基于FME 軟件CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換GIS數(shù)據(jù)的優(yōu)化路徑

● 何春秀,何永寧

（1.廣西地圖院，廣西 南寧 530023；2.廣西自然資源信息中心，廣西 南寧 530023）

CAD 數(shù)據(jù)主要由AutoCAD 軟件產(chǎn)生，格式主要為*.dwg、*.dxf 等，CAD 數(shù)據(jù)作為各類工程設(shè)計(jì)、外業(yè)測(cè)繪等最常用的數(shù)據(jù)類型，側(cè)重于幾何圖形的表達(dá)和可視化展示，有制圖效率高、圖形效果美觀等優(yōu)點(diǎn)，但是其數(shù)據(jù)文件DWG（或DXF）對(duì)幾何圖形的組織方式較為松散，不具備空間拓?fù)潢P(guān)系[1]，不能直接導(dǎo)入ArcMap 中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。因此，將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成GIS 數(shù)據(jù)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法主要是利用GIS 平臺(tái)自帶的轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換，例如ArcMap、SuperMap 等。單純利用GIS 平臺(tái)自帶的轉(zhuǎn)換工具并不能根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要將CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GIS 數(shù)據(jù)，這是因?yàn)镚IS 平臺(tái)自帶的轉(zhuǎn)換工具只能CAD 數(shù)據(jù)中的轉(zhuǎn)換點(diǎn)、線、面圖形數(shù)據(jù)，而且轉(zhuǎn)換后會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)、線、面位置錯(cuò)亂、圖形交叉重疊的情況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換的結(jié)果無法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目。研究小組發(fā)現(xiàn)FME 軟件能夠更好、更快地將CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GIS 數(shù)據(jù)，能提高生產(chǎn)、工作效率。

1 CAD 數(shù)據(jù)和GIS 數(shù)據(jù)對(duì)比

在地理信息系統(tǒng)建設(shè)過程中，人們經(jīng)常會(huì)使用到矢量數(shù)據(jù)。以Esri 制定標(biāo)準(zhǔn)的ShapeFile文件在實(shí)際過程中慢慢演變成了通用化的矢量數(shù)據(jù)格式，GIS 數(shù)據(jù)有很多種格式，文章主要是以ShapeFile 格式數(shù)據(jù)作為說明。

CAD 數(shù)據(jù)和GIS 數(shù)據(jù)在測(cè)繪地理信息行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，CAD 數(shù)據(jù)主要是描述了地理實(shí)體的相對(duì)位置和幾何形狀，并且不支持拓?fù)浞治觯籊IS 數(shù)據(jù)記錄了地理實(shí)體的空間作為圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，它與CAD 數(shù)據(jù)最大的區(qū)別就是可支持拓?fù)浞治觥?/p>

此外，CAD 數(shù)據(jù)和GIS 數(shù)據(jù)在地圖上的表現(xiàn)形式也有著較大的區(qū)別，主要體現(xiàn)在坐標(biāo)系統(tǒng)、圖形組織方式、功能應(yīng)用等（見表1）。

表1 CAD 數(shù)據(jù)和GIS 數(shù)據(jù)差異對(duì)比表

2 轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要涉及到圖形轉(zhuǎn)換和屬性轉(zhuǎn)換，按照一定的規(guī)則將CAD 數(shù)據(jù)內(nèi)的圖形坐標(biāo)系統(tǒng)、圖形關(guān)系、拓展屬性轉(zhuǎn)換到GIS 數(shù)據(jù)中。研究小組分別使用了FME 軟件、ArcMap 軟件自帶的轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將2 種轉(zhuǎn)換的方法和結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.1 ArcMap 轉(zhuǎn)換方法

轉(zhuǎn)換方法如下：打開ArcMap，在【ArcTool-Box】中找到【轉(zhuǎn)換工具】，在該工具選擇【轉(zhuǎn)出至地理數(shù)據(jù)庫(kù)】，然后選擇【CAD 至地理數(shù)據(jù)庫(kù)】，選擇輸入的CAD 數(shù)據(jù)，選擇存儲(chǔ)的地理數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)即可完成轉(zhuǎn)換。

研究小組將轉(zhuǎn)換后的Shapefile 數(shù)據(jù)放置到ArcMap 軟件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雖然ArcMap 軟件自帶的轉(zhuǎn)換工具能夠?qū)AD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為GIS 數(shù)據(jù)，但是導(dǎo)致了原有的CAD 數(shù)據(jù)的屬性信息、空間位置信息丟失，點(diǎn)、線、面各圖層之間相互交錯(cuò)，數(shù)據(jù)的拓?fù)湫畔⒊霈F(xiàn)錯(cuò)誤，無法在地圖制圖生產(chǎn)項(xiàng)目中直接使用。

