面向Web的CAD數(shù)據(jù)在線解析方法研究

摘要： CAD數(shù)據(jù)在自然資源和規(guī)劃領(lǐng)域的應用范圍較廣，在Web端的應用則受限于CAD數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換解析困難。針對在線解析CAD數(shù)據(jù)的難題，文章重點以CAD原生的DWG格式為例分析了3種解析思路，闡述各種解析方式的優(yōu)缺點，選取了具有可操作性的服務器端解析方式，研究了服務器端解析CAD數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，具體實現(xiàn)了CAD數(shù)據(jù)的在線解析。通過實驗驗證了FME Server在線解析CAD數(shù)據(jù)的效率更高，本研究為空間數(shù)據(jù)的動態(tài)解析和共享提供了參考經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：CAD數(shù)據(jù)；GP；解析；FME Server

中圖分類號：P208 "文獻標志碼：A

0 引言

WebGIS是一種通過Internet實現(xiàn)GIS交互操作和服務的最佳方式，可通過圖形化界面直觀地呈現(xiàn)地理信息和特定數(shù)據(jù)，可以在Web瀏覽器上執(zhí)行基本的地圖拖動、縮放、查詢、標注，無需在本地計算機上安裝GIS軟件，可廣泛應用于城市規(guī)劃、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域［1］。在自然資源和規(guī)劃管理中，可對城市的建筑、道路、公共設(shè)施等進行空間分析和規(guī)劃，也可以對資源的分布、利用情況等進行分析以便開展資源管理，實現(xiàn)資源的合理利用和保護。用戶在使用WebGIS開展工作的時候需要上傳一些范圍線與相應的GIS平臺進行空間信息檢索和分析等交互操作。CAD數(shù)據(jù)作為一種能存儲完整的圖形信息且便于傳輸和存儲的數(shù)據(jù)格式，是較為理想的幾何載體，在自然資源領(lǐng)域的地籍測繪、資源儲量評估與管理、城市規(guī)劃和土地利用，尤其在城市控制性詳細規(guī)劃圖等城市規(guī)劃設(shè)計中應用廣泛［2-5］。CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、多義線節(jié)點抽稀、面積調(diào)整滿足勘測定界、用地現(xiàn)狀調(diào)查，可輔助對資源分類、統(tǒng)計、管理與規(guī)劃。利用GIS+CAD技術(shù)創(chuàng)新自然資源應用，可以提高自然資源利用效率。但是，CAD原生的DWG是AutoCAD專有的文件格式，具有復雜的結(jié)構(gòu)和專有的壓縮算法，不對外開放標準，給解析和獲取幾何圖形帶來了困難。目前，已出現(xiàn)相關(guān)的桌面端軟件能夠讀取和轉(zhuǎn)換，而在線解析CAD尚未存在成熟的方法，需要尋求在線解析CAD數(shù)據(jù)的方式，以便在Web端從CAD數(shù)據(jù)中獲取范圍線，實現(xiàn)空間查詢和分析等應用。

1 CAD數(shù)據(jù)格式與解析思路

CAD文件格式主要分為DWG、DXF、STEP。這3種格式各有優(yōu)缺點。其中，DWG格式能存儲完整的圖形信息，可進行多種圖形格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力［6-7］，因而在城市規(guī)劃設(shè)計和自然資源部門有關(guān)的業(yè)務工作中通常以DWG作為數(shù)據(jù)存儲格式。本文著重研究DWG格式的CAD數(shù)據(jù)在Web端解析的思路和方法。

Web端解析顯示DWG通常需要使用專門的類庫或服務，可以考慮以下3種方法。

第一種方法是使用第三方服務，通過調(diào)用相應的API解析獲取DWG幾何圖形嵌入WebGIS應用程序中。通常，須要在第三方服務平臺注冊并訂閱服務，將DWG文件上傳至服務平臺，再等待服務處理后返回結(jié)果，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可在Web端顯示和交互的格式。這是一個涉及復雜步驟和API調(diào)用的過程，對于定制的個性化需求，第三方服務平臺應按需搭建相應的服務，用戶也須要重新訂閱服務。上傳的數(shù)據(jù)存儲在云端。因此，訂閱成本和數(shù)據(jù)安全性問題限制了該方法的推廣應用。

第二種方法是使用客戶端JavaScript庫來解析和顯示DWG文件中的信息內(nèi)容，但這種JavaScript庫相對較少，考慮到瀏覽器的兼容性和系統(tǒng)的跨平臺性，該方法缺乏足夠的技術(shù)支持。

