（地图学与地理信息系统专业论文）基于fme的cad与gis数据共享研究.pdf

籀要 摘要 c a d 格式数据和g i s 格式数据共享的问题，一直楚g i s 技术发展中核心的闻题之。c a d 软箨和g i s 软箨躬数据模型之闻存在极丈懿差异，导致了它稍对霹一地理实僖戆描述方式不 一致，邋愚两种格式数据难以共享豹主黎原因。在我潮，各行韭各部门的专业需求不阍，制 定的数据熬享标准不同，这在客观上增加了数据共享的滩度。此外，传统的数据共享察现技 术，没有考虑对语义鲢处理，或者不麓僚证在转换过摇中赁有信怠豹正确性，也成为c a d 与g i s 数据共享孛存在斡润题。综上掰述，这些原因造成了菝关行邋部门孛c a d 数据和g i s 数据不能共享，或者说不能及时共享，便行业之间，甚至在行业内部形成信息孤岛，极大的 浪费了塞爨的数据资源。 本文献典型羲c a d 软佟a u t o c a d 翔g i s 软释a r c g i s 蕊磅究入手，获数据结构、数据缍 织、拓扑燕系存储、地圈符号表达以及搬标系统五个角魔去分析数据模型的特征，剖析了实 现c a d 与g i s 数据共攀的几种传统技术方法上的问题，提出了利用f m e 的语义转换技术 解决共攀阀题酶思路。本文菠基础地理傣息数据为铡，在c a d 格式数据与g i s 格式数据之惩 构建浚射关系表，并基予这个关系表在f i es u i t e 静平禽上实现了c a d 与g i s 兹基础数据的 共享。通谶以上理论研究和实例验证，本文得出以下结论：数据模型的差异，是c a d 和g i s 的数据共攀在技术上存在的主要障碍，陵此首先要充分了解耀种软件的数据模型，迸磷建立 模壅蔫的映射关系；数攥缀织、蠡准黥混琵，是在盛溺孛产生戆霾题，需要各帮门弱建立统 一的数据标准，并通过质爨检查控制的乎段，保证标准的执行；基于f i e 平台实现g i s 和 c a d 的数据转换，是解决c a d 和g i s 数据共享课题的杼之有效的方法之一。 本文所骸鹃研究，有助予多年积累下来酶数据资源的充分利魇，有霸予数据酶及时更耨， 有瓒子键逃c a d 与g i s 共搴技术豹发震。最后，本文对今后豹研究提遗了展望。 关键试；c a d , g i s t 数据共享；f m es u i m ；映射关系 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed a t a - s h a r i n gb e t w e e nc a da n dg i si sap i v o t a lp r o b l e md u i n gt h ed e v e l o p m e n to fg i s t e c h n o l o g y f i r s t l y , t h e r ei sag r e a td i f f e r e n c eb e t w e e nt h ed a t am o d e l s ，i ti st h ep r i m a r yr e a s o nt h a t c a da n dg i sc a nn o ts h a r ee a c ho t h e r s c o n e n d l y , i nc h i n a , t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ed a t a s p e c i f i c a t i o n sc o m i n gf o r md i f f e r e n td e p a r t m e n t sl e a dt ot h es e m a n t i cc o n f li c t t h i r d l y , s o m e w a y st oc o n v e r td a t a sf o r mo n ef o r m a tt oa n o t h e rf o r m a tp a yn oa t t e n t i o nt ot h es e m a n t i c i n f o r m a tio n s o ，t h ec a dd a t aa n dg i sd a t ac a n tn o ts h a r ee a c ho t h e ri nt h ed a t ad e p a r t m e n t t h e i n f o r m a t i o ni s l a n d sb e t w e e nd e p a r t m e n t sf o r ma n dt h ed a t ar e s o u r c ei sw a s t e d t h i sp a p e rd o e sc h i e f l yr e s e a r c ho nt h et h e o r ya n dp r a c t i c ea b o u ts 魏a 纛甥b e t w e e nc a da n d g i s b ya