2.2 FME 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)

FME 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)在于“讀模塊”、“寫模塊”以及多種轉(zhuǎn)換器的配置。在配置“讀模塊”時(shí)選取需要轉(zhuǎn)換的CAD 數(shù)據(jù)文件，在配置“寫模塊”時(shí)，設(shè)置所需的數(shù)據(jù)格式。FME 軟件可以根據(jù)項(xiàng)目要求轉(zhuǎn)換多種數(shù)據(jù)格式。由于轉(zhuǎn)換器涉及到轉(zhuǎn)換圖層的屬性關(guān)聯(lián)、圖層與圖層之間的關(guān)聯(lián)等，因此轉(zhuǎn)換器的配置很大程度上決定了轉(zhuǎn)換結(jié)果。FME 軟件中的各種轉(zhuǎn)換器能夠最大程度地優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)果。

研究小組根據(jù)實(shí)際的地圖制圖項(xiàng)目需要，獲取并分析了CAD 數(shù)據(jù)內(nèi)容，指定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的技術(shù)路線（見圖1）。

圖1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的技術(shù)路線圖

2.2.1 “讀模塊”配置

在創(chuàng)建生成一個(gè)新的工作空間時(shí)，需要配置“讀模塊”，該模塊是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的第一步。FME 支持?jǐn)?shù)十種不同格式的數(shù)據(jù)，研究小組選擇的是AutoCAD 格式。

2.2.2 “寫模塊”配置

“寫模塊”是最終要轉(zhuǎn)換的格式，Shapefile格式是GIS 數(shù)據(jù)其中的一種格式，因此研究小組在“寫模塊”配置了esrishapefile 格式。

2.2.3 轉(zhuǎn)換器配置

FME 轉(zhuǎn)換器也叫變換器，是用來重構(gòu)要素的FME Workbench 對(duì)象，F(xiàn)ME 軟件包含有300 多種不同的轉(zhuǎn)換器[2]，轉(zhuǎn)換器是介于“讀模塊”和“寫模塊”中間的“橋梁”，可以根據(jù)不同需要設(shè)置轉(zhuǎn)換器。研究小組本次主要使用到 了GeometryFilter 和StringCaseChanger 這2種轉(zhuǎn)換器。

配置GeometryFilter 轉(zhuǎn)換器是為了將CAD圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到Shapefile 中，通過豐富的可視化線條，將CAD 的拓展屬性和目標(biāo)Shapefile 的屬性連接起來。完成“讀模塊”、轉(zhuǎn)換器和“寫模塊”的配置后再設(shè)置不同的屬性項(xiàng)以及坐標(biāo)系等，提取需要轉(zhuǎn)換的屬性，最后設(shè)置相應(yīng)的屬性類型（見表2）。

表2 屬性字段映射表

映射的字段中有時(shí)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)大寫的英文字母以及小寫的英文字母。研究小組在處理相關(guān)屬性字段映射時(shí)，為了能夠獲得更好的轉(zhuǎn)換結(jié)果，避免轉(zhuǎn)換后的二次重復(fù)修改，使用了StringCaseChanger 轉(zhuǎn)換器對(duì)原有的CAD 數(shù)據(jù)中的拓展屬性進(jìn)行配置，以滿足實(shí)際項(xiàng)目生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的需求。

在所有的參數(shù)都配置完成后，點(diǎn)擊“工具條”中的“運(yùn)行轉(zhuǎn)換”，即可轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，最后在FME 軟件底部的“狀態(tài)欄”面板上顯示詳細(xì)的轉(zhuǎn)換日志輸出。

2.2.4 數(shù)據(jù)審查

數(shù)據(jù)審查也屬于轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵步驟，在使用FME 軟件對(duì)CAD 數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，需要對(duì)轉(zhuǎn)換后的GIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行審查。數(shù)據(jù)審查可進(jìn)一步分析和檢查GIS 數(shù)據(jù)屬性、圖層、圖形拓?fù)潢P(guān)系的正確性和完整性。數(shù)據(jù)審查的方法主要有拓?fù)浞治鰴z查、屬性對(duì)照檢查等。

拓?fù)浞治鰴z查方法是利用ArcMap 自帶的拓?fù)錂z查工具，對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果中的GIS 數(shù)據(jù)重新建立拓?fù)浞治?，并根?jù)項(xiàng)目需要添加對(duì)應(yīng)的拓?fù)湟?guī)則，例如“不能重疊”、“不能有偽節(jié)點(diǎn)”、“不能有懸掛點(diǎn)”等。之后，即可對(duì)GIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)錂z查，最后根據(jù)檢查的結(jié)果進(jìn)一步修改GIS 數(shù)據(jù)。

屬性對(duì)照檢查即操作者需要對(duì)比轉(zhuǎn)換后的GIS 數(shù)據(jù)中的屬性與CAD 數(shù)據(jù)的拓展屬性，并根據(jù)原CAD 數(shù)據(jù)的拓展屬性重新修改、添加GIS 數(shù)據(jù)遺漏的屬性信息。如果轉(zhuǎn)換后的GIS數(shù)據(jù)屬性不完整，則需要再次設(shè)置FME 軟件中的轉(zhuǎn)換器，重新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

