基于ArcGIS Engine的地理数据库属性转换至 CAD注记的优化研究

2018-12-20赵振洋

铁道勘察 2018年6期

赵振洋

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

1 概述

CAD具有完善的图形绘制功能和强大的图形编辑功能，在铁路设计中采用CAD技术不但可以大大减轻设计人员工作量，缩短设计周期[1]，实现铁路勘测设计标准化，而且有利于多方案比选，提高自动化设计水平，对加快设计速度与提高设计质量有重要意义。在铁路前期的线路和站场等设计过程中，线路沿线的大中比例CAD地形图对整个线路和站场的设计和方案评价起着至关重要的作用[2]。

目前，大多数城市的基础地理信息数据是以GIS地理数据库格式存储，需对收集到的GIS数据库地形数据进行转换处理，将各种GIS数据格式转换为CAD格式[3]。主要有以下几种转换方式。①使用ArcMap中的Conversation Tools[4]：转换过程简单快捷，无需其他软件配合，缺点是其几何要素易丢失，且其转换后的地理实体属性信息无法有效转换为CAD注记，转换后的数据整理和修改工作量较大且无法进行批量转换。②使用FME(Feature Manipulate Engine)[5]：该方法具有强大的功能和灵活性，数据转换效率和质量相对较高，但是转换操作极为繁杂，且对模版过度依赖，在实际应用中仍存在较大的困难。③利用FME 语义转换：该方法具有图形要素符号化转换较为精确的特点，但其侧重于地理数据几何图形之间的转换，对于属性信息的表达较为乏力，尤其是对多个字段属性的表达难以实现，仍需大量的人工干预。

在深入研究以上数据转换流程的基础上，提出一种基于ArcEngine的转换方法。该方法借助ArcEngine的二次开发Com接口，使用C#编程语言，可实现由地理数据库复杂属性数据向CAD注记的个性化、多样化和简单化的有效批量转换。该方法能与其他方法配合使用，可以实现地理数据库图形信息与属性至CAD图的快速无缝转换。

2 转换原理

2.1 地理数据库注记存储机制

在我国当前的测绘系统中，地理数据库的存储和处理多基于ArcGIS平台(以下如无特殊说明，均为ArcGIS平台下的地理数据库)。地理数据库中，每个要素随实际使用的需要，均可包含十分丰富的属性信息，为了直观地表现地理实体的一个或多个属性信息，需要将以上属性信息以文字的形式直接显示于地图中，这就是地图的注记[7]。在ArcGIS平台下，注记功能的实现有以下2种方式。

(1)地图的标注(Label)

地图标注是指在地图窗口中通过一系列设置，自动生成和放置地图要素(描述性文本信息)的操作[8]。它的一个显著特点是随着地图比例缩放，标注的位置可实时动态变化，标注的大小则不会发生变化；另一个特点是标注无法独立存储，而是依附于地图文档(*.mxd)。

(2)地图的注记(Annotation)

地图注记是指存储于地理文档或地理数据库中包含有自身的位置、文本字符串以及属性的特殊文本图层[9]。与标注相比，它具有以下特性：独立存储在地理数据库中，拥有地理位置和属性；随着地图比例的缩放，标注的大小会相应变化，位置可以根据设置而随比例发生变化或者固定。在注记生成时，若启用了“关联”功能，则注记会随着对应图层的变化而即时变化，例如图层中要素发生移动，注记也会相应移动。其它操作同样具有联动性。

2.2 CAD注记存储机制

在使用CAD进行制图的过程中，除一般的几何性注记外，地理实体的属性标注主要通过图层实现[10]。制图人员通过Text命令或者其它类似命令，采用手工输入的方式，将地理实体的相关属性标注于地理实体周围。标注文字的参考比例一经选定，文字大小较难改变，位置也随即固定。受CAD平台空间分析能力的限制[11]，标注无法与空间图形相关联，同步操作较为困难。

2.3 转换过程

目前，ArcGIS平台提供了一整套由地理数据库向CAD转换的流程[12]。其中注记部分的转换流程如下：首先将地理数据库按图层加入ArcMap中，根据制图要求选择每个图层所需标注的属性字段或表达式，设置其字体大小、颜色，放置属性及比例等，对以上每个图层使用标注转注记(Label To Annotation)命令，将各图层注记存储于指定的地理数据库中，完成以上操作后，将地理数据库中图形图层和注记一同导出并转换为CAD格式地形图，流程如图1。

图1 地理数据单个图层转CAD流程

通过以上流程，可以实现单个地理数据向CAD地形图的转换，并在转换过程中实现对地理实体属性的注记。此流程仅能针对单个的地理图层进行转换，且每个地理图层的地理实体标注内容、放置特性和比例等不尽相同，难以适用于大批量的数据转换。

3 程序的设计及软件的实现

为解决以上问题，设计开发了将GIS地理数据转至CAD数据的转换软件。主要界面如图2。软件主要分为3部分，即参数设置区、数据操作区和结果实时预览区，界面下方有各类操作的进度显示。

图2 软件界面

该软件支持当前各种常见的地理数据库存储格式(shp格式、mdb格式、gdb格式等)，且整个操作流程十分简洁。本软件的中间结果数据以mdb的格式存储，选定数据源后需要手动指定中间结果的存储路径。在待转换区域，选择待转换的图层列表和各个图层对应的属性字段。若对图层的注记样式有特殊需求，只需要勾选界面中指定的图层样式选项，然后选择指定的样式文件即可。样式文件主要存储各个图层注记的颜色、大小、参考比例、放置属性等信息，与图层文件分开存储，可直接使用记事本编辑。选定后依次执行标注图层、注记转出、CAD转换，即可完成地理数据库至CAD的快速转换。

4 工程应用及结果分析

以佳木斯-鹤岗铁路工程前期勘测中外业调绘数据制图为例，转换前调绘地理数据库数据列表如图3所示。数据库中共有村镇、道路、地下光缆标、电杆等各类地理要素15种，各类要素均有不同的地理属性，在转换时，需要根据工程制图实际需要，将以上各类地理要素的地理属性转换为CAD注记。

图3 转换前地理数据数据库列表

在转换过程中，需要对电力线、电杆、房屋等地物进行转换。电力线属性表中有电力线的材质、根数等属性需要表现，电杆中有高度、材质等属性需要表现，房屋有材质、高度等属性需要体现。在几何要素转换完成后，只需要进行相应的简单操作，即可完成地理数据库地理实体属性至CAD注记的转换，转换过程如图4所示。

通过转换，CAD图中完整保留了地理数据库中实体所需表现的属性，并在CAD样式表中实现了标注样式的自动设置，较好地完成了地理数据库至CAD地形图的快速转换，转换前后对比如图5(a)、图5(b)所示。

图5 转换前后数据对比

转换所需时间因计算机配置不同而略有差异。相较于传统的人工注记整理方法，效率提升明显。以转换中的电杆图层为例，计算机CPU为I5-6200，内存为8 Gb，图层中共有1927个要素，每个电杆要素需要注记其电杆类型及电线根数。在传统的转换过程中，首先需要根据转换后的要素空间位置在地理数据库中找到同要素，查阅该要素所需标记的属性[13]，在CAD中使用Text命令将该属性文字加入到图中，然后手动调整注记位置，以上过程至少需要5 s，而在本软件中，只需要在图层中勾选以上两个字段，然后开始转换即可，单个要素所需时间基本为毫秒级别，二者所需时间对比如表1所示。可以看出，本软件的转换效率可达传统转换方法效率的数百倍，极大地节约了人力和时间成本。