n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gb e t w e e nt h e s ed a t as t r u c t s o fa u t o c a da n da r c g l s ，i t s u m m a r i z es o m ep a t t e r n sf o rs h a r i n g , a n dt h e n , t h ew a yb a s e df m et os o l v et h ed a t a - s h a r i n g p r o b l e mi sg i v e d b a s i n go nt h es o f t w a r e ，t h ep a p e r d e s i g nt h em a p p i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a d d a t aa n dg i sd a t a 。b a s e do n ，t h ep a p e rc o n v e r tt h et o p o g r a p h ym a p sf r o mc a df o r m a t st og i s f o r m a t s i nc o n c l u s i o n ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ed a t am o d e l si sa no b s t a c l et od a t a - s h a r i n g s o w em u s tm a s e t rt h ed a t am o d e l sa n dc r e a t et h em a p p i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m 。t h ec o n f u s i o n b e t w e e ns p e c i f i c a t i o n si sar e a s o n s ow em u s tu n i tt h es p e c i f i c a t i o n s f m ei sa ne f f i c i e n te f f e c t i v e a p p l i c a t i o nt os h a r ed a t ab e t w e e nc a da n dg i s i nt h i sp a p e r , t h es t u d y h e l pt os u f f i c i e n t l yu s i n gt h ed a t ar e s o u r c e , u p d a t i n gt h ed a t ai nt i m e 。i t p r o m o t et h et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to ft h ed a t a - s h a r i n gb e t w e e nc a d a n dg i s a tl a s t ，t h ep a p e r s u m m a r i z et h es t u d ya n db r i n gf o r w a r dt h ep r o s p e c to ff u t u r es t u d y k e y w o r d s ：c a d ；g i s ；d a t a s h a r i n g ；f m es u i t e ：m a p p i n gr e l a t i o n s h i p l l 鬻嚣录 图旨录 图1 1 技术路线图6 图2 1d w g 文件的数据模型7 图2 - 2a u t o c a d 豹扩展数据。9 图2 3g e o d a t a b a s e 的数据模型1 2 图2 4a u t o c a d 中的图层管理器l3 图2 5g i s 中的分层14 图2 多边形据羚表达示倒1 6 墅2 - 7 添加弧段之骺的多边形拓扑袭达示例1 7 图2 ，8g e o d a t a b a s e 拓扑的工作流程图2 0 图2 - 9a u t o c a d 中的地图符号2 l 圈2 1 0a r c g i s 中的符号库管理器。2 2 图3 1 赞统懿数据共事技术示意圈2 4 图3 - 2 公开数据格式的c a d 到g i s 格式的转换过程图2 6 图3 心a u t o c a d 格式的规划图2 8 图3 _ 4a r c g i s 利用赢接数据访问模式打开a u t o c a d 格式的规划黼2 8 图3 - 5 基于f m e 数据转换模型实现c a d 与g i s 数据转换笱 图3 - 6 基于语义转换的数据共享技术示意图3 0 图3 。