地图数据转换编辑与拓扑建立111.docx

地图数据转换编辑与拓扑建立111.docx

《地图数据转换编辑与拓扑建立111.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地图数据转换编辑与拓扑建立111.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

地图数据转换编辑与拓扑建立111

地图数据转换、编辑与拓扑建立

摘要：

随着地理信息行业的飞速发展，人们对GIS数据的需求越来越大，而现有的测绘成果多以CAD数据为主,为了满足人们日益增长的需求，同时也为了避免对原有测绘成果造成浪费，对地图数据进行转换、编辑与拓扑建立步入了GIS技术发展的核心问题之列。

本文从典型的DWG数据和Geodatabase数据的研究入手，从数据组织和拓扑关系两个方面了解数据模型特征，通过实验剖析传统数据转换方法存在的问题，提出了利用FME技术解决数据转换问题的思路。

本文以“‘7918’国家高速公路网”数据为例，在FMEWorkbench平台上实现了DWG数据向Geodatabase数据的转换，并且在ArcGIS平台上成功建立拓扑，形成了一套行之有效的数据转换方法。

关键词：

DWG;GeoDatabase;数据转换;FMEWorkbench;拓扑关系

TheTransition,EditandTopologyofMapdata

Abstract:

Withthedevelopmentofthegeographicinformationindustry,thedemandofGISdatagetsbiggerandbiggerwhiletheexistingsurveyingandmappingresultsaredominatedbyCADdata.Inordertomeetpeople’sgrowingneedsandavoidwastingestablishedresults,thetransition,editandtopologyofmapdatabecomesthecoreissue.ThispaperstartswiththestudyofthetypicalDWGdataandGeodatabasedata,showsthefeaturesofdatamodelfromdataorganizationandtopology,andproposestouseFMEtechnologytosolvetheproblemofdataconversionthroughtheexperimentofanalyzingthecausesofthetraditionaldataconversion.Basedonthedataof“7918nationalhighwaysystem”,thispaperrealizesthetransitionfromDWGdatatoGeodatabasedata,buildstopologyonArcGISplatform,andformsaneffectivewayofdataconversion.

Keywords:

DWG;GeoDatabase;dataconversion;FMEWorkbench;Topology

Forestisthelargestterrestrialecosystemontheearth,itisanecessarybasisforhumanexistenceanddevelopment.Itisnotonlytoprovidepeoplewithrichtimberandforestby-products,butalsoplayanimportantroleinclimateregulation,waterconservationandprotectenvironment.Therefore,developingforestresourcesinvestigation,gettingthestatusandchangesofforestresources,forimprovingthelevelofdecision-makingtopromotetheforestrydevelopment,forestryandsocialeconomyandeventheglobalenvironmentsustainabledevelopmenthastheextremelyvitalsignificance

