ArcGis愛(ài)學(xué)習(xí) 2022-06-19 17:33 發(fā)表于云南

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編者語(yǔ)：從封面可以看出，本文的作者詳細(xì)羅列對(duì)比CAD與Geodatabase兩者之間的數(shù)據(jù)屬性差異（詳見(jiàn)表2），也用表1羅列了AutoCAD與ArcGis實(shí)體（點(diǎn)、線、面、多面體）對(duì)應(yīng)的關(guān)系——可以看出AutoCAD對(duì)應(yīng)的關(guān)系表達(dá)要多。從基礎(chǔ)的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)象對(duì)比再到兩者的轉(zhuǎn)換，這樣才能夠更加準(zhǔn)確、獨(dú)到、鮮明的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在，下面我們就一同來(lái)看看作者對(duì)于這一問(wèn)題的具體研究以及論證過(guò)程以備學(xué)習(xí)為己用……

黃永芳

來(lái)源：測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化2018年6月

隨著我國(guó)測(cè)繪地理信息事業(yè)的發(fā)展以及城市規(guī)劃建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，需要將AutoCAD 圖形文件轉(zhuǎn)換成 ArcGIS 格式，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)。在對(duì) AutoCAD 與 ArcGIS的數(shù)據(jù)異構(gòu)性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出通過(guò)構(gòu)建 FME Workbench 轉(zhuǎn)換模板實(shí)現(xiàn) CAD 數(shù)據(jù)至GIS 數(shù)據(jù)的批量轉(zhuǎn)換方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的科學(xué)性、精確性和完整性，有效提高數(shù)據(jù)入庫(kù)效率。

AutoCAD 以其強(qiáng)大的繪圖功能及矢量圖形處理能力，在以往的數(shù)字地形圖中得到了廣泛應(yīng)用。但是，隨著測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前許多地區(qū)的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)大部分是基于ArcGIS 建立的，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理，需將AutoCAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 ArcGIS 格式文件。本文通過(guò)對(duì) AutoCAD 與 ArcGIS 數(shù)據(jù)異構(gòu)性進(jìn)行分析，提出通過(guò)構(gòu)建 FME Workbench 轉(zhuǎn)換模板來(lái)實(shí)現(xiàn) CAD數(shù)據(jù)至 GIS 數(shù)據(jù)的批量轉(zhuǎn)換方法。

在利用 AutoCAD 對(duì)地理要素進(jìn)行繪制時(shí)，是從點(diǎn)、線、面的形式進(jìn)行處理^[1]。所以，本文對(duì)于 AutoCAD 與 ArcGIS 之間的數(shù)據(jù)差異性，采用虛實(shí)對(duì)比的方式，對(duì) AutoCAD 圖形繪制、ArcGIS實(shí)體展示之間的數(shù)據(jù)差異性、對(duì)應(yīng)關(guān)系變化等進(jìn)行針對(duì)性分析，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1 所示。

AutoCAD 圖元與 ArcGIS 實(shí)體之間的數(shù)據(jù)異構(gòu)性以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為依據(jù)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、符號(hào)分析、參數(shù)變化及對(duì)應(yīng)關(guān)系等方面進(jìn)行調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn) AutoCAD 圖元和 ArcGIS 實(shí)體之間的差異化對(duì)比^[2]。以 DWG 為后綴的圖形文件是由CAD 生成的二進(jìn)制文件，它以圖元為單位記錄實(shí)體信息，利用分層方式進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、操作和顯示，使用擴(kuò)展數(shù)據(jù)（XDATA）建立屬性信息^[3]。Geodatabase 通過(guò)面向?qū)ο蟮慕７椒ǘx對(duì)象類型、拓?fù)?、空間及一般關(guān)系，按層次型數(shù)據(jù)對(duì)象組織空間數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)、線、面實(shí)體分層顯示，轉(zhuǎn)換時(shí)要充分考慮異構(gòu)性，詳見(jiàn)表 2。

FME（Feature Manipulate Engine，FME） 是加拿大 Safe Software 公司開(kāi)發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，它是完整的空間 ETL 解決方案。該方案基于 OpenGIS 組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念“語(yǔ)義轉(zhuǎn)換”，通過(guò)提供在轉(zhuǎn)換過(guò)程中重構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)了 250 多種不同空間數(shù)據(jù)格式（模型）之間的轉(zhuǎn)換，為進(jìn)行快速、高質(zhì)量、多需求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了高效、可靠的手段。