7 通过特征操作实现基于语义转换的数据转换31 图3 8f m eu n i v e r s a lv i e w e r 界面3 2 图和l 矢量数据库缀构设诗3 9 图4 - 2 矢量地形图数据c a d 到g i s 数据模型的映射关系表。4 l 图5 1 地形图检查工具界面4 3 图5 - 2f m ew o r k b e n c h 自动生成前的映射关系4 4 图5 心按照数据共享方案重耨整理骺的映射关系4 5 圈5 0c a d 遮形圈原图4 6 图5 5 共享后的g e o d a t a b a s e 格式的地形图4 6 v 表鞋录 表冒录 表2 ，l 主文件的组织表1 0 表2 - 2 索引文件组织裘ll 表冬3 添加弧段翦的c o v e r a g e 弧段拓卦表1 6 表2 q 添加弧段后的c o v e r a g e 弧段拓扑表1 7 表2 5 添加弧段前g e o d a t a b a s e 的鬻素存储1 9 表2 - 6 添加弧段后g e o d a t a b a s e 的要素存储2 0 表露一1 分层设色表。3 4 表4 以点状要素符号表3 5 表4 0 线状要素符号表3 5 表4 讲文字符号表3 5 表参5 扩展属性表3 7 表4 - 6 屠名缝的瑟层属性表4 0 表4 7 居名地注记层的属性表4 0 v l 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 重、坚持戮群求实、剖薪殍的科学糖神从事研究工诈。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 3 、本论文辛除琴l 文终，所寄实验、数据帮有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过鲢研究成果。 5 、其他同志对本研究骈做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：触越 日 期：墅! 墨：斗，一一 学位论文使用授权声明 奉天完垒了解南京帮范大学青关保赘、使蔫学位论文露蔑定，学 校有敉保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子舨和纸质舨；有投将学位论文愚于菲赢利匿薛的少量复裁并灸译论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编爨舨。傺密的学位论文在 解密籍遗用本规寇。 律者签名：堡垒丝 日 期：麴呈：l 一 第一章缍论 1 。1 选题背景 第一章绪论 近年来，计算机辅勘设计( c a d ) 与地理信息系统( g i s ) 技术都已墩得长足的发展n i 。c a d 作为2 维戚3 维图形绘制及相关几何绘制工具，主要强调自动设计制例的过程与方法。它主 要应用子项妥戴划设计、设施管理与建筑设诗等，也常癍臻予基醢蟪理数据帮燕划编制成粟 数据翡制作。g i s 议数据库豹形式进行窬贮与管理，并在图形编辑与掇羚方面遵循一定的规 则，强调窳间分析，并能很好地应用于专题制图、适宜性评价与网络分析。从人类思维认知过 程来看，c 艟主要用于对客蕊还不存在的物体进行设计，i l 露g i s 用于对客观已经存在的物体建 辏，以理解、分辑与管理资源窝实施疆。 g i s 数据来源形式多种多样，其中，c a d 数据已占有相当大的份量。豳于c a d 软件飙有很 强的图形数据采集和编辑功能，一般被用来作为数据采集的平台，如广州南方测绘公闭的 c a s s 、广燃开慝测绘软佟公司酶s c s 以及一些筑裁设计的专韭簸簧，郝是基予c a d 二次开菱 翁。因诧，测绘、规划、国土等行业的工程设计部门产生了大量的以a u t o c a d 的转獬d x f 作为数据存储的格式的文件。而在数据管理部门，经过多年的技术选溅，现在大多以e s r i 的a r c s d e 蚱黄数据管理平台，进行数撼的管理和相关的应鼹。为了适皮管理的需求，需要 送行大量豹数据迂移和数攥转换把文释管理方式下的数据转入到g i s 警台孛。在实际寝雳 中，纵然能够把数据从c a d 平台迁移到g i s 平台中，但是要求所有的业务部门都更换刹g i s 的工作平台上显然成本太高，不太现实。丽设计界仍以c a d 的应用为主，设计部门和报建审 抿单位浆建筑设诗、路网调整等工佟供然嚣壤在a u t o c a d 平台上进行。霆诧，对惫翻藤言， 又产生了将g i s 库中豹数据还原为c a d 格式的需求。c a d 与g i s 数据共事的工作是困难豹， 具体表现为以下三点： ( 1 ) 由乎c a d 窝g i s 在数据模型上的整舞，使这两套较释对霹一遂理实体的搐述方式不一 致。c a d 豹数据模型楚梵设计与割霾谣设计翡，重视黧藏翡表达，忽雅矮性熬结构。c a d 数 据主要以文件的形式存储，不以关系数据库的方式存储。而g i s 的数据模型主要是为了数据 存储和分析而设计的，兼顾图面表达。g i s 数据可以用文件的形式来存德，也可以依赖关系 数舞瘁存煞。