CAD与GIS数据的可视化转换方法研究

摘要：对CAD和GIS数据模型进行分析后，论述了如何高效构造可视化的转换模型。可视化转换模型可以在转换结果的准确性和工作效率间找到平衡点，是一种方便、快捷、高效的解决方案。

关键词：CAD数据；GIS数据；可视化转换

中图分类号：TP751文献标识码：A文章编号：16727800（2011）02016602

作者简介：刘文利(1969-)，女，河南郑州人，广东省科技职业技术学校讲师，研究方向为机械制图与CAD教学研究。0引言

计算机辅助设计(Computer Aided Design：CAD)是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。代表性产品是Autodesk公司的Autocad系列产品。CAD主要应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。

地理信息系统（Geographic Information System：GIS）是在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布及属性，以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。代表性产品是环境系统研究所（ESRI）的Arcgis系列产品。GIS主要应用到土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府行政管理等部门和领域。

我国在测绘制图、城市规划、资源环境调查、灾害监测、交通、农业、林业等部门已经积累了相当多的CAD图形数据。由于CAD和GIS的数据模型之间存在极大的差异，导致它们对同一地理实体的描述方式不一致，使得实现这两种格式数据之间的相互转换存在较大的难度。可视化转换模型可以在转换效果和工作量之间找到平衡，使大部分人员均可实现理想的转换结果。

1数据模型

1.1CAD数据模型

Autocad数据注重描述地理实体的空间位置和几何形状等信息，它以符号化的形式分层管理数据。CAD文件是由诸如颜色、线型、线宽、符号等静态图形特征组织后的图层集合，实体或元素都包含在单一的文件中，属性数据的主要描述依据图层和注记。地理实体以线型、图层、颜色、字体等几何特性和空间位置数据记录等方式表达。

1.2GIS数据模型

GIS能够将地理实体的空间信息和属性信息集成管理。地理实体的属性信息是用来描述地理实体的属性特征的信息，是一个属性数据库。更重要的是它包含了CAD所没有的空间信息，如实体间的拓扑关系，与地理实体相对应的空间坐标系等空间信息。GIS地理实体的数据既包含Autocad数据的空间位置和几何形状的信息，同时又包含地理实体的属性信息，GIS根据这些信息才能实现空间分析、测量、分类、统计等功能。

1.3传统数据转换方法

在不同的系统数据格式中对同一实体对象的描述手段与组织方式不尽相同，如何实现不同系统间数据的转换，最理想的状态是对两个系统间的所有语义建立一一对应的映射关系表。但在实际实现过程中，不可能将所有的元素都建立这样的关系，这样就产生了信息传递过程中的语义变异与信息理解上的语义偏差。因此，可行的转换模型就是建立一个两种数据格式之间尽可能完备的映射关系表。

传统的数据转换技术的是提供一个简单直接地访问外部数据的方法。此方法的基础是对两种数据结构的有限支持。在某些情况下，他们仅处理特定的数据对象。这时映射关系表中的映射只是完备集命中的一个子集。

还有一种常用数据转换的方式是使用各个软件中的公开数据格式。每个软件为了与其他软件进行数据共享，通常都定义一种公开的数据格式，如DXF和E00格式。普通用户可以直接读写这些公开的数据格式，实质上它们起到了一个数据桥梁的作用，通过这个桥梁可以实现软件之间的数据转换。但是这种方式仅仅是简化了直接读取源数据的难度，因为这些公开的交换格式又是由各软件厂商自己定义，所包含的内容和表达方式不尽相同，并没有从根本上解决构建一一对应的映射关系表的问题。

2可视化转换模型

ESRI公司的Arcgis是使用最普遍的GIS应用软件，最新版本中增加了数据互操作扩展模块，其内核是基于加拿大Safe Software公司提供的要素操作引擎(Feature Manipulation Engine：FME)技术。互操作模块提供了空间数据提取，转换和加载(ETL)功能，使用户可以使用多种数据格式工作。FME基于语义转换技术进行数据共享，允许用户在数据转换过程中重新构造数据，这些重新构造的数据对用户可能是“灰箱”甚至“黑箱”。FME使用户可以根据特殊需求，提取相同数据源的不同内容，而不是以单一格式输入和输出数据。当在系统间数据模型的存在极大的语义异构时，例如CAD系统和GIS系统，这一技术显得特别实用。在Arcgis中，数据互操作扩展模块在结构上进行了更新，使用户可以用可视化的方式导入导出大部分数据格式，并且该扩展可以基于属性值输出多个数据集。

