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摘要：随着计算机技术的发展，地理信息系统经历了将近五十年的发展，日趋成熟，正在由二维GIS走向三维GIS。然而同GIS的开发相比，GIS的数据录入或数据库建设明显薄弱。因此怎样利用好现有的CAD数据，让其符合GIS的要求仍然是当前的重要问题。本文以地下管线CAD数据为例，论述CAD数据和GIS数据的主要区别、转换方法以及转换过程中存在的问题。
关键词：GIS,CAD数据,数据格式转换,ArcGIS
1引言
经历将近五十年的发展历程，GIS在各行各业得到广泛应用，已日趋成熟。GIS由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。在GIS项目建设过程中，数据占GIS整个工作流程75%的时间[1]，这就意味着在商业应用中，GIS系统成本的75%甚至更多用在了数据的建设上。而且数据质量的好坏对系统的运行起着至关重要的作用。鉴于此，有关专家提出数据格式转换，将现有的地图数据转换为GIS数据[2]。
在我国，地图数据绝大多数来源于测绘部门。目前，广大测绘工作者普遍采用AutoCAD系列软件进行作业。因此我国各大中城市的大中比例尺地形图中不同程度地都有AutoCAD数字地形图。地图数据到GIS数据的转换也相应地变为CAD到GIS数据的转换。ArcGIS作为常用GIS软件，具有强大的空间分析、数据管理等功能，在建立空间数据库方面具有得天独厚的优势[3]。笔者以地下管线CAD数据为例，利用ArcGIS的Geodatabase数据模型，探讨了CAD数据有效地转换到GIS数据库的方法，总结了可行的解决方案。
2CAD数据与GIS数据的主要区别
CAD和GIS之间有大量的技术重叠，两者都用计算机图形，相似的输入、输出设备，并生成漂亮的彩色图像。但是，两者的相似性到此为至。同GIS相比，CAD较简单，下面介绍一下两者之间的不同之处：
（1）拓扑关系。拓扑关系是GIS区别于CAD的一个重要特征，CAD中的图形元素之间没有拓扑关系，在其数据库中，通常只记录着表示图形元素几何位置、形状及大小的几何坐标和表示图形元素性质（如颜色、层等）的辅助数据。而在GIS系统中，不仅几何坐标，而且元素间的拓扑关系都是数据中不可缺少的内容。
（2）数据组织。在GIS系统中，数据按专题形式组织，一个专题（如道路、水系）对应于一个数据文件或一组数据文件，各个专题数据独立存在于GIS数据库中。在CAD系统中，一幅CAD图形往往对应于多个专题内容。如一幅地形图中，有等高线、建筑物、道路等多个专题。当然，CAD图形中的多个专题可以分别处于图形的不同层中。但是，他们统一存储在一个图形文件中。通常CAD图形中一层可以对应于GIS系统的一个专题。
（3）属性与符号。在CAD中，出了图形坐标以外，另一个重要内容就是图形数据。一个点状元素可以用不同的图形符号表示，一条线段可以对应于不同的线型，正是有了这些符号，CAD中的图形才具有很强的可视性。不同的符号可以具有不同的形状、大小和颜色。在GIS中，图形数据只有点、线、面三大类。各个元素没有固定符号表示在图形库中。但是，除了图形数据以外，GIS数据库中还有一部分属性数据，通常图形数据的符号特征记录在其中。对应于不同的属性内容，图形元素也可以以不同的形式表现出来。
3CAD转换到GIS数据存在的问题
之前已有一些人进行了CAD到GIS数据转换的相关研究[4][5][6]。但是都没能很好的解决在GIS系统里的存储和显示问题。没能够有效的表达CAD数据中的元素之间的几何关系和拓扑关系。严格意义的数据转换是指现有的CAD数据在转换为GIS数据时要保持其空间要素的几何一致性，转换后的数据要无损的表达。现有的转换存在以下问题：
（1）要素丢失：CAD软件中某些图形实体数据结构不能在GIS软件中接受，或者转换前后数据的对应关系没处理好，导致在CAD数据转换为GIS数据时，有的要素没有转换过来，造成了数据要素的丢失。
（2）要素变形：CAD几何形状包含水平和垂直线段，通常线段之间的夹角是规则的。GIS实际上不包含水平或垂直线段，除了直角，其它的规则夹角很少；在CAD中，圆弧和曲线是基本的，而在GIS中，它们实际上不存在。由此可见，CAD软件中的基本图元定义与GIS软件中的不完全一致，CAD中的图形数据结构和GIS中的图形数据结构不一样，再加上原CAD数据在作业的时候操作不规范，都有可能造成转换后数据要素变形。
（3）数据冗余：图形数据中可能存在碎线（如等高线、海岸线等）、空注记，或者因CAD中数据分层不合适造成转换后线上点密现象，都会造成数据冗余。
（4）属性信息不足：各种CAD软件都很少附有属性信息，这样就造成转换后属性信息不足，而属性信息却是GIS实现各种应用分析功能的关键因素。数据转换后许多属性信息追加起来费时费力，容易产生错漏并且不容易检查修改[4]。
4ArcGIS的解决方案
