng)，盧小平

(1. 礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作 454003；

2. 河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003)

Method of SHAPE and DWG Data Format Conversion and Application

in the National Geographic Conditions Census

XIAO Feng，LV Baoqi，HE Xiaoyang，LU Xiaoping

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SHAPE與DWG數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法及在地理國(guó)情普查中的應(yīng)用

肖鋒1,2，呂寶奇1,2，賀曉陽(yáng)1,2，盧小平1

(1. 礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作 454003；

2. 河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003)

Method of SHAPE and DWG Data Format Conversion and Application

in the National Geographic Conditions Census

XIAO Feng，LV Baoqi，HE Xiaoyang，LU Xiaoping

摘要：生產(chǎn)實(shí)際中經(jīng)常需要在SHAPE數(shù)據(jù)與DWG數(shù)據(jù)之間進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，尤其是圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的同步轉(zhuǎn)換，但AutoCAD和ArcGIS均未提供這兩種數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換工具，而且目前尚沒(méi)有成熟的軟件或工具能夠進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換。本文基于VC++2005平臺(tái)和ObjectARX SDK開(kāi)發(fā)環(huán)境，在AutoCAD 2008平臺(tái)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，完成了在AutoCAD平臺(tái)下直接讀取SHAPE數(shù)據(jù)的圖形和屬性，處理并保存為DWG格式，實(shí)現(xiàn)了圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)損轉(zhuǎn)換，并在河南省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作中進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：SHAPE；DWG；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；地理國(guó)情普查

一、引言

在第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作中，經(jīng)常需要將SHAPE數(shù)據(jù)與DWG數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，而且圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都需要轉(zhuǎn)換，但常用的ArcGIS和AutoCAD兩大平臺(tái)都不提供這兩種數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工具。目前國(guó)內(nèi)外常用的SHAPE與DWG格式的轉(zhuǎn)換方法有利用ArcGIS中ArcToolbox的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以及利用AutoCAD Map的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這兩種方法雖然能夠進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，而且會(huì)導(dǎo)致屬性數(shù)據(jù)的丟失。因此，探尋一種能同時(shí)轉(zhuǎn)換圖形和屬性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)SHAPE與DWG數(shù)據(jù)的自動(dòng)批量轉(zhuǎn)換，是構(gòu)建地理國(guó)情普查本底庫(kù)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。本文在實(shí)現(xiàn)DWG數(shù)據(jù)到SHAPE數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比分析DWG和SHAPE這兩種文件格式，在AutoCAD平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將SHAPE數(shù)據(jù)直接讀取到AutoCAD，然后再保存為DWG格式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，同時(shí)滿足圖形和屬性要求；通過(guò)在地理國(guó)情普查工作中的規(guī)?；瘧?yīng)用，表明了該方法的有效性。

二、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換技術(shù)方法

1. SHAPE格式

SHAPE作為ArcGIS軟件的專有文件格式，是GIS行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)格式，它是描述空間數(shù)據(jù)幾何形狀和屬性特征的非拓?fù)鋵?shí)體矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種數(shù)據(jù)格式。一個(gè)Shapefile文件包括坐標(biāo)文件(*.shp)、索引文件(*.shx)和屬性文件(*.dbf) 3個(gè)基本文件。坐標(biāo)文件是直接存取變長(zhǎng)記錄的文件，其中每條記錄描述一個(gè)實(shí)體的幾何形狀，稱為SHAPE。索引文件中，每條記錄包含坐標(biāo)文件相對(duì)于文件頭的偏移量。屬性文件包含各個(gè)實(shí)體的屬性特征數(shù)據(jù)。圖形和屬性間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系通過(guò)不重復(fù)的記錄號(hào)進(jìn)行控制，屬性文件中的屬性記錄和坐標(biāo)文件中的圖形數(shù)據(jù)記錄的順序相同。

2. DWG格式

DWG是AutoCAD保存圖形文件的一種原有格式，是制圖行業(yè)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該格式為二進(jìn)制，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且作為商業(yè)秘密不對(duì)外公開(kāi)，通常情況下只有在AutoCAD平臺(tái)上才可以對(duì)DWG數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。雖然DWG數(shù)據(jù)可以通過(guò)DXF格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，但操作過(guò)程煩瑣。因此，在AutoCAD平臺(tái)下進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，是對(duì)DWG數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作的有效方法。

