于艷超，許捍衛(wèi)，杜嬋娟

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；

2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 商丘 476000）

基于DWGDirect的CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換研究

于艷超1，許捍衛(wèi)1，杜嬋娟2

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；

2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 商丘 476000）

針對(duì)CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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(jié)合ArcEngine實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，很大程度上解決了上述各種問題，確保了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的科學(xué)性和高效性。

DWGDirect；OpenDWG；CAD；GIS；AE；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)的采集和獲取是GIS建設(shè)的基礎(chǔ)工作。為了計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)的維護(hù)、更新變得極其不便。張葉等論述了城市基礎(chǔ)CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一些問題，并介紹了基于Geoway進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法，但存在編碼不規(guī)范、構(gòu)面工作量大等問題[3]；任東風(fēng)等通過AO+VB設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，實(shí)現(xiàn)AutoCAD 環(huán)境下的大比例尺地形圖數(shù)據(jù)向GIS 數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換[4]；李金朋等通過插件式GIS實(shí)現(xiàn)CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換[5]?；谏鲜鲅芯浚疚牟捎肈WGDirect 類庫，成功地解決了2種數(shù)據(jù)模型之間的無損轉(zhuǎn)換。

1 CAD與GIS數(shù)據(jù)模型的區(qū)別

傳統(tǒng)的CAD模型設(shè)計(jì)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(chǔ)。而GIS數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的目的主要是為了數(shù)據(jù)分析和挖掘等，能同時(shí)兼顧圖形和屬性信息的表達(dá)，它不僅支持文件存儲(chǔ)，而且可以依賴關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型而存儲(chǔ)。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(qiáng)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(qiáng)，CAD則不具備地理意義上的查詢和分析能力[6]。

1.1 CAD數(shù)據(jù)模型

以DWG為后綴的圖形文件是由CAD生成的一種二進(jìn)制文件，包括Header、Entities、Tables、Blocks和Contingency Header，分別是頭部、實(shí)體部、表部、塊實(shí)體部以及應(yīng)急頭部。Entities中存儲(chǔ)的是該DWG中的全部Entity，Entity頭部長度是一定的，而且對(duì)每一個(gè)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(shù)。

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

圖1 AcDbDatabase中實(shí)體的關(guān)系

1.2 Geodatabase模型

Geodatabase是一種對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型，通過面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模方法能夠更自然地描述要素，自行定義對(duì)象類型，定義拓?fù)?、空間和一般關(guān)系，以及掌握這些對(duì)象如何與其他對(duì)象發(fā)生交互作用。優(yōu)點(diǎn)：空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)、空間數(shù)據(jù)錄入和編輯更加精確、用戶操作更直觀、要素?fù)碛懈S富的背景信息、可以制作更優(yōu)質(zhì)的地圖、動(dòng)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(shí)編輯地理數(shù)據(jù)等。

Geodatabase數(shù)據(jù)模型包含3種空間數(shù)據(jù)表達(dá)方式：用矢量數(shù)據(jù)表達(dá)離散的空間要素；用柵格數(shù)據(jù)表達(dá)影像、格網(wǎng)化專題數(shù)據(jù)、曲面；用不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）表達(dá)曲面。Geodatabase按照一定的模型和規(guī)則組合空間要素?cái)?shù)據(jù)集（Feature Dataset），它按層次型的數(shù)據(jù)對(duì)象（Object）來組織空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)象包括：對(duì)象類、要素類、要素?cái)?shù)據(jù)集和關(guān)系類等。Geodatabase層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Geodatabase層次結(jié)構(gòu)

1.3 CAD與GIS數(shù)據(jù)圖形對(duì)照

CAD與GIS數(shù)據(jù)之間的區(qū)別主要體現(xiàn)在對(duì)圖元表達(dá)的不同[7]，CAD圖元主要分為塊、文本、線、圓弧等；而GIS則分為點(diǎn)、線、面和文本等。以點(diǎn)狀地物為例，CAD會(huì)用各種符號(hào)和注記來表示地理實(shí)物，注重地物的視覺表達(dá)，并且符號(hào)的制作也具有靈活性，但是不注重對(duì)拓?fù)潢P(guān)系的反映；而GIS數(shù)據(jù)在表示點(diǎn)狀地物時(shí)必須進(jìn)行符號(hào)化（表1）。

表1 CAD圖形與GIS圖形對(duì)照表

2 DWGDirect技術(shù)

2.1 DWGDirect簡介

DWGDirect類庫是一套完全面向?qū)ο蟮念悗?。該類庫支持CAD的眾多版本，能夠直接讀取DWG文件以獲取數(shù)據(jù)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(yùn)行時(shí)對(duì)類進(jìn)行注冊(cè)和識(shí)別；

2）OdDb類：表示AcDbDatabase中的所有Entities數(shù)據(jù)；

3）OdGi類：用來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行渲染；

4）OdGe類：一種通用幾何類（像點(diǎn)、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(gè)DWG文件在內(nèi)存中實(shí)際上就是一個(gè)OdDbDatabase類的實(shí)例。每個(gè)實(shí)例代表一個(gè)數(shù)據(jù)庫，它是一些實(shí)體對(duì)象的集合，包括9個(gè)符號(hào)表和1個(gè)對(duì)象字典： UCS、Text Style、Layer、Line Type、View Port、RegApp、Block等和Object字典。其中每個(gè)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(diǎn)、線、圓等Entities數(shù)據(jù)都包含在Block Table Record 中。根據(jù)此OdDbDatabase數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，利用對(duì)應(yīng)的類庫函數(shù)，就可方便地訪問到CAD文件中的Entities數(shù)據(jù)等信息[8]。

