唐紅鷹

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都　610031)

Design and Implementation of Data Conversion System From CAD to Shape File

TANG Hong-ying

基于AutoCAD平臺的shapefile數(shù)據(jù)生產(chǎn)

唐紅鷹

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)

Design and Implementation of Data Conversion System From CAD to Shape File

TANG Hong-ying

摘要設(shè)計并實現(xiàn)一個基于AutoCAD平臺的shapefile數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件。首先設(shè)計一個配置文件，用于存儲實體的屬性字段；然后利用AutoCAD提供的二次開發(fā)接口進(jìn)行批量和交互式屬性錄入，并提供幾何和屬性錯誤的檢查、定位、修改功能；最后結(jié)合開源GDAL庫，實現(xiàn)shapefile數(shù)據(jù)的生成。該軟件直接基于AutoCAD平臺，數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中無信息損失，可降低數(shù)據(jù)制作成本，提高工作效率。軟件可以根據(jù)作業(yè)流程定制，具有較高的靈活性。

關(guān)鍵詞AutoCADshapefile轉(zhuǎn)換開源庫GDAL

目前，測繪領(lǐng)域數(shù)字化制圖后期一般采用AutoCAD軟件或基于其二次開發(fā)的軟件對成果進(jìn)行編輯、處理，制圖成果多以AutoCAD軟件的格式存儲，然后通過數(shù)據(jù)二次加工制作GIS數(shù)據(jù)。主要有兩種方法[1]：一是將制圖數(shù)據(jù)重新數(shù)字化，二是利用特定的軟件將制圖數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)化成GIS數(shù)據(jù)成果。一般采用第二種方法，即：使用商業(yè)軟件[2-4]，或者利用商業(yè)軟件定制開發(fā)功能[5，6]對AutoCAD平臺制作的制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何信息轉(zhuǎn)換、編輯，然后再進(jìn)行屬性錄入。這種方法充分利用了AutoCAD平臺幾何信息編輯能力強、商業(yè)軟件屬性信息編輯能力強的特點。但是，著這種方法會增加軟件購買投入。同時，由于商業(yè)軟件并不完全符合各單位對于GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)的工藝流程，制作完成的GIS數(shù)據(jù)如果出現(xiàn)錯誤，需要重新編輯、轉(zhuǎn)換，會造成使用不順暢等問題。

shapefile數(shù)據(jù)是GIS領(lǐng)域中一種重要的數(shù)據(jù)格式，包含幾何信息和屬性信息，由于其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)公開，能被多種GIS軟件讀取，在空間分析、數(shù)據(jù)入庫等各方面都被廣泛應(yīng)用。設(shè)計并實現(xiàn)了一個shapefile數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件，該軟件以AutoCAD為平臺，利用該平臺提供的開發(fā)接口，實現(xiàn)實體的屬性錄入、拓?fù)錂z查，并結(jié)合開源GDAL庫(Geospatial Data Abstraction Library)，將實體的幾何信息和屬性信息寫入到shapefile文件中。該軟件全程都在AutoCAD平臺中完成，功能可按照工藝定制，轉(zhuǎn)換無信息損失，能降低數(shù)據(jù)制作成本，提高工作效率，具有較強的靈活性。

1AutoCAD與shapefile數(shù)據(jù)分析

1.1　AutoCAD數(shù)據(jù)

AutoCAD軟件具有強大的圖形繪制、修改、編輯、打印、輸出等功能，數(shù)字化制圖軟件一般以其為基礎(chǔ)平臺，其數(shù)據(jù)包含多種圖形元素，包括：點、線、注記、填充等基本元素，以及由基本元素構(gòu)成的塊、組合等復(fù)雜的實體。同類元素又具有多種類型，如線元素在AutoCAD的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中具有：Polyline、LWPolyline、Polyline2d、Polyline3d、SPline、Line，MLine、Circle、Arc等[7，8]。