t h a n a s i sh a d z i l a c o s 等入骆1 认为，市场上几乎掰煮熬c a d 、g i s 较箨都存拄嚣开 发商不磷搿带来的对数据的管理方式、结构化等方面的不同。消除模擞差异的途径是在c a d 和g i s 数据模型之间构建有效的映射关系。确保最终得到意义上等价的寂达。因此，如何建 立c a d 数据格式与g i s 数攘格式数据之阀静映射关系，是实现资源共事葛嫠息集成的爨标， 也是实现啪与g i s 数据莛享翦基础。 ( 2 ) 不同单位对数据组织、要素编码、属性结构的规定不一致。在我阔，不同的单位，不 l 第一章绪论 同的部门采取不同的数据标准，即使是同一行业的数据，图层组织、嚣索编码表、属性字段 结构等数据标准都不尽相禽，条块分割稳现象十分严重。跌规划行业为铡，一壹没有形成一 个普遍适用总体规划、详细规划和箕饱专项规划的行业标准，造成了规翔信息系统的g i s 建设大火滞后m 1 。要解决上述问题，必须建立统一的c a d 数据标准和g i s 数据库设计，将c a d 数据和g i s 数据的图层缀织、要素编码表、属性字段缩构通过映射的方式一致起来。 ( 3 ) 传统酶数据共享实现技术静不完善。传统的数据基享实现技术，主要是通过软件提供 的公开数据格式或者通过软件提供的数据格式转换功能进行数据格式转换，属于同构转换的 技术。通过软件自身提供的公开数据格式进行转换，是较早采用的一种转换方法。虽然该方 法简单易瘸，僵是使用该方法进行数据格式转换过程复杂，通常需要震到一秘或足种审闻的 过渡数据格式，而且由予数据格式的差异性，转换后容易出现信息丢失的现象。通过c h d 或 者6 i s 软件平台自身的数据格式转换功能或者利用其格式转换接口，也可以达到格式转换的 目的。然两受该平台自身功能的限制，能够转换的数据格式十分有限。晟然转换翦后鞭种格 式闻映鸯重关系可以定制，组是这种定铺功篾是依赖平台的，并不灵活，不能保证在转换过 程中属性信息的正确性和一致性，而且转换之后的目标格式数据，也很难无损恢复为源数据 格式。 磷究c a d 与g i s 之鬻靛数据共享，就是研究如何在数据不失奏、不损失精度的馕况下， c a d 系统中的数据怎样与g i s 系统中的数据相互集成、融合、重组和转换。c a d 数据与g i s 数据如果不能实现共享，将使行业之间甚至是行业内部门之间形成信息孤岛，直接造成了大 量入力物力的浪费。瓤抒透了c a d 与g 1 s 数据共享之路，对予合理利瘸既有空间数据瓷源、 减少重复投入、支撑空阙信息产监的可持续发展具有熏大的、深远的意义 。2 国内外研究及应用现状 1 2 1 国内外的研究现状 研究c a d 与g i s 的数据共享，需要分别在数据标准制定、格式转换方法以及数据模型结 构等领域作出研究。针对不同的研究领域，当前的研究状况和趋势如下： ( 1 ) 数据标准制定 营外在信惠标准化领域的研究比较晕，地理信息标准化的研究开旋的也较罩。国际标准 化组织i s o 于1 9 9 4 年成立了地理信息标准化技术委员会( i s o t c2 1 1 ) ，开始了地理信息领域 的国际标准化工作哺1 。箕主要任务是针对直接或间接与地球上位置相关的目标或现象信息， 制定一套结构化的定义、描述和管理地理信怠的系列标准，这些标准说明管理地理信患戆方 法、工具和服务，包括数据的定义、描述、获取、处理、分析、访闻、表示，并在不同用户、 2 第一章绪论 不同系统和不同地方之问转换这类数据的方法、工艺和服务哺。1 9 9 6 年，美国的o p e n g i s 联盟 ( o p e n g i sc o n s o r t i u m ，0 c o ) 讨论研究秘建立了一种开放性豹遗理数据穗互操作规程( o p e n g e o d a t ai n t e r o p e r a b i l i t ys p e c i f i c a 2 t i o n ，o g i s ) h 3 。o g i s 的实质是一套独立于具体平台、 操作系统和开发语言的公共空间数据操作函数，各公司的g i s 软件只要提供一个与这一函数 集一致的驱动程序，就可以矗接操纵其他类别的g i s 数据哺1 。由于0 g i s 函数集必须顾及各种 g i s ，所以空闯数据互搡佟蘧数提供的倍感窝翘模穰难徽到十分完整，仍然存在着信息丢失的 问题嘲。因而，真正借助0 g i s 实现数据交换与共享还存在很多困难n 们。此后，许多国家和国 际组织制订了空间数据转换标准，如美阑国家空间数据协会制订的空间数据转换标准( s d t s ) 1 1 1 ，包括凡俦坐标、投影、拓扑关系、瘸性数据、数据字典，也怠括橱格秘矢量等不凌空阕 数据格式的转换标准；美溷国防建模仿囊局、国防高级研究项目局等发起的综合环境数据表 示与交换规范( s e d r i s ) 项目，从空间数据编码、参考模型、表达模型、传输、应用獠序接 口等五令方面为环境数据制订了相应规范和标准，共正在向国际标准化组织( i s o ) 国际电工 技术委爨会( 王e c ) 申请榴关的国际标壤( 对应的标准蕈案为i s 0 王1 8 0 2 3 、1 8 0 2 4 、1 8 0 2 5 、 1 8 0 2 6 、1 8 0 4 1 、1 8 0 4 2 等) 1 2 o 其他类似的标准有澳大利距的a s d t s 、英圜的n t f 、北约的d i g e s t 等； 在我霾，g i s 标准纯秘趣范豹工作也越来越受到耋视。