目录

1前言1

1.1选题背景1

1.2国内外研究及应用现状1

1.3研究目的与意义2

1.4研究方法与技术路线2

2DWG格式和Geodatabase格式数据模型的特点4

2.1数据组织4

2.1.1DWG数据组织4

2.1.2Geodatabase数据组织5

2.2拓扑（Topology）6

2.2.1AutoCAD中的拓扑6

2.2.2ArcGIS中的拓扑7

3DWG格式数据向Geodatabase数据转换方法探讨10

3.1转换前的DWG格式数据处理10

3.1.1数据分类组织10

3.1.2CAD要素与GIS要素相对应12

3.2转换方法12

3.2.1利用ArcToolbox实现数据转换12

3.2.2基于FME的DWG格式数据向GIS数据转换方法13

3.3拓扑建立17

4结论与展望21

参考文献22

指导教师简介23

致谢24

图目录

图2-1AutoCAD2014中的图层特性管理器5

图2-2Geodatabase的数据组织6

图3-1数据原始分层情况10

图3-2单一图层信息提取到新层11

图3-3地图数据重新完整分层11

图3-4传统方法转换结果示例13

图3-5基于FME数据转换模型实现CAD数据与GIS数据的相互转换13

图3-6FMEWorkbench工作界面14

图3-7创建转换工作空间15

图3-8反编译查看数据信息16

图3-9加载Geodatabase数据（部分图层）16

图3-10Geodatabase数据（局部）17

图3-11创建要素数据集18

图3-12创建拓扑18

图3-13高速公路要素拓扑错误19

图3-14拓扑错误局部示例19

图3-15完成拓扑错误修改后图形20

1前言

1.1选题背景

伴随着社会的发展，GIS应用逐步深入到各行各业，社会对GIS数据的需求越来越大，而原有的地图数据绝大多数来源于测绘部门。

由于传统测绘行业大都使用CAD类软件，因此大量数据都以CAD的数据格式存储。

这就出现如何从CAD到GIS的数据格式转换的问题。

尽管大部分GIS软件都提供了数据格式转换功能，但是由于CAD软件在数据存储、图元定义、管理风格等方面同GIS软件的差别，转换的效果也不尽如人意。

因此迫切需要找出一种尽可能完美的方法或者一个专业的高效的软件来解决这一问题。

1.2国内外研究及应用现状

我国测绘部门多采用CASS软件进行基础地图数据采集与管理，CASS软件是基于AutoCAD基础上进行二次开发，数据的存储就利用AutoCAD本身的DWG格式，这种数据格式虽然是分图层进行管理，但数据之间的关系不明确，没有建立拓扑逻辑。

由于AutoCAD缺乏较强的空间数据信息的描述和分析功能，逐渐显示出其运用于地理信息领域的不足。

ArcGIS具有强大的数据管理、空间分析等特点，并常作为GIS运用与开发软件平台，逐渐被测绘行业和地理信息领域认可。

目前我国对如何无损地从CAD数据转化成GIS数据的研究还处于探索阶段，许多转化过程中出现的要素丢失、属性丢失、注记移位等问题还有待解决。

同时，为了保证数据质量和地图数据空间分析，在获取到所需的GIS数据后，往往需要通过数据格式转换，建立数据库并对数据进行编辑整理，为数据要素建立合理的拓扑关系。

我国对CAD数据与ArcGIS数据的无损转换和空间数据建立合理拓扑关系方面已做不少研究工作。

李娇娇[1]、刘凤志[2]、包永军[3]、陈南南[4]先后对CAD数据和ArcGIS数据转换问题进行探讨，并基于ArcGIS软件平台进行转换。

周小成（2005）分析目前CAD数据到GIS数据转换存在问题，利用ArcGIS的Geodatabase数据模型,探讨了基础地形图和规划CAD数据在转入GIS数据库中的逻辑组织、分层设计和属性设计等解决方案[5]；赵宇娟（2008）介绍Geodatabase数据模型中的拓扑关系，阐述了Geodatabase的拓扑规则、拓扑属性，拓扑关系正确性检查、拓扑关系处理优势等等[6]；杜艳琴（2009）拓扑规则在地籍数据建库中的应用，描述了利用ArcGIS软件中的Topology规则对地籍数据进行检查的方法和技术路线[7]；韩江峰（2009）对CAD宗地数据向Geodatabase自动转换方法研究，以长沙市宗地数据为例，利用VBA对ArcGIS和AutoCAD进行二次开发，实现了CAD格式的宗地数据自动转换为Geodatabase格式，并将宗地名称、编号等属性值自动存储到对应宗地要素的相应属性字段中[8]。

综上所述，AutoCAD数据和ArcGIS数据无损转换问题还处于探索阶段，不管基于ArcGIS软件平台进行数据转换，还是进行二次开发针对专题地图数据进行转换，目的都是为了尽量避免信息丢失，同时转换后的数据还要进行拓扑建立，根据数据应用需求选取合适的拓扑规则，建立起符合需要的地理空间数据库，满足地图空间分析需求。

1.3研究目的与意义

地图数据多以CASS软件测绘获取，但其数据管理主要基于AutoCAD软件分层管理与数据表达，不便于对已绘制好的地图数据进行查询和分析。

为了更好地查询与分析，数据往往要导入到GIS软件平台里，不同GIS软件对地图数据表达方式的定义不一致，从而使转换后的数据都要再进行数据检查与编辑[9]。

CASS地图数据导入到ArcGIS软件中也会存在数据丢失、数据存储图层不一致和数据信息不足，这样就需要对转入的地图数据进行编辑、分层管理和拓扑关系建立，为下一步地图数据的应用奠定基础。

