CAD数据向GIS数据的转换方法

薄伟伟，丁俊杰，王爱萍

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003； 2.长安大学 地测学院，陕西 西安 710054）

将CAD数据转为GIS数据是地理信息系统建设中数据采集的关键步骤。数据转换包含2个方面：①数据能否从现有CAD格式转换到选定的GIS格式，并保证其几何空间的要素一致性；②数据能否从现有分层标准和成图方式（数据的编码、分层、接边、符号显示、封闭等）无损地转换到新的分层结构标准和成图方式，并能增加 GIS 数据要求的内容和属性结构[1]。

1 AutoCAD与GIS数据模型的比较

AutoCAD以图层组织空间图形数据，不同类型的要素（点、线、多边形等）可以共层；其实体采用三维坐标描述，实体间不具备拓扑描述信息[2]。虽然它与GIS都有参考系统，都能描述图形，但CAD存储和处理的对象是能以图形表示的各种地理数据，即地理数据中可用定位图形来表示的部分；属性库功能弱，不能存储足够多的属性信息，不同的地物类别以颜色、符号、线型、线宽等静态的图形特征和数据分层编码表示，不具备空间分析和决策支持的能力[3]。

GIS具体描述了地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。空间特征是指地理实体的空间位置、拓扑关系和几何特征；属性特征表示地理实体的名称、类型和数量等；时间特征指实体随时间而发生的相关变化[4]。根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面3类元素。 GIS中数据建立了严密的拓扑关系，具有强大的空间分析能力和决策支撑功能[5]。

2 基于FME实现CAD到GIS的数据转换

FME是由加拿大 Safe Software 公司推出的一套完整的访问空间数据的解决方案。FME采用语义转换的思想，在转换过程中重新构造数据，利用语义映射文件提取源数据的不同层面和内容，生成新的满足需求的数据[6]。

本文提出了基于对照表规则的数据转换方案，首先根据要素在CAD下存储方式及转入GIS后数据的组织管理方式，建立两者的对应关系，通过在FME平台上开发转换程序实现数据的无损转换。转换程序在格式转换的同时还要同时完成以下操作：①按照GIS数据设计格式对数据进行重新组织；②对数据作相应处理，如构建面和建立拓扑；③利用各种拓扑关系进行注记到属性的映射；④进行图幅、线、面要素融合；⑤对不同坐标系统的数据进行坐标变换。

2.1 数据转换流程

如图1所示，数据转换过程包括：①转换前对数据进行检查，保证数据“无遗漏，可分类且正确分类”；②编制转换控制文件和转换程序进行数据转换；③转换后质量控制；④转换后数据编辑包括对③检查出的错误进行修改、相关扩展属性添加、数据拼接等。

2.2 CAD 数据编辑处理

CAD和GIS在数据组织和要素表达上存在诸多不同，直接转换往往会丢失信息，且转换后也不能满足GIS对数据的要求，因此在转换前首先需要对CAD数据按照GIS数据要求进行整编。

1）骨架线与符号一致性处理：地形图上很多地物都有中心骨架线或范围骨架线，如桥梁、电力线等。对于这样的要素，要将骨架线和符号线处理为一一对应，且几何形状一致。

2）注记与被注记要素关系处理：处理好注记与被注记要素的关联，以实现属性的顺利挂接。例如，注记在面内，注记在线上，注记与点相邻最近等。

3）标识点、中心线的添加：按照数据建库要求，给居民地、道路之类的要素添加标识点、中心线要素。

4）基本拓扑处理：对线划、面域进行基本拓扑处理，尽可能消除线悬挂、重叠线、面等错误。

5）接边处理：确保相邻图幅属性和几何接边。

2.3 建立对照表规则

对照表是用来描述要素类特征和控制要素类行为的，是按照设计要求或作业标准设计的转换控制文件。通过对照表来描述要素类的特征，凡是符合某些特征的图元均转换为这个要素类。

对照表包括2部分内容：①用于描述要素类特征，即具备这些特征的都属于同一要素类；②附加部分，即在进行数据转换时，属于同一要素类的图元均附加部分属性。对照表规则的建立需遵循以下要求：

1） FeatureID无重复，即要素类的唯一确定性；

2）FeatureID用于区别不同要素，它可以是一项也可以是几个项的组合，如可利用“层+色+符号名”来控制原图中点要素属于某一要素类，一般用要素代码来唯一区分；

3）图中出现的所有要素类，在对照表中都有表示，以保证原图中所有图元均可正确转换。对照表结构和内容如图2所示。

2.4 转换的实施

基于FME平台开发转换程序对数据进行转换，转换时要同时进行相应的数据检查，单独列出不满足转换条件的图元，以便检查修改。主要转换过程如下：

1）读取DWG文件中每个图元，并根据对照表的设计将其转到GIS数据相应的图层中，同时将从原图属性中的相关属性等赋予该图元。

2）对不同图层作相应处理，同时对要转为属性的注记进行操作，通过注记与图元的关系来获取。

3）第1步转换中出现的错误主要是将图元分到错误的要素类，导致转换中要素的丢失。出现任何错误均应返回到DWG文件进行查找并修改，以保证转换数据的正确性和完整性。

4）第2步转换中出现的任何错误均直接修改GIS数据，同时修改DWG数据，保证2套成果的统一。其错误可能包括： 要写为属性的注记与对应图元位置关系错误，要构面的边线不闭合，对岛的处理不符合要求等。部分转换程序如图3所示，转换前后效果如图4所示。

[1]包辉.浅谈 CAD 与 GIS 的数据转换[J].信息与电脑，2011(2)： 90

[2]王艳东，龚健雅，黄俊韬．基于中国地球空间数据交换格式的数据转换方法[J]．测绘学报，2000，29(2): 142-148

[3]孟妮娜，周校东．GIS空间数据转换为DXF格式的方法研究[J]．测绘科学，2007，32(2)：105-107

[4]邬伦，刘瑜，张晶，等．地理信息系统——原理、方法与应用[M]．北京：科学出版社， 2002

[5]李娇娇，王崇倡．基于ArcGIS的CAD到GIS数据转换[J].交通科技与经济，2009(1)：42-44

[6]夏兴东，沈娟红．FME在数据转换中的应用[J].现代测绘，2011，34(3):62-64

[7]徐方斌，刘仁义，张丰，等．一种使用语义和遗传进化思想的CAD和GIS数据转换方法[J]．浙江大学学报：理学版，2012，39(5)：587-592

[8]周张琪，彭明军．CAD 到 GIS 的批量转换方法比较及其基于ArcEngine的实现[J]．测绘科学，2010(5)：161-163

[9]郭岚，席晶．MapGIS数据转换方法研究[J]．西安科技大学学报，2011，31(1)：64-67