2.1可视化转换模型理论基础

FME进行转换使用了与传统转换不同的技术，它实现了“语义转换”。语义转换提供了一个引擎，能够分别对输入或输出数据重新进行定义。支持这个引擎的是FME所提供的一个非常丰富的数据模型，它比各种专用格式所支持的数据模型要更丰富，并且具有内部一致性和可扩展性，从而实现很高程度的数据重新定义。它不是简单的从一种格式到另一种格式的转换，而是完全在一种通用格式上工作，并且注重提供各种模块来帮助用户操纵数据并转换为需要的形式，其中格式的改变只是数据转换过程中的一小部分工作。

FME通过其内置的“函数”和“分类机”提供了一系列的數据处理功能。这些功能可以用于在数据转换的过程中进行图形数据的操作（如构面或连线），或生成新的属性（如长度或面积）。

FME语义映射通过构造语义映射文件来实现，它应用的是一种宏语言，很多映射文件要引用输入数据集、输出数据集，或者其他映射文件。语义映射文件的内容一般包括：读写器定义及其配置、要素表、函数、要素动态生成器4部分，其中最灵活的是要素表。用户可以根据目标数据的要求选择不同的分类器，软件将在调用映射文件时按照要素表选用的函数顺序执行转换。

Feature表是用来描述要素类特征和控制要素类行为的，是按照目标数据的格式设计的控制文件。Feature表包括两部分内容:一部分用于描述要素类特征，具备这些特征的都属于同一要素类；另一部分是附加部分，例如在进行数据转换时，需要调入地理信息系统的目标数据所需的某些属性在源数据中没有体现，那么就要在转换前在语义映射文件中添加。

2.2可视化转换模型构造

可视化转换模型构造的特点就是在工作台中以可视化的方式构造映射文件。其通用流程如图 1所示。

图1可视化转换模型构造流程

首先，需要创建空间ETL工具，一旦工具被创建，工作台将呈现，这是用于可视化数据转换建模的工作环境。

模型构建的第一步是选择源数据及其格式。对Autocad，系统支持DXF、DWG、DWF以及SDL格式，在数据类别选择中的搜索文本框中输入“auto”，这将在列表过滤Autocad的相关数据格式。通常使用的文件格式是DXF和DWG。

其次是选择目标数据和格式。在Arcgis的该扩展模块中，基本支持ESRI公司的所有数据格式，包括SHP、E00、ADF、MDB、GEN，以及网络数据库ARCSDE格式。

源数据和目的数据确定后，即进入可视化操作平台（workbench），该平台提供了数据库、属性、列表等12类近270个转换模型，这些模型可以通过WINDOWS中典型的“拖”和“拉”的方式将源数据和目标数据连接起来，它们即可以“并联”使用，也可以“串联”使用，也不限于单一的源或目标数据。平台还列出了模型中所使用的全部参数，以及模型执行过程中的输出日志如图 2所示。

图2可视化操作平台(workbench)

平台模型构造完成后，可以在平台内直接运行模型，并以图形的方式察看转换结果，针对结果调整数据流动的过程和模型的参数，最后达到转换的目标。

3结束语

不同格式数据之间的转换一直是一个研究热点，如何在不同数据格式间进行精准转换是长期以来未能完美解决的一个问题。Arcgis数据互操作扩展模块帮助用户在各种类型的数据间建立了桥梁，通过新的空间ETL工具，让我们可以进行复杂的数据转换。其可视化的操作平台简化了数据转换的难度，提高了转换的效率和精确度，是CAD数据和GIS数据进行转换的理想方法。

从更长远的目标看，不同数据格式之间的无缝共享是最终的解决方法，这时数据格式的问题不再是用户需要考虑的对象，无论什么格式的数据都可以在单一软件内进行无缝的互操作，就如同操作原生格式一样。

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（责任编辑：周晓辉）

Study on Visualizational Conversion Between CAD and GIS Data

Abstract:The conversion between different data formats is often the work of GIS and CAD problems，how to construct accurate and efficient conversion model is an important task.In this paper，CAD and GIS data model analysis，visualization of how efficient the conversion model structure were discussed.Visualization transform model can result in the conversion accuracy and to find a balance between efficiency is a convenient，fast and efficient solutions.

Key Words: CAD Data；GIS Data；Visualization Transformation