基于FME 软件CAD 数据转换GIS数据的优化路径

● 何春秀,何永宁

（1.广西地图院，广西 南宁 530023；2.广西自然资源信息中心，广西 南宁 530023）

CAD 数据主要由AutoCAD 软件产生，格式主要为*.dwg、*.dxf 等，CAD 数据作为各类工程设计、外业测绘等最常用的数据类型，侧重于几何图形的表达和可视化展示，有制图效率高、图形效果美观等优点，但是其数据文件DWG（或DXF）对几何图形的组织方式较为松散，不具备空间拓扑关系[1]，不能直接导入ArcMap 中进行数据分析处理。因此，将CAD数据转化成GIS 数据具有一定的实际应用价值。

传统的数据转换方法主要是利用GIS 平台自带的转换工具进行转换，例如ArcMap、SuperMap 等。单纯利用GIS 平台自带的转换工具并不能根据实际项目需要将CAD 数据转换成GIS 数据，这是因为GIS 平台自带的转换工具只能CAD 数据中的转换点、线、面图形数据，而且转换后会出现点、线、面位置错乱、图形交叉重叠的情况，导致转换的结果无法应用于实际生产项目。研究小组发现FME 软件能够更好、更快地将CAD 数据转换成GIS 数据，能提高生产、工作效率。

1 CAD 数据和GIS 数据对比

在地理信息系统建设过程中，人们经常会使用到矢量数据。以Esri 制定标准的ShapeFile文件在实际过程中慢慢演变成了通用化的矢量数据格式，GIS 数据有很多种格式，文章主要是以ShapeFile 格式数据作为说明。

CAD 数据和GIS 数据在测绘地理信息行业都有着广泛的应用，CAD 数据主要是描述了地理实体的相对位置和几何形状，并且不支持拓扑分析；GIS 数据记录了地理实体的空间作为图形数据、属性数据，它与CAD 数据最大的区别就是可支持拓扑分析。

此外，CAD 数据和GIS 数据在地图上的表现形式也有着较大的区别，主要体现在坐标系统、图形组织方式、功能应用等（见表1）。

表1 CAD 数据和GIS 数据差异对比表

2 转换方法实现

数据转换主要涉及到图形转换和属性转换，按照一定的规则将CAD 数据内的图形坐标系统、图形关系、拓展属性转换到GIS 数据中。研究小组分别使用了FME 软件、ArcMap 软件自带的转换工具进行转换，并将2 种转换的方法和结果进行了对比分析。

2.1 ArcMap 转换方法

转换方法如下：打开ArcMap，在【ArcTool-Box】中找到【转换工具】，在该工具选择【转出至地理数据库】，然后选择【CAD 至地理数据库】，选择输入的CAD 数据，选择存储的地理数据库，设置好坐标系统即可完成转换。

研究小组将转换后的Shapefile 数据放置到ArcMap 软件进行分析发现，虽然ArcMap 软件自带的转换工具能够将CAD 数据转为GIS 数据，但是导致了原有的CAD 数据的属性信息、空间位置信息丢失，点、线、面各图层之间相互交错，数据的拓扑信息出现错误，无法在地图制图生产项目中直接使用。

2.2 FME 转换数据的关键技术

FME 转换数据的关键技术在于“读模块”、“写模块”以及多种转换器的配置。在配置“读模块”时选取需要转换的CAD 数据文件，在配置“写模块”时，设置所需的数据格式。FME 软件可以根据项目要求转换多种数据格式。由于转换器涉及到转换图层的属性关联、图层与图层之间的关联等，因此转换器的配置很大程度上决定了转换结果。FME 软件中的各种转换器能够最大程度地优化转换结果。

研究小组根据实际的地图制图项目需要，获取并分析了CAD 数据内容，指定了数据转换的技术路线（见图1）。

图1 数据转换的技术路线图

2.2.1 “读模块”配置

在创建生成一个新的工作空间时，需要配置“读模块”，该模块是转换数据的第一步。FME 支持数十种不同格式的数据，研究小组选择的是AutoCAD 格式。

2.2.2 “写模块”配置

“写模块”是最终要转换的格式，Shapefile格式是GIS 数据其中的一种格式，因此研究小组在“写模块”配置了esrishapefile 格式。

2.2.3 转换器配置

FME 转换器也叫变换器，是用来重构要素的FME Workbench 对象，FME 软件包含有300 多种不同的转换器[2]，转换器是介于“读模块”和“写模块”中间的“桥梁”，可以根据不同需要设置转换器。研究小组本次主要使用到 了GeometryFilter 和StringCaseChanger 这2种转换器。