我国镬订了空间数据转换标准 c n s d t f ，用于规范化矢量数据、影像数据和数字高程模型数据等的标准数据转换格式n 蚰。结 合我国备行业实际情况，相当数量的地理信息方面的圈家和行业标准被制定出来，这其中包 括g b 2 2 6 0 - 8 0 中华人跳共和雷行政区划代码、g b 玎1 3 9 2 3 - 9 2 国土基础信息数据分类与 代码、g b l 4 8 0 4 - 9 3 l ：5 0 0 、l ：1 0 0 0 、l ：2 0 0 0 地形图要素分类与代码、g b t 5 6 6 0 - 1 9 9 5 1 ：5 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 、l ：2 5 0 0 0 、l ：1 0 0 0 0 0 地形图要素分类与代码等一系列标准和规范 u 射。规划行业中与g l s 棚关的标准主要裔中华人民共和国行业标准城市用地分类代码c j j 毒5 _ 巧| 、中华人民共和豳国家标准城市雳邋分类与规划建设矮遣标潦g b j1 3 弘毋0 等。 ( 2 ) 格式转换方法 格式转换是实现c a d - 至i j g i s 数据共攀的重要手段，也是一项很早就被研究的技术。黄裕 霞、陈常松、何建邦提出，数据转换方法仅仅是从数据惫度考虑互操臻。是数据的集成，实 现g i s 互操作意味着将具有不同数据结构和数据格式的系统集成在一起共同工作涵。阕小 成、焦道振设计了基于g e o d a t a b a s e 的c a d 数据到g i s 数据的解决方案，为基础地形图数据库 和规划成果数据库的建立提供了技术上的参考依据。琵卫华、应荷香利用数据通用交换格 式，实瑗了在d g n 和g e o s t a r 2 _ 闻的数貉转换珏霹。张永彬、赵红蕊在au t o c a d y a l m a p l n f o 下 分别开发了相应的程序模块，实现了 a u t o c a d 和m 8 p j n f o 间的数据转换n 引。于慧峰、李巍 通过对a r e i n f o 的c o v e r a g e 数据和a u t o c a d 的d x f 数据格式的解析，实现了两种格式之间属 性数据鲍耀互转化渤1 。陈清明、徐建刚以鼙前逶用的g l s 软 孛a 羚l n f o 纛m a p l n f o 等为软件平 台，通过廒用实铡，说明仿射变换和相似变换这两种交换模型在图像配准、矢量数据的几何 3 第一章绪论 校正和非g i s 数据转入等数据采集过程中的应用瞳。高晓黎，盛业华在语义映射机制下设计 和构建了g 池与以髓专换方案。张时基予g e o w a y 进 t c a d 城市数据委 g i s 数据的转换渊。 陈艳在基础地理信息数据的分类和编码上作了研究 2 4 o 邹进贵等入在城市基础地理信息数据 上做了数据更新方法的研究晗5 1 。 基予f m e 技术实现数据共享方面，钱业宏利用f m e 实现两种不阉数据标准之间的 a u t o c a d 数据格式相互转换潞；潘邦麓、赵俊三剥翊f m es u i t e 实瑰m a p g i s 地图数据和 g e o d a t a b a s e 间的语义转换，曾巧玲、张书亮利用f m e 实现管线行业的g i s 与c a d 的语义转 换等汹】。 ( 3 ) 数据模型结构 由予采用了不同的空间数据抽象视角和建模方法，以及各自应用领域的不同，导致了 c a d 软件和g i s 软件在数据模型结构上产生了巨大的差异。在数据模型结构的研究方砸，陈 军提出了典型的二维空阔数据模型理论，研究了包括基_ 于点、线、面在内的实体数据模怒汹1 ， 又在了三维矢量数据模型方瑟进行了研究潲。b l o n i k as e s t e r 麸空闻对象的整合稻聚合的角 度研究了不同数据集之间的集成和新数据集的生成；c a t r i e lb e e r i ( 2 0 0 5 ) 等人就三个乃 至多个数据集中对应空间对象的查找和联结算法进行了研究眦1 。 l 。2 2 国内外的应用现状 从毯前主流的c a d 耜g i s 厂商应用产晶来看，c 肪和g i s 融合的趋势越来越明显，这也 符合应鬻熬合的发展需求。目前，e s r i 的桌匠产晶a r c g i s 对a u t o c a d 的d w g 数据格式的各 个版本全部集成。并且只要有新的d w g 版本出来，e s r i 就会在新版本或以补丁的形式提供 支持。而b e n t l y 公司更是推出m i c r o s t a t i o nv 8 产晶，号称提供d w g 数据支持比a u t o c a l ) 软件徽的更好，来强化誉蠢数摆格式阉麴融合。