基于CAD数据向GIS数据的转换
摘要
本文主要对GIS与CAD数据共享的理论和实践进行了研究。本文首先论述了两者数据共享的必要性及意义，然后通过对两者数据特点的分析和比较，提出了解决两者数据共享的关键技术。随着地理信息系统的发展,GIS软件同其他绘图软件之间不同格式的数据相互转化和应用更加广泛。本文探讨了在MAPGIS中使用AutoCAD数据时，其不同系统数据转换过程中出现的问题，介绍了解决问题的一些方法。
本文就AutoCAD与生产应用中常用的MapGIS、MapInfo、ArcGIS等软件系统之间的数据转换作一些浅谈。
关键词:GIS CAD 数据共享 数据转换
1. 绪论
1.1 课题来源及选题依据
1.1.1 问题的提出
地理信息系统要对图形数据库和属性数据库共同管理、分析和应用，软硬件设备复杂、系统功能强。地理信息系统与计算机辅助制图系统(CAD)的共同特点是二者都有参考系统，都能描述图形数据，但CAD系统图形功能较强，属性库功能相对要弱。
地理信息系统的数据来源有6种:
(1) 基础制图数据；
(2) 自然资源数据；
(3) 调查统计数据；
(4) 数字高程数据；
(5) 法律文档数据；
(6) 己有系统数据。
为降低系统数据成本，系统可以从已建成的其它有效系统(如CAD系统)中获取相应数据。由于目前国际化、规范化标准的流行和推广，系统间数据可交换性越来越强，这从一方面拓展了数据的可使用性，增加了数据的潜在价值，另一方面则使得数据流通性、共享性大大提高。GIS与CAD数据共享作为GIS数据采集的一条重要途径，越来越受到GIS用户的普遍关注。能不能把CAD的数据应用于GIS系统中？能不能使用CAD系统为GIS系统采集、编辑数据？此类问题是目前GIS建库过程中用户非常关心的问题。然而，GIS与CAD的数据共享并非轻而易举，一系列模糊不清的问题存在于这一过程之中，究竟什么数据可以共享？什么数据不能共享？如何实现两者之间的数据共享？
1.1.2 国内外研究现状分析
由于CAD与GIS系统各有特点，国内外的用户一般采用以CAD技术采集图形数据，然后通过通用数据格式DXF读入GIS系统，再进行图形数据与属性数据的编辑修改。这样势必造成大量的编辑工作，费时费力，而且不可避免的存在数据信息的损耗和丢失。南方测绘的CASS3.0和北京威远图公司的SV300都声称彻底解决了数字化地图进入GIS的难题，其实并非如此。其做法只是将编码作为属性附加于实体，形成交换文件。而且由AutoCAD底部命令绘制的图形无法读入交换文件。具体的数据转换程序还需要用户自己开发。
1.1.3 CAD与GIS数据共享的必要性及意义
有效的GIS必须能够以有效的方式接受和输出信息，数据的输入输出功能是沟通GIS与外部世界通讯的主要途径。GIS数据采集是GIS应用系统的一个重要环节。如何快速、有效地输入大量高质量GIS数据是GIS应用研究的最主要任务之一。有专家估计，数据采集在整个GIS应用系统中的比例约为70%，这意味着建立GIS应用系统的一个重要任务就是寻找多种有效的途径，高速、高效地采集数据。数据输入是将数据编码转换为计算机可读形式并把数据写入GIS数据库的过程。在GIS中，数据输入系统通常有5类，即键盘输入、坐标几何、手工数字化、扫描和己有数据文件输入。其中，利用己有数据文件建立GIS数据库的方法是最为高速、高效的数据采集、输入的方法。
CAD作为一种计算机辅助设计与制图用具，已经被很多测绘生产单位用于地图数字化生产，从而生产出了大量CAD环境下的数字地图。然而，自70年代以来，GIS迅速进入数字地图领域，并取代了CAD在这一领域的主导地位。GIS的综合地理数据管理及空间分析功能使它在数字产品的管理与应用方面明显优于CAD，从而被广大用户所接受，并占据了国内数字地图生产与管理的主流。但是这并不意味着CAD技术从此而消失，相反它以其特有的优点与GIS保持着一定的联系，共同存在于这一领域，相辅相成。其主要原因包括有:
(1) CAD在图形数据的采集与编辑方面具有强大的功能；
(2) 一大批数字地图生产者已经熟练掌握CAD技术:并生产了大量的CAD数字地图；
(3) CAD软件相对于GIS软件来说，价格便宜，更适合于中小型生产单位进行大规模的地图数字化生产。
目前，GIS主要用于空间数据(包括地图)的管理和应用.而CAD一般用于地图的数字化生产。最终，CAD数据必须向GIS数据转换。应用己生产的大量的CAD数字地图数据建立GIS数据库是GIS数据采集及输入的高速、高效的方法之一，可以降低GIS成本，缩短GIS的建设周期，而且可以对以前的投资进行保护和利用。
1.2 论文研究内容与实验成果
本文深入研究了CAD与GIS的数据特点，提出了两者数据共享的关键技术，并且以AutoCAD 和MapGIS等软件的数据共享作为实例，实现了AutoCAD环境下部分图形要素与GIS软件的数据转换。开发设计了AutoCAD环境下的数据转换实验系统，通过数据提取程序，将AutoCAD图形数据信息无损的写入数据交换文件，然后利用GIS软件读取数据交换文件，实现了AutoCAD与GIS软件的数据转换。
数据转换实验系统的主要功能有:
