面向城市规划信息化的 GIS与CAD集成技术探讨

2010-11-15吴千里马小龙

测绘通报 2010年2期

关键词：无缝城市规划数据库

吴千里,马小龙

(1.郑州市规划勘测设计研究院,河南郑州 450052;2.首都师范大学资环学院,北京 100048)

面向城市规划信息化的 GIS与CAD集成技术探讨

吴千里1,马小龙2

(1.郑州市规划勘测设计研究院,河南郑州 450052;2.首都师范大学资环学院,北京 100048)

由于 GIS与 CAD技术的发展渊源与历史不同,形成了两个截然不同但又紧密相连的应用领域。随着现代城市规划理念的不断更新及城市规划信息化工作的不断深入,以 GIS为代表的新技术在规划行业的应用越来越普遍,怎样科学、合理地实现 GIS与广泛使用的 CAD之间的集成,成为当前城市规划信息化建设亟待解决的问题。通过对国内外先进集成技术的分析研究,立足于实用性和可操作性原则,提出一套完整、符合城市规划行业特点的 GIS与CAD集成技术方案,并给出了具体应用实例,具有在城市规划信息化及其他领域进行推广和深入研究的价值。

规划信息化;GIS;CAD;集成;FDO技术;ArcSDE CAD Client

一、引言

目前,GIS以及 CAD技术已经在工程设计、城市规划、土地管理等诸多行业领域得到广泛应用,但由于二者的发展渊源与历史不同,形成了两个截然不同但又紧密相连的应用领域。一方面在城市规划、测绘等领域,AutoCAD成为 CAD默认行业标准,各单位存在大量的DWG数据及许多基于Auto-CAD的应用系统,AutoCAD支持下的地形图数据和其他行业数据成为城市基础地理信息系统和专业地理信息系统建设的主要数据源;另一方面,由于这些用户受制于操作习惯和已有的专业系统,很难脱离开CAD环境,但是仅凭CAD技术,又远远不能够满足行业的应用和发展需求。

随着现代城市规划理念的不断更新及城市规划信息化工作的不断深入,以 GIS技术为代表的新技术、新理念不断融入到城市规划和设计过程之中,作为城市规划管理职能部门的工作平台,多以ArcGIS平台为基础进行开发。但由于 CAD与 GIS之间的通信障碍,使得信息共享与互操作变得难于实现,因此二者的无缝集成问题已经严重影响到城市规划等相关行业信息化建设和行业发展的进程。如何将CAD技术与 GIS技术相结合,实现两者的无缝集成,为城市规划与管理工作提供方便、快捷的技术手段,提高规划、管理与决策工作的效率和质量,成为当前城市规划信息化建设亟待解决的重要课题。

本文通过对城市规划行业信息化特点以及目前 GIS与CAD集成技术现状进行分析,探讨并提出一套面向城市规划信息化建设的 GIS与 CAD集成技术解决方案。

二、GIS与CAD集成技术现状

1.GIS与 CAD集成技术的发展

GIS与 CAD集成技术是目前国内外比较热门的研究课题,虽然也取得了一些进展,但还没有形成比较成熟、完整、统一的整体技术解决方案。各地在实际系统建设中,针对该问题,主要有以下几种解决方式:

1)数据格式转换技术。根据 GIS和 CAD的数据结构特征,利用数据转换的方法实现 GIS与 CAD集成。这是目前应用最多、最成熟的解决方案,比较成功且具有代表性的是加拿大 Safe Software公司的FME软件。

2)相关软件公司提供的集成于 CAD平台的GIS客户端扩展插件或接口。此方案利用集成到CAD环境中的 GIS客户端或接口,直接完成 GIS与CAD的通信,实现数据的共享与互操作,但一般功能上有所限制。典型代表是 ESR I公司提供的基于AutoCAD环境的 CAD Client插件和 AutoDesk公司提供的基于Oracle Spatial的扩展模块接口。

3)基于文件数据格式的集成。即利用 CAD软件提供的对 GIS数据格式的直接支持实现对 GIS数据的集成,该方案近似于数据格式转换,但一般支持格式较少,同时从管理的需要而言,只能满足一些简单应用,实用价值不大。

4)Web Service技术。基于快速发展的 Web Service,CAD客户可以将通过Web发布的 GIS数据集成到本地应用中来。它是未来的发展趋势之一,但目前主要应用于 GIS数据的查询和浏览,暂时没有太大的用途。

5)多源异构数据的直接访问。即忽略数据本身的结构,实现不同数据之间的“翻译”。该方案是GIS与 CAD集成应用的发展趋势,具有较强的推广价值和研究意义。目前比较成熟的是 AutoDesk公司推出的FDO技术。

2.GIS与 CAD集成技术面临的问题

以上各种 GIS与 CAD集成技术,在系统建设与应用中面临着数据完整性、建设周期、建设成本、功能限制、功能实用性等方面的难题。比如采用数据格式转换方案,虽然技术比较成熟,但由于转换过程中必然会产生数据丢失、数据冗余、数据精度损失等问题,导致集成过程中工作量增大,建设成本提高,效率低下。再加上脱离用户习惯的 CAD平台,使得系统的实用性大大减小,无法保证系统的应用与推广。

因此,对 GIS与CAD集成技术的研究与探索过程中,不能片面追求大而全的思想,必须以适应、满足具体的行业需求为基本前提条件。

三、面向城市规划信息化的 GIS与CAD集成技术

1.城市规划行业 GIS与 CAD应用特点

我国城市规划行业应用的 GIS与 CAD软件平台主要为ArcGIS和AutoCAD,而基础地理信息数据一般以AutoCAD格式和ArcSDE数据库形式存在。在具体规划应用中呈现以下主要特点:

1)规划编制、设计与规划成果的格式大都采用AutoCAD平台;

