劉 軍， 王浩驊， 王 卉， 林 艷， 燕 煒

(1.中國人民公安大學(xué)，北京 100038;2.北京微技術(shù)研究所，北京 100102)

0 引言

圖形數(shù)據(jù)是現(xiàn)實世界中地理信息的載體之一，是地理信息系統(tǒng)(簡稱為GIS)分析和處理的對象。當(dāng)前警用地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究中最主要的任務(wù)之一就是快速而高效地進(jìn)行海量圖形數(shù)據(jù)的輸入。在計算機輔助設(shè)計(簡稱為CAD)制圖的數(shù)據(jù)模型中，不同的符號具有不同的形狀、大小、顏色和圖形，其數(shù)據(jù)特征體現(xiàn)了很強的可視性。從空間地理信息角度來看，CAD缺乏對空間實體位置信息和空間關(guān)系的表達(dá)與處理這一重要功能。而GIS卻在空間分析方面發(fā)揮著優(yōu)勢作用，能夠?qū)σ延械目臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、查詢、分析和推理［1］。由以上論述可知，CAD系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)具有不同的側(cè)重點和數(shù)據(jù)特性，這就造成了兩者的數(shù)據(jù)存在著明顯的差異。對于警用地理信息系統(tǒng)(簡稱為PGIS)來說，其需求的圖形數(shù)據(jù)大量都是以CAD圖形作為原始數(shù)據(jù)，因此經(jīng)常需要將CAD格式的數(shù)據(jù)向PGIS數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為了使CAD圖形數(shù)據(jù)更好地轉(zhuǎn)換為PGIS所需求的圖形數(shù)據(jù)，更直接地為公安工作服務(wù)，有必要對CAD數(shù)據(jù)向警用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中的技術(shù)、步驟和應(yīng)注意的問題進(jìn)行分析與研究。

1 CAD制圖的圖形數(shù)據(jù)與警用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的比較與分析

CAD制圖是指利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進(jìn)行制圖設(shè)計工作。如工程CAD、建筑CAD、機械CAD等。CAD具有強大的圖形繪制和編輯功能，其數(shù)據(jù)的主要格式為DWG。CAD還提供了與其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的共享格式DXF。

CAD制圖的數(shù)據(jù)模型是以圖層來組織圖形數(shù)據(jù)的，一個DWG或DXF文件可以包含多個圖層，在同一圖層中可以含有不同類型的元素如點、線、面等。CAD圖形中，一個點狀元素可以用不同的圖形符號表示，一條線段可以對應(yīng)不同的線型，不同的符號具有不同的形狀、大小和顏色。CAD圖形數(shù)據(jù)著重于實物間的視覺表示，但不能描述實物間的空間拓?fù)潢P(guān)系。在CAD圖形中，一般采用幾何坐標(biāo)系。

警用地理信息系統(tǒng)(PGIS)與普通的地理信息數(shù)據(jù)相似，側(cè)重于對地理實體的空間信息、拓?fù)潢P(guān)系和屬性信息的表達(dá)。以目前應(yīng)用最廣泛的商業(yè)軟件ArcGIS為例，其主要有 Geodatabase、Coverage和Shapefile這3種數(shù)據(jù)存儲方式。其中shapefile是矢量格式文件，由空間信息文件(*.shp)，索引文件(*.shx)、屬性文件(*.dbf)3個文件組成。一般還包含一個空間參考文件(*.prj)，Shapefile文件中沒有存儲空間拓?fù)湫畔ⅰoverage是一種拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也是一種矢量格式文件，主要描述幾何和空間拓?fù)潢P(guān)系。Geodatabase是一種基于RDBMS存儲的數(shù)據(jù)格式，它在簡單要素模型基礎(chǔ)之上，存儲空間拓?fù)潢P(guān)系。

在GIS中，圖形數(shù)據(jù)一般以點、線、面的形式存儲，不同形式的數(shù)據(jù)需分層存放，如分為點層、線層、面層等，不同形式的數(shù)據(jù)不能共存于同一圖層。GIS系統(tǒng)圖層中的各個元素用不同的符號表示，用戶可以根據(jù)不同專業(yè)的需求進(jìn)行地圖符號化，從而生成各種專題圖。

GIS中的數(shù)據(jù)主要描述物體的空間關(guān)系和地理信息，采用的大多是地理坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系。