1.4研究方法与技术路线

本文在研究方法的选取上，将基础理论与实验相结合，以对不同数据转换方法进行对比为主轴，从数据模型的特点入手，了解了AutoCAD中DWG格式和ArcGIS中Geodatabase格式数据在数据结构、数据组织以及拓扑关系存储上的异同，对比分析了传统数据转换方法与第三方软件实现数据转换的差异，最终选取了利用FME进行数据转换的方案。

在理论学习研究的基础上，本文对比了DWG格式的“‘7918’国家高速公路网”规划图在不同转换软件下的转换效果，运用FMEWorkbench实现了该图从DWG格式到ArcGIS文件地理数据库的转换，并正确建立拓扑。

2DWG格式和Geodatabase格式数据模型的特点

在实际运用中，DWG数据向GIS数据的转换，所需要的往往不是简单的文件格式的转换，更重要的是图形信息和属性信息的无损转换。

因此，要实现两者的无损转换，必须先了解两者的数据模型的特点。

下面，本文从数据组织和拓扑关系两个个方面去阐述DWG数据和Geodatabase数据的模型特点。

2.1数据组织

2.1.1DWG数据组织

DWG文件（Drawing，绘图文件）主要以颜色、符号、线型、线宽等静态的图形特征和数据分层编码表示不同的地物类别，以各种表面的注记来表示地物属性，依靠图层来组织数据。

CAD中图层的概念来源于手工画图时期所用的透明纸：

当一幅图过于复杂或图形中各部分干扰较大时，可以按一定的原则将一幅图分解为几个部分，然后分别将每一部分按着相同的坐标系和比例百在透明纸，完成后将所有透明纸按同样的坐标重叠在一起．最终得到一副完整的图形。

当需要修改其中某一部分时，可以将要修改的透明纸抽取出来单独进行修改，而不会影响到其他部分。

AutoCAD中的图层就相当于完全重合在一起的透明纸，用户可以任意的选择其中一个图层绘制图形，而不会受到其它层上图形的影响。

例如笔者在这次论文创作中使用的“‘7918’国家高速公路网”地图数据，将高速公路、国道、省县一般道路和河流等放在不同的图层中。

在图层管理器中我们可以看到每个图层都以一个名称作为标识，并具有颜色、线型、线宽等各种特性和开、关、冻结等不同的状态。

图2-1AutoCAD2014中的图层特性管理器

2.1.2Geodatabase数据组织

ArcGIS中的Geodatabase是自Arc/Info8以来引入的一个全新的空间数据模型，它是按照层次型的数据对象来组织地理数据的。

这些数据对象存储于要素类（featureclass）、对象类（objectclass）或要素集（featuredatasets）中。

对象类（objectclass）用于存储非空间信息。

要素类（featureclass）则存储了空间信息及其相应的属性信息，在同一个要素类中，空间要素的几何形状必须一致，比如必须都是点、线或者面。

简言之，要素类是同类要素的集合。

要素集（featuredataset）用于存放具有同一空间参考（spatialreference）的要素类。

存放了简单要素的要素类可以存放于要素集中，也可以作为单个要素类直接存放在Geodatabase的目录下。

直接存放在Geodatabase目录下的要素类也称为独立要素类（standalonefeature）。

存储拓扑关系的要素类必须存放到要素集中，使用要素集的目的是确保这些要素类具有统一的空间参考，以利于维护拓扑[10]。

图2-2Geodatabase的数据组织

2.2拓扑（Topology）

拓扑是地理要素间的空间关系，它是确保数据质量的基础。

拓扑能提高空间分析能力，并且在确保GIS数据库质量方面扮演了一个重要角色。

拓扑将GIS行为应用到空间数据上。

拓扑使得GIS软件能够回答这样的问题，比如邻接、连通、邻近和重叠。

拓扑表达的是地理对象之间的相邻、包含、关联等空间关系。

创建拓扑关系可以使地理数据库更真实地表示地理要素，更完美的表达现实世界的地理现象。

拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比任何数据有更大的稳定性，不随地图投影的变化而变化。

2.2.1AutoCAD中的拓扑

AutoCAD本身不能表示拓扑关系，AutoCAD的拓扑需要通过二次开发完成。

目前，对矢量地图数据拓扑关系的描述，主要有基于网结构的拓扑模型和基于点集拓扑理论的拓扑模型。

基于网结构的拓扑模型具有直观、结构清晰、互导性强以及便于组织存储等优点。

一些典型的地理数据结构和地理信息系统如DIME、ARC／INFO等都采用这类模型建立拓扑关系。

可以在AutoCAD支持下进行地图数字化，并在数字化时加入一定的信息，如隐含孤段与结点及面域的关联关系等，待数字化完毕后，经编辑修改无误后转换为DXF文本文件，再通过相应程序处理，基于网结构的拓扑模型组织起数据的拓扑关系。