AutoCAD的圖形元素具有如下特點：

①一般都是矢量形式，具有幾何信息，即一組或者多組X，Y，Z坐標(biāo)確定空間位置以及邊界、形狀等。

②包含如顏色、線寬、字高、內(nèi)容等屬性。

③包含如拓展字段(XData)等隱性屬性。

④包含圖層，每個圖層可以存儲一類或者多類圖形元素。

1.2　shapefile數(shù)據(jù)

shapefile數(shù)據(jù)是ESRI公司公布的一種基于文件方式存儲的GIS數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全公開，能被多種GIS軟件讀取，可以作為不同GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的中間格式，在空間分析、數(shù)據(jù)入庫等各方面都被廣泛應(yīng)用。

Shapefile具有如下特點：

①一般由.shp，.dbf和.shx三個文件共同組成，能夠存儲地理實體的幾何信息和屬性信息；

②其圖形元素一般只有點、線、面三種。同類圖形元素亦具有多種類型，如線元素具有Polyline、Polyline ZM等類型；

③圖形元素存儲于圖層上，且每個圖層只能存儲一種類型的圖形元素。

1.3　AutoCAD與shapefile數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系

要實現(xiàn)基于AutoCAD平臺生產(chǎn)shapefile數(shù)據(jù)，需要將兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)的幾何及屬性信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)的圖形元素和屬性如表1所示。

表1　AutoCAD數(shù)據(jù)與shapefile數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

由表1分析可知：

①AutoCAD數(shù)據(jù)中沒有“面”元素，shapefile數(shù)據(jù)中的面元素在AutoCAD數(shù)據(jù)中以閉合的線元素表示。

②shapefile數(shù)據(jù)中沒有“文字”和“塊”元素，都以“點”元素表示。

③兩種類型的數(shù)據(jù)都有“圖層”; AutoCAD數(shù)據(jù)每個圖層中能存放多種類型的元素，shapefile數(shù)據(jù)圖層中只能存放一種類型的元素。

2屬性字段配置文件設(shè)計

為了實現(xiàn)基于AutoCAD平臺的shapefile數(shù)據(jù)生產(chǎn)，首要需要解決的問題是基于AutoCAD平臺地理實體的幾何、屬性信息一體化存儲。針對該問題，可以使用XData在AutoCAD中存儲用戶定制的屬性信息，并與幾何實體關(guān)聯(lián)的方法。

為了使軟件具有通用性，設(shè)計了一個屬性字段配置文件，該配置文件定義了地理實體的屬性字段名稱、類型、字段長度和默認(rèn)值等信息，并以拓展標(biāo)記文本格式存儲[9，10]。

文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

<屬性字段配置>

<實體 index=”1”>

<字段 index="1">

<字段 index="2">

為官一任,造福一方。反之,為官一任,遺禍一方。不同的作為，不同的結(jié)局。造福一方者,英名遠(yuǎn)揚。遺禍一方者，臭名昭著。清廉者，人生完美。貪腐者，身敗名裂。當(dāng)政者應(yīng)當(dāng)引以為戒！

……

<實體 index=”2”>

……

……

其中，屬性字段配置文件中實體名稱與AutoCAD數(shù)據(jù)中的圖層名稱對應(yīng)，可以在屬性字段配置文件中增加、刪除、修改相應(yīng)的實體以及實體的屬性信息。使用AutoCAD進(jìn)行shapefile數(shù)據(jù)生產(chǎn)時，可以利用該配置文件中定義的有關(guān)屬性字段信息，將用戶錄入的屬性信息存入XData中，實現(xiàn)幾何、屬性一體化存儲；在AutoCAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成shapefile數(shù)據(jù)時，亦需要利用該配置文件生成shapefile數(shù)據(jù)中的屬性字段。

為了方便進(jìn)行屬性字段增、刪、改、查，開發(fā)了一個屬性字段編輯器，如圖1所示。

圖1　屬性字段編輯器

3軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

AutoCAD軟件提供了強大的二次開發(fā)接口，便于用戶快速訪問其數(shù)據(jù)。開發(fā)的軟件將以功能插件的形式在AutoCAD平臺中運行[7，8]。利用該軟件，可以實現(xiàn)從制圖數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)流程化作業(yè)，并充分利用其強大的數(shù)據(jù)編輯、修改能力。