第三種方法是通過搭建的私有服務器端轉(zhuǎn)換，可以在該服務器端使用相應的軟件將DWG文件轉(zhuǎn)換為適合Web端顯示的數(shù)據(jù)格式。這種方法確保了數(shù)據(jù)的安全，將DWG解析過程由服務器端的第三方類庫構(gòu)建的應用程序來完成，現(xiàn)已存在的類庫較多，既能實現(xiàn)DWG數(shù)據(jù)無損轉(zhuǎn)換和解析，又能按照自定義的需求快速定制開發(fā)相應的轉(zhuǎn)換服務程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效轉(zhuǎn)換，是一種比較理想和通用的解析方法。

2 服務器端解析CAD的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 CAD二次開發(fā)技術(shù)

CAD二次開發(fā)方式讀取CAD數(shù)據(jù)是將組件類庫嵌入開發(fā)的Web應用服務程序中，以Web Service的形式對外提供CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能應用，使Web瀏覽器可以遠程調(diào)用該服務并接收服務處理后返回的結(jié)果。該方法可滿足自定義的解析需求，但需要開發(fā)人員熟練掌握組件庫的類和接口，對二次開發(fā)的能力要求較高。

2.2 GP技術(shù)

地理處理（Geoprocessing，GP）技術(shù)表現(xiàn)為處理空間數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)的框架和工具集，可用于執(zhí)行空間分析或以自動化方式管理GIS數(shù)據(jù)。GP服務工具在數(shù)據(jù)集（例如：要素類、柵格或表）上執(zhí)行操作，創(chuàng)建結(jié)果輸出數(shù)據(jù)集。在ArcGIS中，GP技術(shù)還提供了一個框架，將大部分地理處理工具作為基本結(jié)構(gòu)單元，用于創(chuàng)建可復用的自動化處理任務。每一個處理工具都可通過模型構(gòu)建器ModelBuilder將彼此按照業(yè)務邏輯串聯(lián)起來，最終構(gòu)建完整的GP工作流。CAD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換解析可由ModelBuilder構(gòu)建讀取CAD數(shù)據(jù)的處理模型，將處理模型通過ArcGIS Server發(fā)布成解析CAD格式數(shù)據(jù)的GP服務。Web瀏覽器端調(diào)用該服務進行轉(zhuǎn)換、解析成幾何要素，最終繪制在瀏覽器上與地圖疊加顯示。

2.3 FME Server技術(shù)

空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)（Feature Manipulate Engine，F(xiàn)ME）具有完整的空間ETL解決方案，可實現(xiàn)如DGN、DXF、DWG、Shapefile、Oracle等GIS及CAD空間數(shù)據(jù)格式的相互轉(zhuǎn)換，F(xiàn)ME Server則將FME桌面端的ETL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換任務進行網(wǎng)絡化，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)發(fā)布和加載服務，滿足空間數(shù)據(jù)的共享需求［8-16］。利用FME Server，可以在線快速訪問所需的空間數(shù)據(jù)，包括GIS、CAD、影像數(shù)據(jù)、3D、數(shù)據(jù)庫或者Web格式在內(nèi)的數(shù)百種格式數(shù)據(jù)。FME Server將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的計算任務放在服務器上，由服務器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能通過Web服務共享出來，應用終端通過FME Server API向FME Server發(fā)送請求，F(xiàn)ME Server轉(zhuǎn)換管理器接收客戶端發(fā)送的任務請求，調(diào)用FME引擎執(zhí)行轉(zhuǎn)換工作任務，將結(jié)果返回至請求者。

FME Server解析CAD數(shù)據(jù)的最大特點是不需要使用者具備編碼能力，它將轉(zhuǎn)換解析的過程具象化為工作流程，只需要將轉(zhuǎn)換的邏輯帶進并嵌入工作流即可，相對于CAD二次開發(fā)的方式降低了CAD解析轉(zhuǎn)化的實現(xiàn)難度。

3 CAD數(shù)據(jù)在線解析實現(xiàn)

為了在較短的時間內(nèi)快速地搭建CAD數(shù)據(jù)在線解析的應用服務，基于上述分析，分別選取GP技術(shù)和FME Server技術(shù)予以實現(xiàn)。

3.1 GP解析實現(xiàn)

在ArcGIS桌面端軟件中，利用模型構(gòu)建器ModelBuilder，按照CAD轉(zhuǎn)換解析的過程創(chuàng)立解析任務流，如圖1所示。CAD數(shù)據(jù)被視作輸入的要素數(shù)據(jù)集，選用注記（Annotation）、多面體（MultiPatch）、點（Point）、線（Polyline）、面（Polygon）5種要素類型選擇器，分別從CAD數(shù)據(jù)集中獲取Annotation、MultiPatch、Point、Polyline、Polygon等要素類，再經(jīng)過“要素轉(zhuǎn)換至JSON”工具的處理，得到點、線、面、注記的JSON字符串。需要說明的是多面體（MultiPatch）結(jié)構(gòu)在ArcGIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中是與點、線、面平行的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適用于三維角度描述規(guī)則和不規(guī)則的三維實體，在二維視角下暫不做解析需要，因此圖1的解析過程中并未對其進行JSON轉(zhuǎn)換操作。模型構(gòu)建完畢經(jīng)測試運行成功后，發(fā)布為REST GP服務。GP服務在發(fā)布過程中，應指定服務的名稱作為瀏覽器端調(diào)用GP服務時指定的接口。此外，還應將CAD數(shù)據(jù)標識為必填的輸入?yún)?shù)，將解析轉(zhuǎn)化后的JSON字符串結(jié)果設(shè)置為輸出參數(shù)。