2.2.2ArcGIS中的拓扑

在ArcGIS中拓扑为用户提供了一个有力的、灵活的方式，来确立和维护空间数据的质量和完整性。

拓扑关系可以看成是空间约束，可把它们应用到空间数据上。

ArcGIS应用了这些关系，并且在任何一个约束被打破时会通知你。

为了做到这一点，GIS软件中包含的工具必须要能够识别空间约束，且提供用来查找和修复违规要素的工具[11]：

（1）ArcGIS是ESRI公司的拳头产品，也是目前国际上应用最为广泛的GIS软件之一。

它在拓扑处理方面主要有以下三个大基本概念：

拓扑容限（clustertolerance）：

拓扑容限是节点、边能够被捕捉到一起的距离范围，所设置的拓扑容限应该依据数据精度而尽量小。

默认的拓扑容限值是根据数据的准确度和其其他一些因素，由系统默认算出来的。

等级（ranks）：

等级是控制在拓扑检验中节点移动的级别，等级低的要素类向等级高的要素类移动。

在创建拓扑的过程中，需要指定要素类的等级。

目前最高的等级是1，最低的等级是50。

拓扑规则（TopologyRules）：

拓扑规则是拓扑的核心，其定义了拓扑的状态，控制了要素之间的相互作用，创建拓扑时必须指定至少一个拓扑规则。

（2）有关Geodatabase的Topology规则

多边形Topology

mustnotoverlay：

单要素类，多边形要素相互不能重叠

mustnothavegaps：

单要素类，连续连接的多边形区域中间不能有空白区（非数据区）

containspoint：

多边形＋点，多边形要素类的每个要素的边界以内必须包含点层中至少一个点

boundarymustbecoveredby：

多边形＋线，多边形层的边界与线层重叠（线层可以有非重叠的更多要素）

mustbecoveredbyfeatureclassof：

多边形＋多边形，第一个多边形层必须被第二个完全覆盖（省与全国的关系）

mustbecoveredby：

多边形＋多边形，第一个多边形层必须把第二个完全覆盖（全国与省的关系）

mustnotoverlaywith：

多边形＋多边形，两个多边形层的多边形不能存在一对相互覆盖的要素

mustcovereachother：

多边形＋多边形，两个多边形的要素必须完全重叠

areaboundarymustbecoveredbyboundaryof：

多边形＋多边形，第一个多边形的各要素必须为第二个的一个或几个多边形完全覆盖

mustbeproperlyinsidepolygons：

点＋多边形，点层的要素必须全部在多边形内

mustbecoveredbyboundaryof：

点＋多边形，点必须在多边形的边界上

线Topology

mustnothavedangle：

线，不能有悬挂节点

mustnothavepseudo-node：

线，不能有伪节点

mustnotoverlay：

线，不能有线重合（不同要素间）

mustnotselfoverlay：

线，一个要素不能自覆盖

mustnotintersect：

线，不能有线交叉（不同要素间）

mustnotselfintersect：

线，不能有线自交叉

mustnotintersectortouchinterior：

线，不能有相交和重叠

mustbesinglepart：

线，一个线要素只能由一个path组成

mustnotcoveredwith：

线＋线，两层线不能重叠

mustbecoveredbyfeatureclassof：

线＋线，两层线完全重叠

endpointmustbecoveredby：

线＋点，线层中的终点必须和点层的部分（或全部）点重合

mustbecoveredbyboundaryof：

线＋多边形，线被多边形边界重叠

mustbecoveredbyendpointof：

点＋线，点被线终点完全重合

pointmustbecoveredbyline：

点＋线，点都在线上

（3）在ArcGIS中进行拓扑相关操作的地方有两个：

一个在ArcCatalog中；一个在ArcMap中。

通常我们将在ArcCatalog中建立拓扑称为建立拓扑规则，而在ArcMap中建立拓扑称为拓扑处理。

ArcCatalog中所提供的创建拓扑规则功能，主要是用于拓扑错误的检查，其中部分规则可以在容限内对数据进行一些修改调整。

建立好拓扑规则后，就可以在ArcMap中打开数据，根据这些拓扑规则进行检查，并根据错误提示进行修改。

ArcMap中的拓扑处理功能在其“Topology”工具条中，它的主要功能有处理线拓扑（删除重复线、相交线断点等）、根据线拓扑生成面、拓扑编辑（如共享边编辑等）、拓扑错误显示、拓扑错误重新验证（即刷新错误记录）等。