3. SHAPE與DWG格式轉(zhuǎn)換方法

(1) 轉(zhuǎn)換方法

由于SHAPE和DWG格式均為二進(jìn)制，SHAPE格式為開(kāi)源，而DWG格式是保密的。因此，本文將SHAPE數(shù)據(jù)批量自動(dòng)轉(zhuǎn)換成DWG數(shù)據(jù)的思路為：首先利用程序讀取SHAPE數(shù)據(jù)，在AutoCAD平臺(tái)上利用ObjectARX和VC++開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并對(duì)DWG數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理；然后讀取SHAPE數(shù)據(jù)，對(duì)圖形和屬性分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，圖形根據(jù)幾何類型按點(diǎn)、線、面轉(zhuǎn)換并寫(xiě)入AutoCAD內(nèi)存，屬性轉(zhuǎn)換為AutoCAD 4種常用的屬性存儲(chǔ)方式之一；最后保存為DWG格式，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。SHAPE與DWG數(shù)據(jù)批量自動(dòng)轉(zhuǎn)換的技術(shù)流程如圖1所示。

圖1　SHAPE數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DWG數(shù)據(jù)流程

(2) 圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

SHAPE文件只能表示單一的幾何類型，如點(diǎn)、線、面等，對(duì)于不同幾何類型需要分別建立相應(yīng)的SHAPE文件。將SHAPE文件轉(zhuǎn)換成DWG文件，必須首先判斷SHAPE文件的幾何類型，按照點(diǎn)、線、面等類型分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本文基于ObjectARX SDK和VC++2005開(kāi)發(fā)環(huán)境并結(jié)合AutoCAD特性，針對(duì)點(diǎn)、線、面等不同幾何類型，采用不同的數(shù)學(xué)方法和算法分別編程進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。各種幾何類型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法及具體的技術(shù)流程如圖2所示。

圖2　圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

1) 點(diǎn)類型。該類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)單，首先提取出定位點(diǎn)坐標(biāo)，然后按坐標(biāo)生成AutoCAD的圖形實(shí)體，可以根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)換為點(diǎn)實(shí)體、塊實(shí)體和文字實(shí)體。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，一般是將SHAPE中的點(diǎn)轉(zhuǎn)換為塊或文字，這是因?yàn)辄c(diǎn)在AutoCAD中無(wú)法表示實(shí)體地物，通常是用塊表示地形圖中的獨(dú)立地物。此外，SHAPE文件不能記錄注記，只能用SHAPE點(diǎn)文件將注記存入屬性，此時(shí)需要將點(diǎn)轉(zhuǎn)換為文字。

2) 線類型。線類型的轉(zhuǎn)換主要是提取線上各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后在AutoCAD中生成多段線。多段線的節(jié)點(diǎn)順序必須與原節(jié)點(diǎn)順序一致。

3) 面類型。面類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜，由于AutoCAD沒(méi)有面的概念，因此SHAPE面類型的轉(zhuǎn)換只能用相應(yīng)的實(shí)體代替。根據(jù)AutoCAD平臺(tái)特點(diǎn)，實(shí)際作業(yè)時(shí)可選擇生成閉合多段線、填充或面域等方法。最常用的方法是首先生成閉合多段線，然后判斷SHAPE對(duì)象是單面或多面。如果是單面，獲取面的邊界節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，生成閉合的多段線；對(duì)于多面情況，則采用循環(huán)方法獲取所有面的邊界點(diǎn)坐標(biāo)，然后生成閉合多段線；當(dāng)SHAPE面有環(huán)或島的特殊情況時(shí)，需要用遞歸算法提取坐標(biāo)并生成多段線。生成面域或填充的方法與多段線方法類同，只需在多段線的基礎(chǔ)上生成面域或填充即可。

(3) 屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖形轉(zhuǎn)換的同時(shí)需要轉(zhuǎn)換相應(yīng)的屬性，SHAPE數(shù)據(jù)的屬性存放于屬性文件(*.dbf)，SHAPE文件同一層的屬性結(jié)構(gòu)相同。DWG數(shù)據(jù)的屬性是基于實(shí)體的，屬性與圖層沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)關(guān)系，存放方式有擴(kuò)展數(shù)據(jù)(XData)、擴(kuò)展記錄(XRecord)、對(duì)象數(shù)據(jù)(OData)、對(duì)象特性(OProperty)4種，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換方法如下：