基于以上對兩種格式數(shù)據(jù)的比較，不難看出CAD格式數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖層組織、空間參考、基本特性以及空間拓?fù)潢P(guān)系等方面存在著較大的差異。由于這些差異的存在，在CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，會出現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的損失和屬性數(shù)據(jù)的丟失，比如在轉(zhuǎn)換過程中，要素的某些幾何屬性如顏色、符號等信息會丟失，某些弧線會變形等等，這都需要在ArcGIS中進(jìn)行手工追加與更改;在CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，CAD圖形的幾何坐標(biāo)需要轉(zhuǎn)換成GIS中普遍使用的地理坐標(biāo)系。

2 CAD制圖的圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前的準(zhǔn)備

在計算機輔助設(shè)計制圖的地形圖中，圖形要素有多種表現(xiàn)形式，如單線、復(fù)線、弧、圓等。這些要素構(gòu)成的圖形在計算機輔助設(shè)計制圖中是符合規(guī)范的，但對于PGIS來說有可能存在著不規(guī)范之處，主要表現(xiàn)在3個方面:1)面狀地物如建筑物、水系等不一定會完全閉合;2)線狀元素如道路在交叉路口處沒有斷開;3)一部分線狀地物存在重復(fù)畫線，分成多段存儲等問題。

由上述分析可知，CAD制圖的地形圖有可能存在著不能滿足PGIS要求的特征，因此在進(jìn)行CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前要對CAD圖形進(jìn)行審查，大部分的圖形數(shù)據(jù)需重新編輯，有的需要程序處理，有的需要人工干預(yù)。由于AutoCAD具有強大的編輯功能，可以直接在AutoCAD中對原有的數(shù)字化圖形進(jìn)行編輯修改，找出其中的斷點、重復(fù)畫線等不符合PGIS要求之處。

3 CAD制圖的圖形數(shù)據(jù)向警用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法

在實際應(yīng)用中，為實現(xiàn)CAD制圖數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的無縫轉(zhuǎn)換，往往需要使用GIS數(shù)據(jù)中間件。GIS數(shù)據(jù)中間件是指能夠嵌入各類GIS系統(tǒng)的軟件插件，其原理類似于即插即用設(shè)備的驅(qū)動程序設(shè)計［2］。根據(jù)是否需要中間件可將轉(zhuǎn)換方式分為2種，即直接轉(zhuǎn)換方式和間接轉(zhuǎn)換方式。

3.1 直接轉(zhuǎn)換方式

直接利用ArcGIS自帶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具來完成CAD制圖的圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，這種方式稱為直接轉(zhuǎn)換。

幾乎所有的GIS平臺都提供了面向其他平臺的雙向轉(zhuǎn)換工具，ArcGIS中的Arctoolbox模塊自帶了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具，可快速實現(xiàn) CAD制圖的數(shù)據(jù)向Shapfile、GEODATABASE、COVERAGE 等格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換［3］。利用ArcMap也可以實現(xiàn)CAD制圖的數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。具體方法為，在ArcMap資源列表中選擇要轉(zhuǎn)換的要素，點擊右鍵選擇Data/Export Data，輸出的數(shù)據(jù)將默認(rèn)為Shapfile格式。

3.2 間接轉(zhuǎn)換方式

通過特制程序接口即GIS數(shù)據(jù)中間件來實現(xiàn)CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，這種方式稱為間接轉(zhuǎn)換［4］。

目前有很多功能齊全使用靈活的能夠嵌入各類GIS系統(tǒng)的各種專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件插件。比如加拿大Safe Software公司推出的空間轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，可以用于讀寫存儲以及轉(zhuǎn)換各種空間數(shù)據(jù)，它能夠提供完善的空間數(shù)據(jù)模型，是一種與GIS無關(guān)的空間ETL工具［3］。北京吉威數(shù)源軟件開發(fā)有限公司推出的用于地理空間處理的Geoway數(shù)據(jù)加工平臺，它可以實現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的集成處理和共享，其加工過程分為數(shù)據(jù)分層、編輯處理、拓?fù)錁?gòu)面和屬性編輯及成果輸出等幾個步驟［2］。

直接利用GIS軟件提供的工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以較快實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，但是會造成信息的損失和數(shù)據(jù)的丟失，且效率低下，不易實現(xiàn)批量轉(zhuǎn)換。采用專業(yè)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件不會造成數(shù)據(jù)損失，且能提供完善的空間數(shù)據(jù)模型，能最優(yōu)最簡潔地完成多種數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。但是GIS中間件都屬于商業(yè)軟件，需要價格不菲的經(jīng)費支持。在經(jīng)費不夠理想的條件下，采用直接轉(zhuǎn)換的方式將是一種不錯的選擇。

在ArcGIS數(shù)據(jù)的3種存儲方式中，Geodatabase模型能存儲空間拓?fù)潢P(guān)系，因此在直接轉(zhuǎn)換的方法中，我們可以選擇采用Geodatabase模型來實現(xiàn)CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

