基于DWGDirect的CAD到GIS数据转换研究

于艳超，许捍卫，杜婵娟

（1.河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210098；

2.河南省地质矿产勘查开发局 第四地质矿产调查院，河南 商丘 476000）

基于DWGDirect的CAD到GIS数据转换研究

于艳超1，许捍卫1，杜婵娟2

（1.河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210098；

2.河南省地质矿产勘查开发局 第四地质矿产调查院，河南 商丘 476000）

针对CAD数据到GIS数据的转换中大量存在的信息缺失、效率低下、更新困难等诸多问题，提出基于DWGDirect类库，结合ArcEngine实现CAD数据到GIS数据的转换，很大程度上解决了上述各种问题，确保了数据转换的科学性和高效性。

DWGDirect；OpenDWG；CAD；GIS；AE；数据转换

数据的采集和获取是GIS建设的基础工作。为了计算机辅助绘图的方便，我国测绘部门常使用诸如CAD 之类的绘图软件制作DLG[1,2]，使得数据的维护、更新变得极其不便。张叶等论述了城市基础CAD到GIS数据转换的一些问题，并介绍了基于Geoway进行数据转换的方法，但存在编码不规范、构面工作量大等问题[3]；任东风等通过AO+VB设计了数据转换程序，实现AutoCAD 环境下的大比例尺地形图数据向GIS 数据格式的转换[4]；李金朋等通过插件式GIS实现CAD数据到GIS数据的转换[5]。基于上述研究，本文采用DWGDirect 类库，成功地解决了2种数据模型之间的无损转换。

1 CAD与GIS数据模型的区别

传统的CAD模型设计的目的是方便制图，它往往只注重图面效果，而忽略要素属性信息，且只以文件形式存储。而GIS数据模型设计的目的主要是为了数据分析和挖掘等，能同时兼顾图形和属性信息的表达，它不仅支持文件存储，而且可以依赖关系数据库模型而存储。CAD处理的多为规则图形，而GIS多为非规则图形。CAD图形功能强而属性处理能力弱，而GIS图形与属性操作比较频繁，且专业化特征比较强，CAD则不具备地理意义上的查询和分析能力[6]。

1.1 CAD数据模型

以DWG为后缀的图形文件是由CAD生成的一种二进制文件，包括Header、Entities、Tables、Blocks和Contingency Header，分别是头部、实体部、表部、块实体部以及应急头部。Entities中存储的是该DWG中的全部Entity，Entity头部长度是一定的，而且对每一个Entity都是相同的；而Entity尾部，CAD公司为了节省资源，采用了极为紧凑的格式，它描述了Entity的主要集合参数。

CAD图形是一些对象的集合，这些对象存储在数据库（AcDbDatabase）中，实体、符号表和数据词典是数据库中最基本的对象。AcDbDatabase中的所有图形元素均被称为实体（Entity），每一种实体都被系统赋予唯一的类型名称，通过访问CAD实体，我们可以把外部信息附加到文件中，这是简化复杂制图工作的一种最有效的途径。AcDbDatabase中所有实体的关系如图1所示。

图1 AcDbDatabase中实体的关系

1.2 Geodatabase模型

Geodatabase是一种对象-关系数据模型，通过面向对象的数据建模方法能够更自然地描述要素，自行定义对象类型，定义拓扑、空间和一般关系，以及掌握这些对象如何与其他对象发生交互作用。优点：空间数据统一存储、空间数据录入和编辑更加精确、用户操作更直观、要素拥有更丰富的背景信息、可以制作更优质的地图、动态显示地图上的要素、定义了更好的要素外形、要素集是连续的、多用户同时编辑地理数据等。

Geodatabase数据模型包含3种空间数据表达方式：用矢量数据表达离散的空间要素；用栅格数据表达影像、格网化专题数据、曲面；用不规则三角网（TIN）表达曲面。Geodatabase按照一定的模型和规则组合空间要素数据集（Feature Dataset），它按层次型的数据对象（Object）来组织空间数据，这些数据对象包括：对象类、要素类、要素数据集和关系类等。Geodatabase层次结构如图2所示。

图2 Geodatabase层次结构

1.3 CAD与GIS数据图形对照

CAD与GIS数据之间的区别主要体现在对图元表达的不同[7]，CAD图元主要分为块、文本、线、圆弧等；而GIS则分为点、线、面和文本等。以点状地物为例，CAD会用各种符号和注记来表示地理实物，注重地物的视觉表达，并且符号的制作也具有灵活性，但是不注重对拓扑关系的反映；而GIS数据在表示点状地物时必须进行符号化（表1）。

表1 CAD图形与GIS图形对照表

2 DWGDirect技术

2.1 DWGDirect简介

DWGDirect类库是一套完全面向对象的类库。该类库支持CAD的众多版本，能够直接读取DWG文件以获取数据信息，并且具有较高的效率和安全性。DWGDirect类库包括：

1）OdRx类：在运行时对类进行注册和识别；

2）OdDb类：表示AcDbDatabase中的所有Entities数据；

3）OdGi类：用来实现对数据对象进行渲染；

4）OdGe类：一种通用几何类（像点、线、面）；

5）OdBr类：该类主要用于B-Rep；

6）OdGs类：是一种图形系统类，用来为用户提供矢量化。

在DWGDirect类库中，一个DWG文件在内存中实际上就是一个OdDbDatabase类的实例。每个实例代表一个数据库，它是一些实体对象的集合，包括9个符号表和1个对象字典： UCS、Text Style、Layer、Line Type、View Port、RegApp、Block等和Object字典。其中每个表和字典中均包含很多记录，像Block Table中包含多条Block Table Record 记录，点、线、圆等Entities数据都包含在Block Table Record 中。根据此OdDbDatabase数据库结构，利用对应的类库函数，就可方便地访问到CAD文件中的Entities数据等信息[8]。