配置GeometryFilter 转换器是为了将CAD图形数据和属性数据转换到Shapefile 中，通过丰富的可视化线条，将CAD 的拓展属性和目标Shapefile 的属性连接起来。完成“读模块”、转换器和“写模块”的配置后再设置不同的属性项以及坐标系等，提取需要转换的属性，最后设置相应的属性类型（见表2）。

表2 属性字段映射表

映射的字段中有时会同时出现大写的英文字母以及小写的英文字母。研究小组在处理相关属性字段映射时，为了能够获得更好的转换结果，避免转换后的二次重复修改，使用了StringCaseChanger 转换器对原有的CAD 数据中的拓展属性进行配置，以满足实际项目生产标准的需求。

在所有的参数都配置完成后，点击“工具条”中的“运行转换”，即可转换数据，最后在FME 软件底部的“状态栏”面板上显示详细的转换日志输出。

2.2.4 数据审查

数据审查也属于转换的关键步骤，在使用FME 软件对CAD 数据进行转换之后，需要对转换后的GIS 数据进行审查。数据审查可进一步分析和检查GIS 数据属性、图层、图形拓扑关系的正确性和完整性。数据审查的方法主要有拓扑分析检查、属性对照检查等。

拓扑分析检查方法是利用ArcMap 自带的拓扑检查工具，对转换结果中的GIS 数据重新建立拓扑分析，并根据项目需要添加对应的拓扑规则，例如“不能重叠”、“不能有伪节点”、“不能有悬挂点”等。之后，即可对GIS 数据进行拓扑检查，最后根据检查的结果进一步修改GIS 数据。

属性对照检查即操作者需要对比转换后的GIS 数据中的属性与CAD 数据的拓展属性，并根据原CAD 数据的拓展属性重新修改、添加GIS 数据遗漏的属性信息。如果转换后的GIS数据属性不完整，则需要再次设置FME 软件中的转换器，重新转换数据。

3 转换结果对比分析

研究小组对比发现，ArcMap 软件在转换结果的图面效果、空间拓扑关系上都表现不足，存在明显的错误，例如数据重叠、类型错误等，并且无法支持字段属性的转换。FME 软件能够有效地处理数据类型、属性格式，转换正确的拓扑关系，转换结果优于ArcMap。

3.1 基本图形转换对比

ArcMap 软件和FME 软件都能将CAD 数据转换为GIS 数据，但是由于工具的转换原理不同，导致最后的结果也相差较大。常见的ArcMap 转换工具可配置的属性较少，主要按照软件默认的转换参数来转换，无法准确、高效地转换CAD 数据的注记层、点图层、线图层、面图层等，也不能将属性信息映射到GIS空间属性中，致使图形转换结果无法应用于实际的地图制图生产项目。

研究小组发现，FME 软件能够配置CAD数据原有的每一层数据属性，利用自带的转换器（例如StringCaseChanger、GeometryFilter 等）将CAD 数据原有的拓展属性重新赋值到新的GIS 数据属性上，设置不同的图层转换结果。利用FME 软件转换得到的图形效果明显优于利用ArcMap 转换工具转换得到的图形效果（见图2）。

图2 2种转换工具的转换结果对比图

3.2 属性转换对比

属性转换是FME 的关键技术点，通过设置连接器，能够将原本赋值在CAD 数据拓展属性中的值映射到GIS 数据属性中，并且能够在要素类型设置框中根据使用者的需求添加字段内容，并将新添加的字段和拓展属性进行关联。FME 软件能够较完整地复制图形结果的拓展属性信息，而ArcMap 的转换工具无法对拓展属性进行转换（见图3）。

图3 2种转换结果的属性对比图

3.3 拓扑关系对比

拓扑关系是指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系，即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。例如，点与点的邻接关系、点与面的包含关系、线与面的相离关系、面与面的重合关系等。

研究小组对2 种数据结果进行拓扑检查发现，ArcMap 转换的结果拓扑错误较多，没有形成拓扑关系，并且出现数据重叠的现象，而FME 软件能够根据实际需要转换CAD 数据，图形数据转换结果也较为完整，转换的结果均通过了重点、重合线、重面等多种拓扑关系检查。

4 结语

研究小组基于FME 软件将CAD 数据转换为Shapefile 格式的数据，并通过配置“读模块”、“写模块”以及转换器，将CAD 数据中的图形以及拓展属性信息转换到Shapefile 格式的数据中。转换后的图形外形完整，拓扑关系错误少，并能够支持CAD 数据的拓展属性和GIS 数据属性的映射关联。此方法能完整地保留CAD 数据原有的属性信息，为今后制图生产项目前期数据的整理分析工作提供了解决方案。