2.2 Windows平臺(tái)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(dòng)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(shí)選擇正確的類庫頭文件和靜態(tài)動(dòng)態(tài)鏈接庫，并在項(xiàng)目中添加引用即可。

3 基于DWGDirect的CAD到GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

對(duì)于經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的本地CAD數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分層、數(shù)據(jù)后處理等操作，完成CAD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換入庫（圖3）。

圖3 CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫流程圖

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1）數(shù)據(jù)預(yù)處理。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換前，首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行簡單預(yù)處理，以減少轉(zhuǎn)換過程中不必要的錯(cuò)誤，預(yù)處理在AutoCAD中進(jìn)行即可：確定所有圖層是否處于打開狀態(tài)，是否未凍結(jié)，是否未鎖定；清除廢塊，刪除重復(fù)要素，檢查是否存在未封閉的多邊形等。

2）配置表設(shè)計(jì)。為了滿足不同用戶的需求和項(xiàng)目應(yīng)用的變化，設(shè)計(jì)使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)配置表。對(duì)轉(zhuǎn)換過程中涉及到的基本屬性、擴(kuò)展屬性、數(shù)據(jù)庫圖層、字段、分層對(duì)照關(guān)系以及轉(zhuǎn)化進(jìn)程和錯(cuò)誤信息的日志等進(jìn)行配置。

3.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要是把CAD中的實(shí)體數(shù)據(jù)，按照表 1對(duì)應(yīng)的幾何類型分為點(diǎn)、線、面、注記4層，并保存其屬性信息，最后存儲(chǔ)到臨時(shí)Geodatabase中，設(shè)為GB1。

1）創(chuàng)建臨時(shí)數(shù)據(jù)庫：CAD通常采用幾何坐標(biāo)系，而GIS則采用地理坐標(biāo)系，因此在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，可以讀入GIS自帶的或自定義的坐標(biāo)系文件。創(chuàng)建點(diǎn)線面注記層時(shí)，可以在配置表中設(shè)定其需創(chuàng)建的字段。

2）屬性信息獲?。簩傩孕畔ɑ緦傩院蛿U(kuò)展屬性。分別封裝2個(gè)類：MyData和MyXData。在事務(wù)處理中，通過類的實(shí)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(duì)于擴(kuò)展屬性，利用各實(shí)體句柄與圖形建立關(guān)聯(lián)，也讀取出來，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為第三步的數(shù)據(jù)分層作好掛接。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：按照?qǐng)D1所示CAD數(shù)據(jù)模型，基于DWGDirect類庫，創(chuàng)建實(shí)例和事務(wù)處理過程，遍歷Block Table Record，獲取其實(shí)體數(shù)據(jù)，按照表1所示對(duì)照關(guān)系，進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，最終將數(shù)據(jù)保存到點(diǎn)、線、面、注記4個(gè)層中。

3.3 數(shù)據(jù)分層

CAD數(shù)據(jù)依據(jù)層名Layer Name來區(qū)分各個(gè)層，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后Layer Name作為基本屬性存儲(chǔ)在GB1中，可以據(jù)此來作為分層的依據(jù)。

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

2）創(chuàng)建分層數(shù)據(jù)庫：通過對(duì)客戶需求進(jìn)行詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)配置表：入庫圖層（圖層名和幾何類型）、圖層字段對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖層名和字段名）、字段列表。通過這些對(duì)照關(guān)系，建立分層數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行分層。

3）數(shù)據(jù)分層：讀取GB1，對(duì)其要素進(jìn)行遍歷，按照分層表進(jìn)行分層。另外，由于實(shí)際情況往往比較復(fù)雜，可能需要根據(jù)一些屬性編碼和塊名來進(jìn)行分層。例如，如果CAD數(shù)據(jù)中提供諸如CASS碼之類的信息時(shí)，我們可以在配置表中建立CASS和國標(biāo)碼之間的對(duì)照關(guān)系，并依此進(jìn)行分層。

3.4 數(shù)據(jù)后處理

在數(shù)據(jù)入庫之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，杜絕可能對(duì)建庫造成影響的因素（例如接邊，拓?fù)溴e(cuò)誤等）。根據(jù)檢查結(jié)果作相應(yīng)處理：對(duì)于道路、房屋線等重要要素進(jìn)行接邊處理，確保要素的完備性；對(duì)房屋線等進(jìn)行構(gòu)面，找到共用邊線的地方，對(duì)這些要素進(jìn)行拓?fù)浞治霾⒖紭?gòu)面點(diǎn)進(jìn)行拓?fù)錁?gòu)面；對(duì)面狀要素，進(jìn)行面狀修復(fù)。

4 項(xiàng)目應(yīng)用

安徽省某市測繪院通過上述技術(shù)，將DWG數(shù)據(jù)文件的地形圖文件轉(zhuǎn)換入庫，從而建立GIS地形數(shù)據(jù)庫，為城市規(guī)劃、管理和建設(shè)提供GIS數(shù)據(jù)支持與服務(wù)。該方法不僅能夠繼續(xù)沿用原有的生產(chǎn)習(xí)慣和作業(yè)方式，而且有效地避免了培訓(xùn)學(xué)習(xí)和重復(fù)作業(yè)造成的巨額成本。同時(shí)，可以解決其他部門和業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)對(duì)空間數(shù)據(jù)的需求，可以最大限度地利用GIS在空間數(shù)據(jù)管理和共享中的能力。

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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(yīng)用工作。

2014-01-03。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41101374、41101308）。