要在ArcCatalog中创建拓扑规则，必须保证数据为Geodatabase格式，而且要求进行拓扑规则检查的要素类在同一要素集下。

在ArcMap中进入需要进行操作的要素集下，在窗口右边空白处单击右键，在弹出的右键菜单中有new→Topology，然后按提示操作，添加一些规则，完成拓扑规则的检查。

之后在ArcMap中打开由拓扑规则产生的文件，利用Topology工具条中错误记录信息进行修改。

3DWG格式数据向Geodatabase数据转换方法探讨

3.1转换前的DWG格式数据处理

CAD图仅仅详细的考虑了图面的效果对后期应用考虑的很少没有考虑到地物的属性、分层、编码，也没有考虑到数据的拓扑关系。

要顺利进行数据入库，必须保证CAD数据与GIS数据能一一对应，保证要入库的GIS数据实体之间拓扑关系正确，并能解决数据的分类分层、编码、符号显示、坐标转换以及增加GIS数据的属性结构和内容的问题。

3.1.1数据分类组织

DWG数据是由图层来组织的，但图层数据没有统一的标准，不同的制图单位提交的CAD图有不同的分层方法，分层不够细致，有些时候会出现要素分错层的现象，造成点、线、面共层的局面。

这些问题的存在不利于GIS的管理，需要我们对CAD数据进行重新分类分层，如下图示：

图3-1数据原始分层情况

图3-2单一图层信息提取到新层

图3-3地图数据重新完整分层

3.1.2CAD要素与GIS要素相对应

CAD数据中不仅存在着大量的冗余信息，还有一些数据缺失问题。

而且CAD中的图形元素繁多，对象要素有点、直线、多义线、圆、圆弧、文本注记等；而GIS的主要的图形要素主要有如下几类：

点、线、面和注记。

所以，要正确的将这些CAD数据转为GIS数据就需要保证图形要素能够一一对应的转换。

要保证数据在转换中不丢失，不变形，需要我们制定要素对应规则。

表3-1CAD要素与GIS要素对应关系

CAD（DWG）要素

GIS（Geodatabase）要素

点、块、文本

点（转注记）

线（直线、多义线）、弧

线

多边形

面

3.2转换方法

3.2.1利用ArcToolbox实现数据转换

传统的转化方法是，利用相关GIS软件平台自带的数据转换功能，直接将CAD的数据导入。

数据被迫通过一个有限的数据模型进行转换。

在ArcGIS软件中，通过数据转换工具箱（ArcToolbox）中，选择“CADtoGeodatabase”工具，就可以实现CAD数据的导入。

但是这种常规的转化方法，会存在一些不足：

（1）要素丢失：

CAD中的图形数据结构，GIS软件不接受，或者转换前后没有对应好数据间的关系，使得要素的某些几何属性丢失，如颜色，线型等。

（2）要素变形：

CAD中图形数据结构定与GIS不同。

比如CAD中圆弧等在GIS中可能会变为多边形表示。

或者，CAD中作业操作不规范，比如采点过多，间隔过密而造成的要素变形，如图3-4所示。

（3）属性信息不足：

由于CAD数据主要的目的是为了定位和显示相对位置，而不注重分析功能，因此数据只有很少的属性信息，造成转换后属性信息不足，而在转换后的数据进行追加属性，又费时费力，而且准确率低。

图3-4传统方法转换结果示例

3.2.2基于FME的DWG格式数据向GIS数据转换方法

（1）FME简介[12]

FME（FeatureManipulateEngineering,简称FME）是加拿大SafeSoftware公司开发的空间数据转换处理系统,它是完整的空间ETL解决方案。

该方案基于OpenGIS组织提出的新的数据转换