當瀏覽器端上傳CAD文件至服務器后，調(diào)用GP服務處理圖1所示的轉(zhuǎn)換解析過程，待GP服務處理成功后，返回解析得到JSON字符串成果，瀏覽器端接收返回的JSON字符串并利用相應的JavaScript API創(chuàng)建相應的點、線、面、標注等要素，實現(xiàn)CAD上傳解析。

服務。如圖2所示，利用FME WorkBench進行可視化建模，以CAD讀取器為起點連接JSON轉(zhuǎn)換器，將讀出的數(shù)據(jù)通過JSON轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為JSON字符串，測試運行成功后生成*.fmw文件。采用FME Server將fmw文件上傳至Server的工作空間，發(fā)布時選擇“數(shù)據(jù)下載服務”，發(fā)布參數(shù)中指定CAD文件源為相對路徑，形如$（FME_SHAREDRESOURCE_DATA）/DWG/shape.dwg。

瀏覽器端上傳待解析的CAD文件到FME Server后，調(diào)用轉(zhuǎn)換服務進行解析，再將解析后的數(shù)據(jù)返回至瀏覽器端，瀏覽器端的回調(diào)函數(shù)接收到響應結(jié)果后即可對結(jié)果進行矢量化顯示。CAD數(shù)據(jù)最終解析后的結(jié)果在地圖上疊加顯示的效果如圖3所示。

3.3 2種解析方法的效率對比

GP技術(shù)和FME Server技術(shù)均可實現(xiàn)CAD在線解析，為滿足實際應用對Web服務的性能要求，對2種解析方法設(shè)計了4組實驗，對比測試解析的效率。選取4個DWG格式的CAD文件作為測試數(shù)據(jù)源，分別包含的要素數(shù)量為100個、1000個、10000個、100000個。在相同的實驗環(huán)境下，測試2種方法解析DWG數(shù)據(jù)的耗時，每一個文件均分別上傳解析3次，分別記錄下所用的時間，實驗測試結(jié)果如表1所示。

GP服務將CAD數(shù)據(jù)的上傳存儲、服務進程的調(diào)用運行等環(huán)節(jié)形成有序的隊列，每一步都需要等待上一流程完成后才能繼續(xù)運行，而FME Server將CAD文件讀取與轉(zhuǎn)化過程封裝集成在一起，形成了統(tǒng)一的服務集成工作流，大幅提升了解析的效率。從表1的實驗結(jié)果來看，F(xiàn)ME Server解析的效率顯著優(yōu)于GP服務，隨著解析要素數(shù)量的成10倍遞增，F(xiàn)ME Server解析的效率優(yōu)勢較為凸顯。因此，采用FME Server在線解析CAD數(shù)據(jù)更加適用。

4 結(jié)語

CAD數(shù)據(jù)的在線解析實現(xiàn)，拓展了CAD數(shù)據(jù)應用的場景，解決了面向WebGIS的應用程序中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換共享的難題，使得規(guī)劃設(shè)計的方案能夠適時地與現(xiàn)有的國土空間規(guī)劃成果疊加對比，為規(guī)劃方案的審批、規(guī)劃成果的應用提供了切實可行的方案，也為空間數(shù)據(jù)的動態(tài)解析和共享提供了參考經(jīng)驗。隨著技術(shù)的進步和需求的提升，未來線上解析和顯示CAD數(shù)據(jù)內(nèi)容將成為一種必然的趨勢。

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（編輯 "王永超）

Research on online analysis method of CAD data for Web

GUAN" Ying1， TONG" Lingfei2

（1.Changzhou Natural Resources and Planning Service Center， Changzhou 213022， China;

2.Changzhou Xinbei Natural Resource and Planning Technical Support Center， Changzhou 213022， China）

Abstract：" CAD data has a wide range of applications in the fields of natural resources and planning， but its application on the web is limited by the difficulty of converting and parsing CAD data formats. In response to the problem of online parsing of CAD data， this paper focuses on analyzing three parsing ideas using the CAD native DWG format as an example， and explains the advantages and disadvantages of various parsing methods. A feasible server-side parsing method is selected， and the key technologies for server-side parsing of CAD data are studied. The online parsing of CAD data is specifically implemented， and the efficiency of FME Server online parsing of CAD data was verified through experiments， providing reference experience for dynamic parsing and sharing of spatial data.

Key words： CAD data; GP; analysis; FME server