基于CAD数据的GIS化处理过程的研究与应用

周丽珠，周奎，周义军

(天津市测绘院，天津 300381)

基于CAD数据的GIS化处理过程的研究与应用

周丽珠∗，周奎，周义军

(天津市测绘院，天津 300381)

利用现有测绘的CAD地形图数据，对CAD数据处理方法进行研究，主要包括:单元管理、面状要素处理、属性加载和数据提取，通过左转算法进行构面处理；对所有面运用奇切偶不切原理进行切岛处理方法，实现了CAD数据自动提取成GIS数据。减少重复生产，提高工作效率，并应用于天津市1∶500、1∶2 000地形图数据自动提取GIS数据项目。

单元管理；框架线；辅助线；骨架线

1 引 言

地图符号是地图的语言，以易于被人理解并便于记忆的形式把现实世界抽象表达在地图上，使地图成为十分有效的信息载体。通过对地图符号的解读，人们可以直观地了解地图所表达的地理信息[3]。AutoCAD是功能强大的绘图软件，易于可视化表达地理信息，成为城市规划、市政建设等行业常用的绘图软件[5]。因此，地形图数据大多以AutoCAD的数据格式进行生产、存储和应用。但随着地理信息产业的飞速发展、地理信息服务平台的广泛应用，GIS数据的应用也越来越广泛。因此，如何利用现有测绘的CAD地形图数据，通过数据处理自动实现GIS化，减少重复生产，是信息化测绘中既符合实际要求又亟待解决的问题之一。本文通过综合考虑CAD地形图数据和GIS的特点，提出了一套综合两类数据的数据处理方案，在保有CAD地形图数据特点的基础上，实现了GIS数据的无损提取，并成功应用于天津市1∶500、1∶2 000基础地理信息数据的生产实践中。

2 数据分析

CAD数据主要是描述地理实体的空间位置和几何形状，以点、线、符号块的方式表达，带有图层、颜色、线型等地图信息。GIS数据主要是描述地理实体的空间位置和属性信息，主要以点、线、面的方式表达，带有地物的各种属性信息，如图层、要素名称、编码、房屋层数、结构、用途、面积等。CAD软件在绘图方面功能强大，对地形图可视化表达比较容易，因此图解能力较强。GIS软件在空间查询、空间分析等方面更加强大，对图形与属性的互操作十分频繁，但图解能力较弱，不易于外业测图和工程应用。

因此，本文结合CAD数据和GIS数据的优点，提出一种综合两种数据形式的解决方案，将两种数据结构有选择的糅合起来，并将这个糅合行为贯穿于地形图的采集、存储、管理和应用的过程中，真正实现了两种数据并存，两种数据统一管理的目的。考虑的因素主要有以下几个方面:

(1)由于传统CAD地形图数据都是图幅管理，在图幅接边位置面状要素几乎都是破碎的，因此图幅管理方式不适用于GIS数据的提取过程，本文采取单元管理的模式。

(2)CAD数据中主要是点、线的数据结构，没有面的概念，想实现GIS提取必须在CAD中考虑面的实现。

(3)GIS数据是带有各种属性信息的，因此在CAD地形图数据采集编辑时就应将属性信息录入各要素。

3 数据处理方法研究

3.1 单元管理

在传统图幅管理模式下创新地提出了单元管理方式，它是适合数据生产和建库的管理方式，在数据上最大限度地保证地物的完整性，在生产上减少接边工作量，且适于GIS数据的提取。

单元是若干由道路、河流围成的最小区域组合而成；以行政区划界线、地籍街、坊线为主要参考，依据道路、河流中心线进行划分；单元线不宜切割要素、不应跨河，被单元线切割的面状要素，应单独维护；相邻单元之间不应有缝隙和重叠；单元数据量以10 MB为宜。如图1所示，是天津市和平区1∶500单元划分图。