FME 語(yǔ)義轉(zhuǎn)換是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及程序編寫(xiě)等進(jìn)行調(diào)整，在注重?cái)?shù)據(jù)訪問(wèn)、操作方式、數(shù)據(jù)應(yīng)用、語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的前提下，從技術(shù)更新、映射文件控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冉嵌?，選擇FME轉(zhuǎn)換方式，實(shí)現(xiàn) AutoCAD 圖元和 ArcGIS 實(shí)體之間的語(yǔ)義程序轉(zhuǎn)換與處理^[4]。采用基于語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理工具可打破數(shù)據(jù)之間的壁壘，建立不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流通管道，具有極大優(yōu)越性。

具體操作流程如圖 1 所示。

從圖 1 可以看出，讀取模塊從數(shù)據(jù)源讀取要素和信息，結(jié)合映射文件和轉(zhuǎn)換引擎進(jìn)行語(yǔ)義轉(zhuǎn)換，寫(xiě)模塊將經(jīng)過(guò)重構(gòu)的要素信息輸出為目的數(shù)據(jù)。語(yǔ)義映射文件數(shù)據(jù)庫(kù)基于源類、目標(biāo)類雙方的語(yǔ)義特征定制映射規(guī)則，按照規(guī)則管理映射文件；語(yǔ)義轉(zhuǎn)換引擎提供“寬管道”環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)重構(gòu)，經(jīng)分解、計(jì)算、取舍、合并轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)格式。

消除 CAD 和 GIS 語(yǔ)義異構(gòu)的核心是構(gòu)建語(yǔ)義映射文件，通過(guò)映射可解決轉(zhuǎn)換中的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)、形式表達(dá)等存在的矛盾，最終得到語(yǔ)義上等價(jià)的表達(dá)。因此，如何制定 CAD 及 GIS 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)并建立完善的數(shù)據(jù)映射關(guān)系是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵^[7]。

AutoCAD 與 ArcGIS 的數(shù)據(jù)調(diào)整需要以地圖比例尺、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，這是實(shí)現(xiàn) AutoCAD 與ArcGIS 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)性 , 數(shù)據(jù)差異性控制、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性工作。例如，在利用分層設(shè)色法對(duì)各層數(shù)據(jù)的差異性進(jìn)行分析時(shí)，其比例尺劃分為1:500、1:1000、1∶2000，在進(jìn)行定位及數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要對(duì)植被、紅線設(shè)置等進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴木C合落實(shí)及調(diào)整^[8]。

AutoCAD 制圖及調(diào)整是從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、屬性信息分析的角度，對(duì)地面屬性的代碼、更新時(shí)間、信息處理等進(jìn)行調(diào)整，在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)過(guò)程中，是以ArcGIS 數(shù)據(jù)集合以及要素分析為中心，并針對(duì)地物名稱、符號(hào)代碼、圖形數(shù)據(jù)等進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信息分析等的有效落實(shí)。

圖形要素集與數(shù)據(jù)處理，是從 ArcGIS 數(shù)據(jù)映射關(guān)系分析的角度，對(duì) GIS 數(shù)據(jù)要素的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建等進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn) AutoCAD 與 ArcGIS數(shù)據(jù)差異性的相對(duì)控制。DWG 文件是以數(shù)據(jù)集合區(qū)間的方式，對(duì)點(diǎn)、面、線的有效性及信息處理等進(jìn)行針對(duì)性分析，部分 GIS 數(shù)據(jù)要素集、要素類設(shè)計(jì)如圖 2 所示。

4　數(shù)據(jù)映射關(guān)系構(gòu)建

參照 AutoCAD 與 ArcGIS 的異構(gòu)性，將數(shù)據(jù)的要素映射分為點(diǎn)要素映射、線要素映射、面要素映射、文本注記映射等，其構(gòu)建關(guān)系如下：

1）點(diǎn)要素映射。將 AutoCAD 基礎(chǔ)地形圖中的點(diǎn)狀地物分為點(diǎn)、塊、形、尺寸注記等，映射為ArcGIS 數(shù)據(jù)集中的點(diǎn)狀要素。

2）線要素映射。將線要素分為直線、引線、實(shí)線等，映射到 ArcGIS 數(shù)據(jù)集的線層要素。

3）面要素映射。AutoCAD 用閉合多段線表示面狀地物，映射到 ArcGIS 數(shù)據(jù)集的面層要素。

4）文本注記映射。注記分為單文本和多行文本，映射為 ArcGIS 數(shù)據(jù)集的注記要素或點(diǎn)要素，記錄注記的內(nèi)容及樣式，映射到其屬性字段中。

5）地圖符號(hào)映射。AutoCAD 與 ArcGIS 中支持的線型、符號(hào)類型不同，為確保轉(zhuǎn)換效果，須建立符號(hào)庫(kù)文件，使要素形成一對(duì)一的映射關(guān)系。