3 轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)比分析

研究小組對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ArcMap 軟件在轉(zhuǎn)換結(jié)果的圖面效果、空間拓?fù)潢P(guān)系上都表現(xiàn)不足，存在明顯的錯(cuò)誤，例如數(shù)據(jù)重疊、類型錯(cuò)誤等，并且無法支持字段屬性的轉(zhuǎn)換。FME 軟件能夠有效地處理數(shù)據(jù)類型、屬性格式，轉(zhuǎn)換正確的拓?fù)潢P(guān)系，轉(zhuǎn)換結(jié)果優(yōu)于ArcMap。

3.1 基本圖形轉(zhuǎn)換對(duì)比

ArcMap 軟件和FME 軟件都能將CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS 數(shù)據(jù)，但是由于工具的轉(zhuǎn)換原理不同，導(dǎo)致最后的結(jié)果也相差較大。常見的ArcMap 轉(zhuǎn)換工具可配置的屬性較少，主要按照軟件默認(rèn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)來轉(zhuǎn)換，無法準(zhǔn)確、高效地轉(zhuǎn)換CAD 數(shù)據(jù)的注記層、點(diǎn)圖層、線圖層、面圖層等，也不能將屬性信息映射到GIS空間屬性中，致使圖形轉(zhuǎn)換結(jié)果無法應(yīng)用于實(shí)際的地圖制圖生產(chǎn)項(xiàng)目。

研究小組發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ME 軟件能夠配置CAD數(shù)據(jù)原有的每一層數(shù)據(jù)屬性，利用自帶的轉(zhuǎn)換器（例如StringCaseChanger、GeometryFilter 等）將CAD 數(shù)據(jù)原有的拓展屬性重新賦值到新的GIS 數(shù)據(jù)屬性上，設(shè)置不同的圖層轉(zhuǎn)換結(jié)果。利用FME 軟件轉(zhuǎn)換得到的圖形效果明顯優(yōu)于利用ArcMap 轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)換得到的圖形效果（見圖2）。

圖2 2種轉(zhuǎn)換工具的轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)比圖

3.2 屬性轉(zhuǎn)換對(duì)比

屬性轉(zhuǎn)換是FME 的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，通過設(shè)置連接器，能夠?qū)⒃举x值在CAD 數(shù)據(jù)拓展屬性中的值映射到GIS 數(shù)據(jù)屬性中，并且能夠在要素類型設(shè)置框中根據(jù)使用者的需求添加字段內(nèi)容，并將新添加的字段和拓展屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。FME 軟件能夠較完整地復(fù)制圖形結(jié)果的拓展屬性信息，而ArcMap 的轉(zhuǎn)換工具無法對(duì)拓展屬性進(jìn)行轉(zhuǎn)換（見圖3）。

圖3 2種轉(zhuǎn)換結(jié)果的屬性對(duì)比圖

3.3 拓?fù)潢P(guān)系對(duì)比

拓?fù)潢P(guān)系是指滿足拓?fù)鋷缀螌W(xué)原理的各空間數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，即用結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形所表示的實(shí)體之間的鄰接、關(guān)聯(lián)、包含和連通關(guān)系。例如，點(diǎn)與點(diǎn)的鄰接關(guān)系、點(diǎn)與面的包含關(guān)系、線與面的相離關(guān)系、面與面的重合關(guān)系等。

研究小組對(duì)2 種數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行拓?fù)錂z查發(fā)現(xiàn)，ArcMap 轉(zhuǎn)換的結(jié)果拓?fù)溴e(cuò)誤較多，沒有形成拓?fù)潢P(guān)系，并且出現(xiàn)數(shù)據(jù)重疊的現(xiàn)象，而FME 軟件能夠根據(jù)實(shí)際需要轉(zhuǎn)換CAD 數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果也較為完整，轉(zhuǎn)換的結(jié)果均通過了重點(diǎn)、重合線、重面等多種拓?fù)潢P(guān)系檢查。

4 結(jié)語

研究小組基于FME 軟件將CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shapefile 格式的數(shù)據(jù)，并通過配置“讀模塊”、“寫模塊”以及轉(zhuǎn)換器，將CAD 數(shù)據(jù)中的圖形以及拓展屬性信息轉(zhuǎn)換到Shapefile 格式的數(shù)據(jù)中。轉(zhuǎn)換后的圖形外形完整，拓?fù)潢P(guān)系錯(cuò)誤少，并能夠支持CAD 數(shù)據(jù)的拓展屬性和GIS 數(shù)據(jù)屬性的映射關(guān)聯(lián)。此方法能完整地保留CAD 數(shù)據(jù)原有的屬性信息，為今后制圖生產(chǎn)項(xiàng)目前期數(shù)據(jù)的整理分析工作提供了解決方案。