2.2 Windows平台配置

在Windows OS下DWGDirect类库提供单线程的静态链接库（DD-vc6ML）、多线程的静态链接库（DD-vc6MT）、静态多线程的DLL库（DD-vc6MD）和动态链接库（DD-vc6）等。在Windows OS下所需要的头文件都包含在DD_NonLibs.zip中，使用时选择正确的类库头文件和静态动态链接库，并在项目中添加引用即可。

3 基于DWGDirect的CAD到GIS数据转换

对于经过数据预处理的本地CAD数据，通过数据转换、数据分层、数据后处理等操作，完成CAD数据的转换入库（图3）。

图3 CAD数据转换入库流程图

3.1 数据预处理

1）数据预处理。在进行转换前，首先应对其进行简单预处理，以减少转换过程中不必要的错误，预处理在AutoCAD中进行即可：确定所有图层是否处于打开状态，是否未冻结，是否未锁定；清除废块，删除重复要素，检查是否存在未封闭的多边形等。

2）配置表设计。为了满足不同用户的需求和项目应用的变化，设计使用Microsoft Access数据库作为系统配置表。对转换过程中涉及到的基本属性、扩展属性、数据库图层、字段、分层对照关系以及转化进程和错误信息的日志等进行配置。

3.2 数据转换

数据转换主要是把CAD中的实体数据，按照表 1对应的几何类型分为点、线、面、注记4层，并保存其属性信息，最后存储到临时Geodatabase中，设为GB1。

1）创建临时数据库：CAD通常采用几何坐标系，而GIS则采用地理坐标系，因此在创建数据库时，可以读入GIS自带的或自定义的坐标系文件。创建点线面注记层时，可以在配置表中设定其需创建的字段。

2）属性信息获取：属性信息包括基本属性和扩展属性。分别封装2个类：MyData和MyXData。在事务处理中，通过类的实例，将属性信息赋给要素。基本属性，例如Name、Line Type、Code、Layer Name等按照需要选择保留；对于扩展属性，利用各实体句柄与图形建立关联，也读取出来，实现图形数据与属性信息的对应关系，为第三步的数据分层作好挂接。

3）数据转换：按照图1所示CAD数据模型，基于DWGDirect类库，创建实例和事务处理过程，遍历Block Table Record，获取其实体数据，按照表1所示对照关系，进行CAD数据到GIS数据的转换，最终将数据保存到点、线、面、注记4个层中。

3.3 数据分层

CAD数据依据层名Layer Name来区分各个层，数据转换结束后Layer Name作为基本属性存储在GB1中，可以据此来作为分层的依据。

1）配置分层表：建立CAD图层名到GIS要素（点线面注记）之间的分层对照表，该表至少包括CAD图层名，GIS点、线、面、注记层名5个字段。

2）创建分层数据库：通过对客户需求进行详细分析，设计标准配置表：入库图层（图层名和几何类型）、图层字段对应关系（图层名和字段名）、字段列表。通过这些对照关系，建立分层数据库，进行分层。

3）数据分层：读取GB1，对其要素进行遍历，按照分层表进行分层。另外，由于实际情况往往比较复杂，可能需要根据一些属性编码和块名来进行分层。例如，如果CAD数据中提供诸如CASS码之类的信息时，我们可以在配置表中建立CASS和国标码之间的对照关系，并依此进行分层。

3.4 数据后处理

在数据入库之前，需要对数据进行检查，杜绝可能对建库造成影响的因素（例如接边，拓扑错误等）。根据检查结果作相应处理：对于道路、房屋线等重要要素进行接边处理，确保要素的完备性；对房屋线等进行构面，找到共用边线的地方，对这些要素进行拓扑分析并参考构面点进行拓扑构面；对面状要素，进行面状修复。

4 项目应用

安徽省某市测绘院通过上述技术，将DWG数据文件的地形图文件转换入库，从而建立GIS地形数据库，为城市规划、管理和建设提供GIS数据支持与服务。该方法不仅能够继续沿用原有的生产习惯和作业方式，而且有效地避免了培训学习和重复作业造成的巨额成本。同时，可以解决其他部门和业务环节对空间数据的需求，可以最大限度地利用GIS在空间数据管理和共享中的能力。

[1] 王波,张亮,孙霞.CAD向GIS数据的转换入库[J].地理空间信息,2011,9(3):24-26

[2] 李淑清.地形图与Geodatabase转换的探讨[J].地理空间信息,2010,8(2):26-28

[3] 张叶,孙毅中,陈年松.CAD城市基础数据到GIS转换的有关问题探讨[J].测绘与空间地理信息,2007,30(1):94-97

[4] 任东风,徐立军,才艺.CAD到ArcGIS数据转换问题[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2010(增刊):25-27

[5] 李金朋,刘化冰,李新双.基于插件式GIS实现CAD数据到GIS数据的转换[J].测绘,2011,34(4):168-170

[6] 周小成,焦道振.基于Geodatabase的CAD数据到GIS的解决方案[J].四川测绘,2005,28(2):74-77

[7] 孔毅,张志强,赵崇亮.基于ArcGIS的CAD数据入库研究[J].测绘通报,2010(5):54-56

[8] 晏韵,许超.基于DWGDirect访问AutoCADDWG图形文件[J].工程图学学报,2010(6):178-181

P208

B

1672-4623（2015）01-0084-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.028

于艳超，硕士，主要从事GIS开发与应用工作。

2014-01-03。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41101374、41101308）。