1) 擴(kuò)展數(shù)據(jù)(XData)方式。AutoCAD的擴(kuò)展數(shù)據(jù)可以附在任何實(shí)體上，所有的擴(kuò)展數(shù)據(jù)都需要用唯一的應(yīng)用程序名(regappName)進(jìn)行識(shí)別。轉(zhuǎn)換時(shí)首先讀取屬性文件，結(jié)合索引文件(*.shx)找到對(duì)應(yīng)圖形實(shí)體，并采用ObjectARX為對(duì)應(yīng)的實(shí)體寫(xiě)上擴(kuò)展數(shù)據(jù)，添加擴(kuò)展數(shù)據(jù)使用setXData函數(shù)。擴(kuò)展數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序名與SHAPE屬性字段名對(duì)應(yīng)，擴(kuò)展數(shù)據(jù)的類型和內(nèi)容直接讀取SHAPE屬性的數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容。

2) 擴(kuò)展記錄(XRecord)方式。與擴(kuò)展數(shù)據(jù)類似，AutoCAD的實(shí)體可以關(guān)聯(lián)擴(kuò)展字典，擴(kuò)展記錄就是擴(kuò)展字典的類型之一。實(shí)體在默認(rèn)情況下不包含擴(kuò)展字典，如果要利用擴(kuò)展字典保存與實(shí)體關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，可以利用reateExtensionDictionary函數(shù)為實(shí)體建立擴(kuò)展字典，并使用setAt函數(shù)添加擴(kuò)展記錄(AcDbXrecord)。轉(zhuǎn)換屬性首先要讀取屬性文件，結(jié)合索引文件(*.shx)找到對(duì)應(yīng)圖形實(shí)體，然后添加擴(kuò)展記錄屬性。

3) 對(duì)象數(shù)據(jù)(OData)方式。對(duì)象數(shù)據(jù)是AutoCAD Map 3D存儲(chǔ)屬性的方式，與SHAPE屬性類似。在AutoCAD中，利用ObjectARX添加對(duì)象數(shù)據(jù)的方法是首先使用CreateODTable函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象數(shù)據(jù)表，然后利用AcMapODTable::AddRecord加添對(duì)象數(shù)據(jù)。

4) 對(duì)象特性(OProperty)方式。對(duì)象特性是AutoCAD對(duì)象實(shí)體的基本特性，該方式只能存放幾種簡(jiǎn)單的屬性，如寬度、角度、高度、厚度等，屬性轉(zhuǎn)換只需利用setAttributes函數(shù)將讀取的SHAPE屬性寫(xiě)入到DWG對(duì)象實(shí)體。

(5) 程序?qū)崿F(xiàn)

本文采用C++語(yǔ)言，在AutoCAD2008平臺(tái)下采用ObjectARX SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成了數(shù)據(jù)格式批量自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序研發(fā)。

三、實(shí)際應(yīng)用效果

該方法在筆者所在單位承擔(dān)的河南省地理國(guó)情普查項(xiàng)目中得到了規(guī)?；瘧?yīng)用，共有30多個(gè)縣的數(shù)據(jù)采用了本方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)SHAPE和DWG的圖形和屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前、后的精度分析與評(píng)價(jià)表明，屬性數(shù)據(jù)達(dá)到了無(wú)損，而圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)誤，且?guī)缀握`差小于0.01 mm(在ArcGIS限差內(nèi))，對(duì)于地理國(guó)情普查工作屬于精度無(wú)損轉(zhuǎn)換，從而驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。同時(shí)，與其他轉(zhuǎn)換方法相比，本方法可直接在AutoCAD上運(yùn)行程序，無(wú)須第三方軟件，方便快捷，提高數(shù)據(jù)處理效率50%。表1為南陽(yáng)市轄各縣(市、區(qū))地理國(guó)情普查項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況。

表1　南陽(yáng)市轄各縣(市、區(qū))地理國(guó)情普查應(yīng)用情況

四、結(jié)束語(yǔ)

本文基于VC++2005平臺(tái)和ObjectARX SDK開(kāi)發(fā)環(huán)境，在AutoCAD 2008平臺(tái)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了SHAPE和DWG兩種文件格式同步轉(zhuǎn)換圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，本方法轉(zhuǎn)換效率高，操作便捷，完全滿足地理國(guó)情普查工作的精度要求，并顯著提高了生產(chǎn)效率。

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通信作者：呂寶奇

作者簡(jiǎn)介：肖鋒(1972—)，男，高級(jí)工程師，主要從事數(shù)字城市、GIS技術(shù)應(yīng)用等方面的研究。E-mail：8867110@qq.com

基金項(xiàng)目：河南省高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(14IRTSTHN026)；河南省創(chuàng)新型科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃

收稿日期：2015-07-15； 修回日期： 2015-10-10

中圖分類號(hào)：P282

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)12-0063-03