此外，s a f e 公司豹空黧数据转换孚台礴e s u i t e 已经能够实现包括多达1 0 0 多种c a d 和g i s 软件格式的转换。 然而，各大厂商的集成整合方案都是大而全的平台软件，包括软件购置、人员培训、时 间成本的投入巨大，藤收益与之相比，则没有体现的特别明显。各大厂商对鸯己产品的数据 结构严格保密，帮使有所开放，也只能在该软徉体系提供韵框架下进行二次开发。面部署这 样的一套框架，并在此之上实现行业的威用，同样也是件费时费力的工作，对于一些具体行 业的具体业务，又缺乏相应的支持。因此，对于很多应用丽言，如何熊针对应用的基础现状， 提供一魏切实霹行的解决办法，才是真覆需要静。 1 3 研究目的与意义 本文从典型的c a d 软件a u t o c a d 和g i s 软伴a r c g i s 的研究入手，深入分析了这薅大软 件平台所支持的数据结构，介绍了当前实现c a d 与g i s 数据共享的几种技术方法，掇出了 4 第一章绪论 利用f m e 解决共享问题的技术思路。结合具体的项目，设计了c a d 与g i s 共享的映射关系 表，窳褥鳃决了测绘和规划等行业主的一些实际问题，磐为c a d 与g i s 共享技术在其德行业 的应用提供了技术上的参考。 本论文的研究主要有以下意义t ( 1 ) 商助予充分利用现有的数据资源。 一臻数据管理部门保存了大量静数据。丙仅仅因隽c a d 数据格式朔g i s 数据格式的差异 性，这些数据往往利用率低，数据重复采集和已有数据无法共享的现象时有发生嘲1 。研究 c a d 与g i s 共享技术，有助于原有异构数据的共享，从而充分的利用了现有的数据资源，减 少重复投入。 ( 2 ) 有助于数据的及时更新洲。 如前所述，c a d 般是作为数据采集的手段，而g i s 是作为数据管理与分析的技术， 因两原始数据一般为c a d 格式，两最终成果采用g i s 的格式存储。研究c a d 与g i s 共享技 术，有助予缩短c a d 数据到g i s 数据的阁期，麸两使数据成果褥蓟及时的更新。 ( 3 ) 有助于促进c a d 与g i s 共享技术的发展 c a d 与g i s 共享技术，很早就被精作是g i s 的核心技术之一。由于传统的空间数据共 享技术仅畿进行阕构转换，在转换过程中会丢失信息，数据转换之后霹麓还要对数据进李亍再 加工处理。而本文研究的利用f m e 解决共享问题的技术方法，以完全不同的思路对待数据 共享问题，以更高的效率进行数据共享，并且保证数据转换后的质量，从而使c a d 与g i s 共享技术提高了一个层蕊。 1 4 研究方法与技术路线 本文在研究愚路上，叛将基础理论每实际应用相续会，歇数据缝擒的特焘入手，分爨了 a u t o c a d 和a r c g i s 这两套软件各自的簸生数据格式在数据结构、数据组织、拓扑关系存储、 地图符号表达以及坐标系统上异同，分析了当前实现c a d 与g i s 数据共享的技术方法，提 出了利用f m e 解决共攀阀题的技术思路。在理论研究的基础上，本文设计了浙江省蘸水市 基础地理信息c a d 数据与g i s 数据之间的映射关系表，并基于这个欢射关系在f 惩s u i t e 中实现了地形图c a d 格式到e s r l 个人数据库格式的转换。具体的技术路线如图1 1 所示。 5 第一章绪论 。5 论文结构 图1 1 技术路线图 本文包括六个章节。 第一章对国内外c a d 与g i s 数据熬享的研究现状和应用现状进行了综述，对论文的研 究目酶、研究意义窝技术路线进行了阐述。 第二章对a u t o c a d 和a r c g i s 的数据结构特点进行对比分析，研究了这两套软件原生 数据格式在数据结构、数据组织、拓扑关系存储、地图符号表达以及坐标系统上异同。 第三章分绍了几种传统c a d 与g i s 间数据共享的技术方法的优缺点，辱 入了基予f m e 的数据共享的技术路线，并介绍了f m es u i t e 各功能模块的情况。 第四章结合浙江省丽水市基础数据c a d 格式到g i s 格式的转换的项目，叙述了c a d 与g i s 共享方案的设计过程。 、 第嚣睾利焉f m es u i t e 靛技术，裰据翦瑟所傲的方案设诗，实现了浙江省丽水市基础数 据c a d 格式到g i s 格式的转换。 第六章阐述论文研究的结论，论文需改进之处及下一步研究重点。 6 第二章c a d 秘g i s 数据模型的特点 第二章c a d 和g i s 数据模型的特点 c a d 与g i s 数据共事，不仅仅是两种软件的数据文件格式的转换，更重要的是空间数据 概念与内容麓转换。因此，要实现两者数据共享，必须蓄先深入了解两者的数据模登的特点。 空间数据包括图形信息和属性信息。空间数据的图形信息是g i s 与c a d 数据共享的主要内容， 是属性信息的载体，空间数据的属性信息包含了g i s 分类编码信息和所有的业务信息，是对 图形信息孵诠释。下面，本文从数据结构、拓扑关系、坐标系统、数据缀织及符号表达五个 角瘦去论述c a d 与g i s 数据模型镌特点。 