4 實例分析

本文以中國人民公安大學(xué)團(tuán)河校區(qū)的CAD圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS中Shapefile格式數(shù)據(jù)為例來詳細(xì)說明CAD圖形數(shù)據(jù)向警用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的步驟和方法。

1)在ArcGIS中，不同類型的元素要放在不同的專題圖層中，同一類型的元素可存放于同一圖層。按照這個規(guī)則，在AutoCAD中對公安大學(xué)團(tuán)河校區(qū)的矢量圖進(jìn)行初步分層處理，分為點、線、面3層。

2)在Arccatalog中創(chuàng)建一個個人Geodatabase，建立一個要素集，在這個要素集中建立3個不同的要素類，其支持的數(shù)據(jù)類型分別為點、線和面。將步驟1)中的經(jīng)過初步分層的點、線、面數(shù)據(jù)導(dǎo)入已建立的Geodatabase要素類中。

3)選定北京1954坐標(biāo)系為統(tǒng)一的空間參考，同時為已建立的要素集創(chuàng)建拓?fù)湟?guī)則。

4)在ArcMap中添加Geodatabase要素類的數(shù)據(jù)，并在資源列表窗口中，分別選擇要轉(zhuǎn)換的點、線、面要素，點擊右鍵選擇Data/Export Data，導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)默認(rèn)為Shapefile格式。

5)在ArcMap中加載由步驟4)產(chǎn)生的Shapefile數(shù)據(jù)，點擊Editor工具條上的start editing，使系統(tǒng)處于編輯狀態(tài)。對未用線元素標(biāo)示的道路，在Arcgis中要進(jìn)行手工追加，把各個道路用線元素標(biāo)示出來。根據(jù)《警用地理信息分類與代碼》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在圖層屬性表中對不同的元素進(jìn)行編碼。

6)根據(jù)《警用地理信息圖層分層與命名規(guī)則》，將數(shù)據(jù)類型為點的Shapefile分層為交通標(biāo)志、出入境管理、消防、基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)管等5個圖層。將數(shù)據(jù)類型為線的Shapefile分為交通、治安、巡查、境界與政區(qū)、管線等5個圖層。將數(shù)據(jù)類型為面的Shapefile分層為交通、單位、水系、植被、居民地、場所、管線等7個圖層。

7)拓?fù)渲貥?gòu)。將在Arccatalog中創(chuàng)建的拓?fù)湟?guī)則加載于ArcMap中，利用TOPOLOPY工具條中的錯誤信息記錄進(jìn)行修改。

通過上述方法和步驟，我們成功實現(xiàn)了將公安大學(xué)CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。下面的2幅圖分別表示了轉(zhuǎn)換前后的效果，其中圖1是公安大學(xué)團(tuán)河校區(qū)的CAD圖形，圖2是轉(zhuǎn)換后的GIS矢量圖。對比兩幅圖可以看出，CAD圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)之后，會出現(xiàn)注記、顏色等信息的丟失。原CAD圖形中的某些線元素是工程線，不表示地理要素，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時應(yīng)將其刪除。

圖1 原始CAD圖

CAD圖形數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后，在ArcGIS中有些應(yīng)該以面元素出現(xiàn)的建筑或其他設(shè)施卻以線元素的形式出現(xiàn)，可以在Arccatalog中利用工具箱中的feature to polygon，將其轉(zhuǎn)換為面元素。

5 結(jié)論

通過上述分析與研究，在CAD圖形數(shù)據(jù)向警用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，應(yīng)該注意圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的丟失，圖層的組織以及坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換等問題。在CAD圖形數(shù)據(jù)向警用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之前，要對CAD圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，避免出現(xiàn)斷點等不規(guī)范之處。在轉(zhuǎn)換過程中，需要建立空間參考，并根據(jù)《警用地理信息圖層分層與命名規(guī)則》和《警用地理信息分類與代碼》這2個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對轉(zhuǎn)換后的圖形進(jìn)行分層。在分層的基礎(chǔ)上，對圖層的屬性信息進(jìn)行編輯。做到以上幾點，就能實現(xiàn)CAD制圖的數(shù)據(jù)向PGIS數(shù)據(jù)的成功的轉(zhuǎn)換。

圖2 轉(zhuǎn)換后的矢量圖

［1］ 陳能，施蓓琦.AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS空間數(shù)據(jù)的技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.測繪通報，2005(8):11-14.

［2］ 張葉，孫毅中，陳年松.CAD城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)到GIS轉(zhuǎn)換的有關(guān)問題探討［J］.測繪與空間地理信息，2007(1):94-97.

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