2)城市规划管理职能部门多采用 AutoCAD和ArcGIS平台;

3)对规划成果及基础支撑数据的应用最好是基于AutoCAD的一张图模式,并能根据空间索引和属性快速实现成果数据的调用;

4)规划成果数据在数据细节处理上质量不高,成果汇总时要求速度快;

5)规划设计人员较熟悉、习惯于 AutoCAD的操作环境;

6)规划成果及相关数据具有海量数据的特征。

2.集成方案技术路线和总体架构

在充分把握目前国内外 GIS与 CAD集成技术潮流、分析城市规划信息化发展与应用现状、立足实用性和可操行性等原则的前提下,我们选择城市规划等行业具有广泛应用基础的 AutoCAD和 Arc-GIS作为研究的平台代表,通过探索和实践,提出一套完整、符合规划行业特点的面向城市规划信息化建设的 GIS与 CAD集成方案,以实现 GIS与 CAD的无缝集成。该方案既充分利用 AutoCAD在图形编辑、数据生产、设计等方面的优势以及 ArcGIS在空间分析、海量数据管理等方面的特长,又满足了用户的操作习惯,兼容了原有 CAD及 GIS应用系统,具有良好的实用基础。

方案技术路线:综合 AutoCAD Map的 FDO技术(要素对象访问技术)和ArcGIS的 ArcSDE CAD Client作为 GIS与 CAD无缝集成的核心,以空间数据库ArcSDE为基础,围绕 ArcSDE数据库,根据具体功能的不同,选择满足实际应用需求同时能访问ArcSDE的 GIS系统客户端。AutoCAD作为规划编制、设计、数据采集、GIS分析的平台,通过 FDO技术和ArcSDE CAD Client技术访问ArcSDE数据库,实现与 GIS的无缝集成,最大限度地兼顾用户的操作习惯,并兼容原有的系统,形成一个有机的整体。该集成方案总体架构如图 1所示。

实际建设中,还可根据具体的需求,将 FDO技术和ArcSDE CAD Client技术分开,采用其中一个以实现 GIS与 CAD的集成。如规划成果管理系统可以直接采用 ArcSDE CAD Client技术、AutoCAD+ ArcSDE的技术路线实现。

3.方案技术特点与可行性

该集成技术具有以下几方面显著优势:

1)具备强大的专业 GIS功能。方案无缝集成了ArcGIS和AutoCAD Map,可以充分利用二者所具有的空间分析、属性操作、统计分析、制图等功能方面的优势,发挥其强大的 GIS功能。

2)较好地实现 GIS与 CAD的集成。为 GIS与CAD之间搭起了一座桥梁,打破了两者之间的“屏障”,能较好地实现CAD与 GIS在数据、功能上的集成,具有较强的整体性。

3)大幅提高生产效率和数据质量,降低生产成本。突破了传统数据转换和 CAD与 GIS两套数据并行的应用模式,从技术、功能、数据组织上直接实现 GIS与CAD之间的共享和互操作,避免数据转换产生的数据损失和巨大工作量,降低了生产成本。

图1 集成方案总体架构

4)较好地兼顾规划专业用户的操作习惯。目前,规划专业用户一般比较习惯于 AutoCAD软件,短时间内这种情况很难改变。方案直接使用 Auto-CAD平台,既能充分发挥ArcGIS所具有的强大 GIS功能,顺应技术发展潮流,又能较好地兼顾规划专业用户的工作习惯。

5)具有较强的扩展性和兼容性。AutoCAD Map的 FDO技术采用开源的推广原则,可以支持很多主流的 GIS平台和数据库管理系统,极大地增强了该方案的扩展性和兼容性,能实现AutoCAD与其他 GIS平台及数据库管理系统的集成。

由于该技术方案结合了目前 GIS与 CAD集成的最新技术,立足于规划行业特点和需求,避免了繁琐的数据转换或复杂的程序研发,功能上能基本满足现有规划业务需求,具有较强的可行性与可操作性。

四、应用实例

本文提出的集成技术方案,已先后应用于郑州市规划道路控制线管理系统、郑州市综合管线设计与管理系统等项目的设计与开发中,取得了比较理想的效果。在郑州市规划道路控制线管理系统的设计中,我们遵循整体性、先进性、可扩充性原则,以计算机网络为载体,CAD与 GIS软件为平台,建立了实用、成熟、先进、安全、开放、可扩展,满足规划设计、管理、维护与应用服务的应用型技术系统。系统采用 SQL Server 2000+ArcSDE+CAD Client+ AutoCAD 2004的设计方案,以满足对规划道路控制线进行综合管理、控制和拓展应用的需求。系统建成后,不仅完成了对规划道路控制线的信息化管理、维护工作,而且较好地解决了 GIS与 CAD无缝集成、AutoCAD属性扩展、属性数据库存储及属性与几何对象的一致性、CAD数据的数据库建设等几个具有代表性的技术问题,实现了图、库联动。该系统的总体结构如图 2所示。

五、结束语

面向城市规划信息化建设的 GIS与 CAD集成技术方案,能较好地实现 ArcGIS与 AutoCAD的无缝集成,既可以满足用户的功能需求和操作习惯,又能缩短系统的建设周期,促进了规划行业的信息化发展,在城市规划信息化及其他领域具有推广和深入研究的价值。不足之处是尚不直接支持访问空间数据库中光栅图像、原生的ArcSDE元数据等,同时 FDO技术在AutoCAD Map2007及以上版本中才逐步成熟。随着 GIS应用系统和 CAD系统以及不同 GIS系统之间,对于开放性和互操作性以及基于Web的网络地图服务需求的日益增长,平台之间的无缝集成技术将成为今后发展的必然趋势,需要我们在该领域不断地进行更加深入的研究。