(1) 读入AutoCAD图形(DWG. DXF).图形元素分类分层，连接属性数据，最终以GIS软件的文件格式存储；
(2) 可以将一幅AutoCAD图形转换为多个GIS软件的专题文件；
(3) 可以将一幅AutoCAD图形元素的一部分转换为图形元素，另一部分转换为属性数据。
1.3概述
1.3.1 CAD概述
计算机辅助设计(Computer Aided Design),简称CAD，出现于50年代后 期，现已经成为计算机应用领域中的重要组成部分，在测绘、机械、航空航天、汽车、造船、电子、轻工、纺织、建筑等各个行业中得到了广泛的应用，CAD是指利用计算机强大的计算功能和高效的图形处理能力，对产品进行辅助设计、分析、修改和优化，是综合了计算机科学与工程设计方法学的最新成果而形成的学科。利用计算机的高速计算功能，巨大的存储能力和丰富灵活的图形、文字处理功能，与人的知识、经验、逻辑思维能力结合起来，形成一种人与计算机各尽所长，紧密配合的系统，以提高设计质量和效率。这种人机结合的交互式设计，构成了CAD技术的基本方法。CAD是辅助而并非代替人的设计，它使人们从日常的重复性工作中解脱出来，有更充分的机会发挥自己的聪明才智，进行创造性的设计工作。
CAD系统的主要功能:
(1) 构造几何模型；
(2) 工程分析与计算；
(3) 设计审查与评价；
(4) 自动绘图。
CAD目前及今后的主要发展趋势为:
(1) 向计算机辅助设计CAD与计算机辅助工程CAE和计算机辅助制造CAM一体化发展；
(2) 在计算机图形和几何造型技术上由二维向三维发展；
(3) 以个人计算机为基础的CAD系统逐渐普及，并向网络化、分布式CAD系统发展；
(4) 向专家系统和智能化CAD系统发展。
在微机CAD领域中，主要使用的交互式图形软件有AutoCAD、CADKEY、PD等软件包。
AutoCAD是美国AutoDesk公司于1982年推出的微机CAD软件包.经过十余次版本更新，其功能不断完善，目前已经成为国际上最为流行的绘图工具，也是我国应用最广泛的图形软件。
CADKEY软件包是由美国Micro Control System公司开发的，也是一个具有三维图形绘制功能的交互式图形软件包。它能够实现二维和三维图形的任意转换，并可生成网络图形进行有限元分析。它内含CADL语言，便于用户进行二次开发。用CADKEY生成的图形文件通过DXF文件可与AutoCAD进行数据交换。
PD(Personal Designer)软件包是由美国Computer Vision公司于80年代中期从大型软件系统CADDS中移植出来的，具有机械设计、绘图、分析功能的三维软件包。其三维曲面造型功能很强，并内含UPL便于二次开发。
1.3.2 GIS概述
长久以来，地图是人类用于描述现实世界的主要手段。由于电子计算机的问世，使用计算机来描述和分析产生在地球空间上的各类现象导致了地理信息学的发展。
地理信息学(Geometics )源于地球科学(Geosciences)和信息学(Informatics)思想的合成。这个现代术语代表了用各种现代化方法来采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的数据的一门综合和集成的信息科学和技术，是测绘、遥感、计算机、应用数学以及各种应用学科的有机结合。地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)就是地理信息学方法的一种实现手段，是以上多学科技术集成的基础平台。
通俗的讲，地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。
严格的讲，地理信息系统是反映人们赖以生存的现实世界(资源与环境)的现势和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计算机软件和硬件支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统。
“地理信息系统”概念的提出，要追溯到本世纪50年代。1963年加拿大测量学家R. F. Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个GIS-----加拿大地理信息系统 (CGIS) ，用于自然资源的管理和规划。稍后，美国哈佛大学研究出SYMAP系统软件。但是当时的GIS带有更多的机助绘图的色彩.地学分析功能极为简单。70年代，计算机软硬件技术飞速发展，促使GIS朝实用主义迅速发展。一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统和地理信息系统。许多大学和研究机构开始重视GIS软件设计及应用的研究，GIS技术成为一个引人注目的领域。80年代是GIS普及和推广应用的阶段。GIS开始用于全球性问题，例如全球沙漠化，全球可居住区的评价，厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料，以及全球变化与全球监测。
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