首先利用檢查功能檢查圖形的拓?fù)溴e誤，并進(jìn)行改正；然后利用編輯完成的屬性字段配置文件，對AutoCAD平臺中實體進(jìn)行屬性錄入，錄入的屬性信息以XData的方式與幾何實體關(guān)聯(lián)，并提供屬性完整性檢查的功能，能實現(xiàn)定位并高亮顯示檢查結(jié)果；按圖層配置AutoCAD數(shù)據(jù)輸出為shapefile數(shù)據(jù)。通過AutoCAD的接口，分圖層遍歷數(shù)據(jù)中每一個實體對象，獲得其幾何和XData數(shù)據(jù)，利用開源GDAL庫，結(jié)合屬性字段配置文件信息，生成shapefile數(shù)據(jù)。整個流程如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)處理流程

GDAL庫是一個開源的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫，支持包括shapefile、mid/mif、TAB等格式數(shù)據(jù)的讀寫；ArcGIS、Global Mapper等商業(yè)GIS軟件對shapefile的讀寫也是基于GDAL核心封裝。利用GDAL庫基于AutoCAD平臺制作shapefile數(shù)據(jù)，不僅滿足開發(fā)需求，也可以節(jié)省商業(yè)軟件采購成本。

首先利用屬性字段配置文件導(dǎo)入實體默認(rèn)屬性，如圖3所示。

圖3　導(dǎo)入默認(rèn)屬性

導(dǎo)入默認(rèn)屬性完成后，可以通過交互式的方式對實體進(jìn)行屬性錄入，錄入完成后，屬性信息被寫入到實體的XData中，如圖4所示。

圖4　交互式屬性錄入

屬性錄入后，可以利用屬性錄入完整性檢查功能進(jìn)行檢查，可以將未錄入的實體列表顯示，并能定位、高亮顯示，同時將其屬性信息列表，以便于用戶輸入，如圖5所示。

圖5　屬性錄入完整性檢查

屬性錄入完成無誤后，可以通過輸出設(shè)置，利用開源GDAL庫的相關(guān)功能將AutoCAD數(shù)據(jù)輸出成shapefile數(shù)據(jù)，設(shè)置對話框(如圖6所示)。

圖6　AutoCAD數(shù)據(jù)輸出shapefile設(shè)置

4實驗及分析

利用本軟件處理四川某縣地理國情監(jiān)測基礎(chǔ)空間地理數(shù)據(jù)，圖7為轉(zhuǎn)換前后的數(shù)據(jù)。

圖7　轉(zhuǎn)換前后的數(shù)據(jù)

將本軟件生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與商業(yè)軟件生產(chǎn)的成果進(jìn)行對比，可知：幾何和屬性信息轉(zhuǎn)換正確、無信息丟失，且shapefile數(shù)據(jù)制作與制圖軟件無縫集成，效率高，避免了商業(yè)軟件購買成本高、不能隨需求定制的弊端。

5結(jié)束語

采用外部配置文件的形式定制實體屬性字段，并利用AutoCAD二次開發(fā)技術(shù)，在該平臺中錄入實體屬性信息，并關(guān)聯(lián)實體，實現(xiàn)相關(guān)幾何和屬性檢查功能，進(jìn)行錯誤定位、修改，然后直接讀取其數(shù)據(jù)中實體的幾何、屬性信息，結(jié)合GDAL開源庫，實現(xiàn)了基于AutoCAD平臺的shapefile數(shù)據(jù)生產(chǎn)。該方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換快捷、無損，大幅提高了轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度和效率，開發(fā)成本低，能與本單位生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合，在測繪數(shù)據(jù)處理與GIS 建庫等相關(guān)項目中具有廣泛的應(yīng)用前途與推廣價值。

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中圖分類號：P209； P231.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)01-0032-04

作者簡介：唐紅鷹(1965—)，女，1987年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道航空勘測專業(yè)，工程師。

收稿日期：2014-12-29