6）坐標(biāo)投影映射。AutoCAD 通常采用任意的當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)系統(tǒng)，繪制起點(diǎn)通常選在原點(diǎn)；ArcGIS 采用的標(biāo)準(zhǔn)橢球坐標(biāo)系統(tǒng)需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中引用該地區(qū)的投影文件。

7）顏色映射。AutoCAD 系統(tǒng)采用顏色索引，用 0～255 的整數(shù)表示 256 種顏色；ArcGIS 的顏色模型是 RGB，二者之間為對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要新建Color 字段，保存顏色信息。

在利用 FME 模板的前提下，注重?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換模塊等的調(diào)整，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息處理及提升傳輸效果的關(guān)鍵工作。在構(gòu)建 Workbench轉(zhuǎn)換模板時(shí)，注重信息數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化及處理，需要對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換有效性的相對(duì)控制。

FME Workbench 是從轉(zhuǎn)換器分析的角度構(gòu)建源數(shù)據(jù)庫(kù)，并從無(wú)損轉(zhuǎn)換的角度，對(duì)模板控制、映射關(guān)系分析等進(jìn)行處理，是優(yōu)化映射關(guān)系及數(shù)據(jù)格式處理的必然需求。例如，在對(duì)手工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整及分析時(shí)，從目標(biāo)數(shù)據(jù)、建立源數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換模塊、信息調(diào)整等進(jìn)行優(yōu)化^[11]。數(shù)據(jù)傳輸及處理本身存在一定的復(fù)雜性，在對(duì)映射文件的轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行分析時(shí)，需要從關(guān)系構(gòu)建的角度進(jìn)行處理，這是實(shí)現(xiàn)映射關(guān)系處理的關(guān)鍵工作。在注重?cái)?shù)據(jù)模板格式和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系分析的前提下，具體的操作步驟如下：

1）分析源數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式及對(duì)應(yīng)關(guān)系；

2）使用 FME Universal Viewer 查看圖屬信息；

3）在 FME Workbench 中添加轉(zhuǎn)換器，并設(shè)置參數(shù)；

4）通過(guò)拖拽劃線的方式建立映射關(guān)系；

5）保存模板，批量轉(zhuǎn)換運(yùn)行。

從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、AutoCAD 屬性控制的角度進(jìn)行分析，從模板保存、屬性隱藏等方面進(jìn)行處理，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、參數(shù)分析的關(guān)鍵工作。在對(duì)后續(xù)階段的數(shù)據(jù)隱藏?cái)?shù)值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，從“參數(shù)條件定義”的角度，對(duì)屬性表達(dá)、信息處理、參數(shù)設(shè)置等進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)信息處理、數(shù)據(jù)參數(shù)控制等的綜合調(diào)整。

FME 下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處理及分析，是從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面、線對(duì)面等進(jìn)行處理，并從對(duì)齊方式、信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等角度進(jìn)行完善。其中，利用 tools 菜單欄對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行轉(zhuǎn)換及處理，是實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)控制及調(diào)整的關(guān)鍵工作^[12]。

為提高本文提出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的針對(duì)性及可操作性，以某 1∶500 DWG 基礎(chǔ)地形圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為例，對(duì) FME 語(yǔ)義轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、要素屬性等進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)層構(gòu)建及落實(shí)等基礎(chǔ)性工作。在對(duì)轉(zhuǎn)換要素及屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)屬性一致性、標(biāo)準(zhǔn)控制及屬性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)劃分，其轉(zhuǎn)換前、后要素如圖 3 所示。

此外，DWG 文件到 Geodatabase 模型的轉(zhuǎn)換方法還有 ArcGIS 工具模塊、基于 Arc Objects 編程法、基于 Python 創(chuàng)建工具等方法，本文選擇ArcGIS 中 ArcToolbox 的 Conversion Tools 模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作，轉(zhuǎn)換效果與 FME 對(duì)比結(jié)果表見(jiàn) 3。

在現(xiàn)階段的地圖制圖系統(tǒng)中，CAD 更適合對(duì)客觀且不存在的事物進(jìn)行設(shè)計(jì)的地圖制作，而 GIS則更適合對(duì)已存在的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，以便進(jìn)行空間分析與管理。在對(duì) AutoCAD 與 ArcGIS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行綜合分析過(guò)程中，從測(cè)繪數(shù)據(jù)、地理信息調(diào)整的角度，對(duì) AutoCAD 與 ArcGIS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)整，在利用語(yǔ)義轉(zhuǎn)換的前提下，從點(diǎn)、線、面的基礎(chǔ)屬性和語(yǔ)義轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行分析，對(duì)優(yōu)化數(shù)據(jù)化圖形繪制、信息系統(tǒng)構(gòu)建具有積極作用。