基于规则和模板的CAD到GIS数据转换

周义军，刘小飞，舒滨，刘宓

(天津市测绘院，天津 300381)

1 引言

随着地理信息行业的蓬勃发展，市场对GIS数据的需求越来越大，而现有的测绘成果大多以CAD数据为主。为了充分利用现有的数字化成果，CAD数据到GIS数据的转换成为行业内必须面对和解决的问题。现有的CAD到GIS数据转换大体可分为两种方式，一是利用现有的软件所提供的转换功能进行格式转换，此种转换大多只能达到数据显示的需要，往往要对转换后的结果进行一系列人工处理，才能达到实际应用的要求;另一种转换方式是基于现有的软件提供的二次开发组件，结合实际要求进行二次开发，达到无损转换的要求。本文采用第二种方式，提出了一种基于规则和模板的CAD到GIS数据转换的解决方案，实现了GIS数据的自动、无损转换，并具有一定的兼容性。

2 CAD数据到GIS数据转换存在的问题

由于数据组织模型的不同，CAD数据和GIS数据在数据组织、表达和应用等方面都不尽相同，转换过程中很难将数据承载的信息一一对应过去。目前，很多的转换方法都或多或少的存在一些问题:

(1)由于CAD软件和GIS软件对图形实体的数据结构定义不一致，转换过程中造成要素丢失和要素变形。

(2)由于CAD软件很少考虑地理要素的拓扑关系，在转换过程中，CAD数据的误差和错误完全被传递到GIS数据上。

(3)CAD软件对符号的表达不够规范，在转换过程中很难将符号信息剔除出去，造成大量数据冗余。

(4)针对数据转换没有一个详尽适用的统一标准，这就导致转换程序很难达到兼容性。

我们针对上述几点问题，设计出一种基于规则的CAD数据到GIS数据的转换程序。首先，针对两种数据的数据结构，设计出一种合理的转换规则——对照表，其次，对应于转换规则，人为设定GIS数据模板。对照表和GIS数据模板可以人为的进行控制，同时修改它们可以动态调整和改变转换结果。基于ArcGIS Engine组件和CAD二次开发组件实现了CAD数据到GIS数据的无损转换，并详细叙述了程序的设计原理和实施步骤。目前，此应用程序已经应用到实际工作当中，通过了时间的检查，达到了预期的目标。

3 转换功能详细设计

按照图形的几何特征，空间数据可分为点、线、面和注记4种地理要素。CAD数据到GIS数据转换的实质就是这4种地理要素间的转换，转换过程可细分为4种地理要素的几何数据和属性数据的读取，组织和写入过程。按照此种思路，本文采用模块化的设计理念对转换功能进行了详细设计。如图1所示，数据转换功能大体可分为以下几个部分:转换规则和GIS数据模板设计，数据读取，错误处理，数据写入以及后续处理。

图1 转化功能流程图

3.1 转换规则和数据模板设计

(1)转换规则

转换规则是所有编码的地理要素都要遵循的转换原则，具有兼容性和可扩展性，本文设定的转换规则如下:

Rule={FeatureCode，FeatureName，Shape，GISLayer，YesOrNo，Attributes}

其中FeatureCode为此类要素的编码，此编码具有唯一性，亦适合于GIS数据。

FeatureName表示此类地理要素的中文名称，无名称的可置为空。

Shape表示此类要素的几何类型，要素按照图形的表达方式可分为，点，线，面和注记四种类型。

GISLayer表示在ArcGIS数据中此类要素所属的要素层。

YesOrNo表示此类编码的要素是否需要转换，需要转换为Yes，不需要转换为NO。

Attributes表示此类编码的要素应具有的属性要素的名称集合。

本文将具体的规则以行的形式存储在Access数据库的表中，以供程序读取和使用。

(2)数据模板

数据模板的实质是GIS数据格式的文件，其结构是根据对照表中的具体信息进行设计的。本文设计的数据模板采用ArcGIS的个人数据库格式(*.mdb)，依照转换规则中的具体的GISLayer的名称和类别建立FeatureClass，每个FeatureClass的属性结构对应于对照表中所有具有相同GISLayer规则的Attributs的并集。

由此可见，对照表和GIS数据模板又是相互联系的，其中一个修改，另一个也需要做相应的修改。这种联系在CAD数据和GIS数据之间搭起了一座桥梁，为CAD到GIS数据转换开辟了一条可行之路。

3.2 数据读取与错误处理

(1)数据读取

数据读取是转换的开始，依据转换规则，读取CAD数据，作为数据写入的基础。此过程可分为图形数据的读取和属性数据的读取。AutoCAD按照图层来组织数据，按编码分类地理要素，图形数据读取以图层为单元，遍历图层中的所有图元，得到每个图元的编码，并通过对照表确定各个图元的有效性和正确性;属性数据读取以相应的图元为基础，依据对照表中相应编码的属性集合(Attributes)读取图元的属性信息，并确定属性的正确性和逻辑一致性。最后，将图形信息和属性信息以ArcGIS数据结构进行组织，为数据写入做好准备。

(2)错误处理

错误处理具有发现、定位和输出错误的功能，它依附于数据读取，贯穿于数据读取的全过程。在图形和属性数据读取的过程中，程序对不符合转换规则的图形要素进行标记和定位，同时输出错误报告。如:面的多段线不闭合、对照表中没有此编码、其扩展属性与对照表中属性不完全对应等等。

数据读取是数据转换的开始，也是基础，错误处理保证了数据的正确性、完整性和逻辑一致性。另外，对于CAD数据中圆和圆弧的处理，本文采用了一种与众不同的做法。和一般的转换程序采取弧段加密的方式不同，本文利用ArcGIS的圆和复杂曲线的数据结构，将CAD数据中的圆和圆弧一一对应到GIS数据中的圆和复杂曲线，实现了转换过程中数据无损失，图形要素无变形。

3.3 数据写入与后续处理

(1)数据写入

数据写入实质就是GIS数据的生成过程，将数据读取后的信息按照一定的规则写入到事先复制好的GIS数据模板(*.mdb)中。数据写入以层为单元，逐条写入。另外，考虑到大数据量的问题，本文利用C#语言的事件触发机制将数据进行分段读取和写入，避免了程序占用内存较大导致系统内存不足的错误。

(2)后续处理

后续处理主要是进行岛屿处理以达到GIS数据的最终要求。岛屿处理可分为同层岛屿处理和异层面相减处理。同层岛屿处理过程中，本文参考ArcGIS数据结构中的复杂面的设定，为同面岛屿处理设定出“奇删偶不删”的原则，即删除被包含奇数次的多边形，保留被包含偶数次的多边形，如图2所示，其中“被包含”定义为图形被包含着并且属性相同，异层面相减处理，可以按层进行操作，确保地物无压盖，如植被层与道路层应无压盖等。

图2 同面岛屿处理规则图

4 总结

本文采用C#.net+ArcGIS Engine 9.2技术开发转换程序，对照表在Access数据库中以表的形式存在，转换生成ArcGIS的个人数据库(GeoDatabase)成果。本文所编写的数据转换程序已经应用于天津市测绘院的1∶2 000比例尺地形图的GIS数据的生产实践中，取得了良好的效果，确保了数据的质量，大大提高了GIS数据生产的效率。另外，值得一提的是，此种设计具有一定的兼容性，操作员可以通过修改对照表和GIS数据模板控制转换过程，适用于大多数CAD数据。

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