3.2 面状要素的处理

地理要素按照几何特征可分为点要素、线要素和面要素。面要素以封闭的多边形进行表达，表示具有一定范围的地理要素，或在一定的地图比例尺上用面表示的要素。在CAD数据中没有面要素的概念，它由闭合线表达。解决CAD数据中面要素的问题，是提取GIS数据的关键。首先应对地形图要素进行分析，分析哪些要素应为面要素，再针对面状要素进行处理。一般面状要素分为以下两种情况:

图1 天津市和平区1∶500单元划分图

(1)建筑、植被、工矿、桥梁、涵洞等面状要素范围相对小且比较独立，应采用一种数据处理方法，通过闭合范围线、闭合轮廓线和框架线(框架线是用来描述非闭合面状要素外形特征的闭合范围线)的方式解决。在CAD数据中闭合线可以直接提取为GIS数据中的面要素。数据处理时分为三种情况:

①采集闭合轮廓线、范围线表示。在不影响图面表示的情况下，面状要素采集闭合轮廓线、范围线表示，共线部分重线表示。如:一般房屋、架空房屋等。

②加绘框架线表示。在影响图面表示的情况下，面状要素采集非闭合轮廓线、范围线表示，共线部分不重线表示，但应按其轮廓、范围拓扑生成框架线，框架线保留在数据层，出图时不显示。拓扑功能可在CAD中二次开发完成。如:植被、工矿面等。

③采集框架线表示。桥梁、涵洞等面状要素通过采集框架线自动生成地物符号，出图时只显示地物符号，框架线保留在数据层。一般地形图测图软件都可以实现。

(2)道路、水系面状地物范围较大且相互贯通，在GIS数据中主要作为背景面使用，因此在CAD数据中通过添加道路、水系辅助线(辅助线是为使边线不闭合的面状要素边线闭合而添加的线)与道路、水系边线拓扑生成面要素，减少作业工作量。添加道路、水系辅助线绘制原则如下:

①不同等级的河流、沟渠水涯线相连时，在等级变换处应加绘高等级水系辅助线，如图2所示。图2中a处为辅助线，圆圈处为加绘辅助线的起止位置。

图2 不同等级水系辅助线位置图

②河流、沟渠遇到水上悬空建筑(例如:房屋、柱廊等)，应加绘辅助线，如图3(a)所示；遇到依比例尺桥梁、闸、涵洞等时，应加绘辅助线，如图3(b)所示。保持水系面的贯通。图3中a处为辅助线。

图3 水系遇其他地物辅助线位置图

③道路在不封闭的情况下，加绘辅助线。不同等级的道路相通，应加绘高等级道路的辅助线，加绘时，应保证高等级的道路平直。当公路与城市道路相通时，宜加绘城市道路辅助线。

④道路遇到单位、小区入口等处，应加绘道路辅助线，辅助线加在道路拐弯前与直线相交切点处，保证道路的平直，如图4所示。图中ab、cd、ef为加绘辅助线位置。

图4 道路辅助线位置图

⑤道路与建筑物、围墙等地物共边线时，应加绘道路辅助线。

⑥道路遇到桥梁、通车水闸、铁路平交道口等处应加绘道路辅助线。

3.3 属性加载

在CAD数据采集编辑时就应录入属性，因此在CAD中二次开发，利用扩展字典的方式存贮属性数据，属性录入的载体规定如下:

(1)点状要素属性应加在符号上(例如:控制点、不依比例尺的水塔等)。

(2)线状要素属性载体分为以下两种情况:

①单实线、图元整体式线状要素(例如:不依比例尺的乡村路、单线常年河等)，属性应加在线上；

②有骨架线的复杂线状要素(例如:直立式防洪墙无滩加固岸、高压输电线等)，属性应加在骨架线上。

(3)面状要素属性载体分为以下三种情况:

①范围线或轮廓线能独立闭合的面状要素(例如:房屋、水池、依比例尺粮仓等)，属性应加在范围线或轮廓线上；

②范围线或轮廓线不能独立闭合的面状要素(例如:桥梁、闸、露天采掘场等)，属性应加在框架线上；

③双线表示的面状要素(例如:双线河流、道路等)，属性应加在中心线上。

3.4 数据提取

数据处理完成后，通过提取软件，从地形图数据中自动提取为GIS数据。满足CAD数据要求的地形图要素只有点、块、线要素，而GIS数据包含点、线、面要素，为了自动提取为GIS数据，我们需要通过一定的方法进行计算、处理来获取面。该方法是将满足CAD要求的地形图面要素分成三类:①闭合的多段线，如砖石结构房屋。②首尾相连形成闭合面的多段线，如河流、沟渠。③通过辅助线闭合的道路。对于第一类要素，对多段线进行一定的自相交检查后，直接将其通过格式转换变成面要素。对于第二类要素，通过对照表，获取其边线及其对应的辅助线；循环去除悬挂多段线，直到所有的线都不悬挂为止。依次循环每一条多段线，寻找与之相连的所有线，并记录下来；依次循环每一条多段线，运用左转算法构面；对所有面运用奇切偶不切原理进行切岛处理。对于第三类要素，通过对照表，获取其边线及其对应的辅助线；对所有的线进行去除重合多段线及相交处打断处理；循环去除悬挂多段线，直到所有的线都不悬挂为止。依次循环每一条多段线，寻找与之相连的所有线，并记录下来；依次循环每一条多段线，运用左转算法构面；对所有面运用奇切偶不切原理进行切岛处理。GIS数据的点要素主要包括独立地物、控制点、高程点、单位点等。线要素主要包括道路中心线、水系中心线、铁路、垣栅、管线等。面要素主要包括建筑、植被、工矿、桥梁、水系、道路等。图5为提取软件界面，图6为提取后的GIS数据。海新区1∶2 000地形图(106个单元，约3 180 km2)通过以上数据处理方法已实现GIS数据的提取。

图5 提取软件界面

图6 提取后的GIS数据

4 结 语

为了避免CAD数据、GIS数据的重复生产，尽可能利用现有测绘的CAD数据，通过对CAD数据处理的方法研究，编写了GIS提取软件，实现了生产中只维护一套CAD数据，实时生成GIS数据，保证数据的实时更新维护。天津市区1∶500地形图(269个单元，约400 km2)，天津滨

[1] GB/T 20257.1-2007.国家基本比例尺地图图式第一部分:1∶500 1∶1000 1∶2000地形图图式[S].

[2] GB/T 20258.1-2007.基础地理信息要素数据字典第一部分:1∶500 1∶1000 1∶2000基础地理信息要素数据字典[S].

[3] 谢祖明.基于CAD数据生产ArcGIS制图数据的研究与应用[J].测绘与空间地理信息，2012(8):121～123.

[4] 崔先国，苏国猛，李云岭.数字测图与GIS数据扩展的探讨[J].测绘通报，2009(3):5～7.

[5] 胡友元，黄杏元.计算机地图制图[M].北京:测绘出版社，1987.

[6] 王式太，王现中，唐诗华等.数字测图与G IS建库若干问题探讨[J].测绘技术装备，2006，8(4):23～25.

App lication of Research in the Data Processing from CAD M ap to GIS Data

Zhou Lizhu，Zhou Kui，Zhou Yijun
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

Current CAD topographic map，the study of CAD data processing method，mainly includes:unitmanagement，planar elements processing，properties loading and data extraction，through left dimensions processing algorithm；For all surface by using the principle of the odd cut even irrelevant to island cutting processingmethod，realizes CAD data automatically extracted into GIS data.These can reduce duplication of production and improve the efficiency.Themethod has been used in the project of GIS data automatic extraction from topographicmap of Tianjin in CAD format at 1∶500，1∶2000 scales.

basic management unit；wireframe；auxiliary line；skeleton line

1672-8262(2013)05-23-03

P208.1

A

2013—02—21

周丽珠(1971—)，女，高级工程师，主要从事地理信息数据处理和数据标准编写等工作。