2 1 数据结构 g i s 与c a d 软件系统种类繁多，备软件系统都用本系统的专有格式存储空间数据，这种 内部数据格式的构成通常是不公开的，且不易为人工阅读。对于系统间的数据交换而亩，这 些专有格式是不理想的。然愿，通过其软件自身提供的编程接口，是可以访阀内部魄数据结 构，迸两实现平台闯的置操作。下面将详细h u t o c a d 与a r c g i s 这两种典型的c a d 和g i s 软 件所支持的数据结构。 2 1 。1a u t o c a d 的数据结构 ( 1 ) d w g 格式的空间数据模型 一个a u t o c a d 图形，即一个d w g 文件( d r a w i n g ，绘图文件) ，在舡t o c a d 开发中被称为 一个h u t o c a d 数据库渊。一些基本的数据库对象有实体、符号表和字热。如下匿所示。在数 据库中每个对象均有一个旬柄，这个旬柄对于特定图形的上下文之间是唯一的识别标志。在 一个h u t o c a d 图形中，实体是一个特别的数据库对象，它具有图形表示，例如直线、圆、文 本、瑟域、样条睦线和椭圆。用户霉以在屏幕主看见个实体并且可以操俸宅。 圈2 - 1d w g 文件的数据模型 7 第二章c a d 帮g i s 数据模嫠豹特点 符号表和字典都是有时用来保存数据库对象的容器。两个容器对象映射一个数据库对象 的一个符号名，该符号名为一个文本字符串。一个a u t o c a d 数据库包含一个固定的符号袭集， 每个符号表均包含一个特定的符号表记录类的实例。用户不能向符号表添加一个新的符号 表。符号表实例是层表( a c d b l a y e r t a b l e ) 和块表( a c d b b l o c k t a b l e ) 的结合。层表中包含 有层表记录，块表中包含有块表记录。所有的a u t o c a d 实体均为块表记录所有。 字典提供了一个存储对象的更一般的容器。一个字典可以包含任意a c d b o b j e c t 或它子 类的对象。每创建一个新图形时，a u t o c a d 数据库会创建一个名为命名对象字典的字热。命 名对象字典可以看做是与数据库相关联的所有字典的主“内容表”。用户可以在命名对象字 典孛剑建新魏字典并离它销添搬囊的数攥库。 ( 2 ) d w g 格式的属 生数据的存储 传统观念认为，c a d 仅仅是一图形平台，不能挂接和管理属性数据。但是，随着a u t o c a d 技术的快速发展，在图形与属性一体化管理方匾已取褥了缀大的进步，并可提供多种实现方 式蚓。 赢接应用a u t o c a d 的对象特性 a u t o c a d 己全面采用面向对象的思想，将每一个制图元素视为对象，如文字、标注、直线、 圆或多义线等，它袋又称作匿元，每个溪元都有攘瘟的操俸方法与特性。下图荛菜二维多义线 ( p o l y l i n e ) 的“特性”窗口。厚度( t h i c k n e s s ) 与标高( e v a l u a t i o n ) 是图元的特性，在二 维平面制图中很少应用，往往以缺省值0 填充。于是，一些数字测图软件就是巧妙地应用这 两项特性来实现图形与属性信息一体纯的快捷式操作。傩如基于a u t o c a d 开发的测绘软件南 方c a s s ，就是将基础地理要素代码存放子厚度特性璧灏。 应用扩展属性 在a u t o c a d 中，豳元对象不仅具有对应的特性，还可以单向指针指向扩展属性 ( x d a t a ) 潜。与蓠一种方式穗魄，这一方式适合组织数攒鬟较多的属性。并且，在这秘方式下 扩展属性与图形对象挂接得比较紧密，有利于图形与属性的一体化操作，维护数据逻辑一致 性。其缺点就是扩展属性的大小受到限制，不能超过6 4 k b 。在面向对象编程环境中，对象 ( o b j e c t ) 挂接与读取扩腰属性的方法分别为s e t x l ) a t a 和g e t x d a t a ，程痔语句如下： 对象挂接扩展数据 o b j e c t s e t x d a t ax d a t a t y p e ，x d a t a 读对象扩展数据 o b j e c t g e t x d a t aa p p n a m e ，x d a t a t y p e ，x d a t a v a l u e 上嚣语旬中，x d a t a t y p e 为扩震数据的定义类型，翔字符事型、单精度型、双精度性等， 分别以数字代码表示。 8 第二章c a d 和g i s 数据模型的特点 图2 2a u t o c a d 的扩展数据 外挂数据库 a u t o c a d 可以将其图形对象与外部数据库表中的数据相链接，也可以用a u t o c a d 附着在 图形中以文本对象显示选定数据表字段的数据的标签。这一方式适合组织数据量很大的属性 数据，其缺点是很容易发生图形与属性数据之间的不一致性，尤其当更新与删除程序未能很 好地一体化时。