在格式间的转换，现在的各种GIS平台都提供了面向其他平台的数据双向转换工具，数据转换方法[7]很多。但是这并没有解决GIS对数据部门的真正需求，格式的转化仅仅达到了显示数据的图面表示目的。然而仅仅拥有图面的数据对GIS系统而言是远远不够的，缺乏与图面几何要素相关联的属性数据，GIS的强大空间分析能力就无从谈起。因此要真正的实现在CAD数据与GIS数据之间的相互转换，图形的一部分内容（几何坐标）需要转换成GIS的图形数据，一部分内容（几何特征）需要以属性的形式记录到属性表中。
下面对地下管线CAD到GIS数据转换，提出一种基于ArcGIS的解决方案。基本流程（见图1）分为CAD数据转换前期处理；数据格式转换；转换后符号设计、属性提取、更新入库。
图1数据转换解决方案基本流程
4.1地物分层，数据编码
CAD是以图层的方式进行数据组织，包括点、线、面3种元素，图层组织没有统一的标准，而GIS一个图层只表示一种元素，而且，CAD的分类不够精确，为了出图效果更好，将同一元素以多个图层的方式出图，如将道路中心线，地下管线路中线等分成多个图层。因此，CAD数据转换为GIS数据时，GIS数据图层总数往往比CAD多，这样繁多复杂的图层关系，不利于GIS系统的管理分析。
对CAD数据转换为GIS数据进行图层分类，首先应对CAD源数据进行分析，然后根据用户的目的及数据处理的需求，提取CAD图层的主要信息，对转换后的GIS数据进行分层组织。
图层分类是对数据的定性标识，也是进行编码设计的基础。数据编码是一个或一组有序的数字或符号，便于计算机进行信息查找和识别。编码是GIS系统中地物的唯一关键字[4]，也是实现GIS基础空间信息共享的基础，GIS编码必须按照国家的标准进行设计，操作方便，且必须要有可扩充性，有利于日后信息的扩充。
4.2属性设计
GIS系统与CAD系统的最大不同，也是GIS优胜之处，便是GIS系统能支持海量的属性信息。转换后需要根据CAD中的扩展属性，对GIS空间数据库图层进行属性设计，在ArcGIS的Geodatabase数据模型中，图形数据和属性数据是存在关系数据表中的，实现了属性数据和图形数据的有机集成[8]，可以根据GIS数据库满足应用要求为前提，对CAD图形进行编码，并进行属性链接的操作。
4.3符号设计
在转换后的GIS数据库中，要素不能以符号显示，只有点、线、面和注记实体，不能识别为何种地物，因此要具有完善的符号库和符号匹配开发，可以在ArcGIS中，参照点、线、面符号标准的规定，设计相应的转换匹配符号库，实现地理要素与其对应地地图图式的匹配与连接[9]。
5技术实现
ArcGIS提供的Geodatabases数据模型具有强大的数据管理功能，利用它可以实现空间数据的存储及管理。处理流程包括以下四个步骤：①在ModelBuilder中对CAD数据到Geodatabase数据的转换过程进行建模（图2）；②建立CAD数据和Geodatabase数据的属性项对照表（表1和表2）；③利用ArcGIS工具实现CAD数据到Geodatabase数据的转换（图3）；④利用ArcMap对转换后的数据进行符号化处理（图4）。通过试验，成功地实现了地下管线CAD数据向GIS空间数据库中的转换，通过对比可以看到转换以后，图形要素的空间特征、颜色得到了保持，没有丢失图形要素。
图2从CAD到GIS数据的转换流程
图3原始地下管线CAD数据
图4CAD转换后数据的符号化结果
6结束语
随着GIS在各行各业中的广泛应用，GIS的开发显得日趋成熟，GIS数据库的建设显得相对薄弱，利用现有的CAD数据，将其转换成GIS数据是一个值得关注的数据快速生成方法。该文通过分析比较CAD数据与GIS数据的特点，以地下管线为试验数据，探讨了从CAD数据到Geodatabase数据库的方法，并且试验运行实现了数据转换、属性提取的功能。虽然只是针对地下管线做了实验，但可作其他CAD数据转入数据库的参考。
参考文献
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[2]周勇前.GIS与CAD数据交换[J].武测科技,1996(3):16-19.
[3]于慧峰，李巍，杨树启.浅谈AutoCAD与ArcInfo数据属性信息互转.东北测绘,2001,24（3）：23-25.
[4]周小成，焦道振.基于Geodatabase的CAD数据到GIS的解决方法.现代测绘，2004，27(6)：15-17.
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[7]陈南南,李蓬,周美霞,吴正.CAD数据到GIS数据转换的讨论.北京测绘,2012,1:15-17.
[8]王庆来，张鹏飞，赵钢.地形图CAD数据转换为理正GIS数据格式经验浅谈.城市勘测，2008，01(48)154-156.
[9]肖鸣.CAD数据向GIS空间数据库转换方法的实现.测绘信息与工程，2007，32(3)：24-26.