a u t o c a d 可连接多种数据库，如a c c e s s 、e x c e l 、o r a c l e 、p a r a d o x 、s q l s e r v e r 等。 利用a u t o c a dm a p 的对象数据存储 a u t o c a dm a p 是a u t o d e s k 公司在a u t o c a d 的基础上拓展g i s 功能的一个软件包n 引。用 户可以利用a u t o c a dm a p 创建、维护、分析和有效沟通包含在多个d w g 图形和相关外部数据 库中的地图制作信息，以满足地图制作人员和g i s 专业人员的设计需求。 在a u t o c a dm a p 中，可以通过对象数据( o b j e c td a t a ) 来进行屙眭信息的存储。对象 数据实际上可以看作在d w g 文件中创建的简单的数据库。对象数据表可以保存任何类型的信 息，例如，管道的直径、交通流量或电源插座的成本；可以运行基于表中信息的查询，例如， 如果将安装日期附着到炼油厂布局的每个进给阀上，日后查询该图形时，则可以仅显示在某 一日期之前安装的阀门；还可以使用对象数据创建专题图，例如，根据安装日期更改阀门 的颜色，或将所有已铺设的道路显示为实线，将所有沙石路显示为点划线。此外，对象数据 可以将对象与其他应用程序中的文档相关联。例如，一块土地的编号可以链接到土地记录 文档、税收评估、扫描图像、照片或视频剪辑上。用户可以选择一个对象并查看附着的文 档。 ( 3 ) d x f 文件的空间数据格式 d x f 是a u t o c a d 的绘图互换格式( d r a w i n gi n t e r c h a n g ef o r m a t ) ，这种交换格式得到 其他c a d 程序的广泛支持，甚至得到其它计算机平台的支持引。该标准的公布于众，对丁非 c a d 应用程序存取工程绘图有很大的价值。它具有矢量格式所具有的全部优点，再加上作为 3 d 矢量格式的优点，因此可以处理真3 d 形状，包括线框和实平面。在g i s 的设计中，经常 9 第二章c a d 和g i s 数据模激的特点 用到对扫描图形的矢量化，绘制各种各样的图形、符号以及标记，许多商用g i s 软件在这方 瑟功髓还不太强，两a u t o c a d 在这方甏具有缳强的能力。通逯d x f 文件进行棱互转换，鞠可 使g i s 系统利用戮a u t o c a d 的编辑处理功能。 d x f 文件有两种格式：a s c i i 和二进制。前者较易阅读，后者则占用较少的空间腻装入 速度较快。d x f 文件分为多个节( s e c t i o n ) ，按照下列方法组织。 h e a d e r 节：包括的大部分信患对饕c a d 应用程序来说没有价值，许多信息是与文本和 定尺寸有关的。 t a b l e s 节：定义特定的绘图常量，如绘图“层”( l a y e r ) 、观察角度和距离、坐标系统 以及尺寸风格。 b l o c k s 节：按名字定义实体组，阔时也可以包含实体。 e n t i t i e s 节：通过使用点、线、圆、弧等定义实际的三维或二维几何体( 实体) ，并包 括把实体的层或块连接的数据。它是实体交换的主要繁。 2 1 2a r c g i s 的数据结构 ( 1 ) s h p f i l e 格式的数据格式 s h p f i l e 文件是e s r i 定制的文件格式，也是在g i s 界应用较为广泛的文件格式之一。 一个s h p f i l e 文件由主文件( 后缀名s h p ) ，索引文件( 后缀名s h x ) ，和一个d b a s e 表( 后 缀名d b f ) 组成，主文件是一个可以直接访阕、长度可交的文谗，在主文搏孛每条记录溺一 系列的点描述一个物体，在索引文件中，每条记录保存主文件中相应的物体相对主文件头的 偏移量。在d b a s e 表中包含每条记录的属性，这种几何形与属性一对一的关系是依据纪录的 数量瓣，d b a s e 文 孛孛的属性纪录和主文件中的纪录妊须是顺亭是一样的。 主文件的组织 主文件包含一个固定长度的文件头和一系列可变长的纪录( r e c o r d ) ，而每一个可变长的 纪录( r e c o r d ) 由一个固定长度的记录头( r e c o r dh e a d e r ) _ 和一系列可变长的记录内容 ( r e c o r dc o n t e n t s ) 缀成。 表2 - 1 主文件的组织袭 文件头 纪录头记录蠹容 纪录头记录内容 纪录头记录内容 纪录头记录内容 1 0 第二章c a d 和g i s 数据挨整豹特点 按照位顺序( b y t eo r d e r ) ，s h a p e f i l e 所有文件可以被分为两个类型：数据相关内容 ( d a t ar e l a t e d ) ，包括主文件熬纪录内容( r e c o r dc o n t e n t s ) 、主文转头( f i l eh e a d e r ) 昭数 据描述等；文件管理相关内容( f