从CAD矿图到GIS矿图的转换技术.pdf

Series No 418 April2011 金属矿山 METAL MINE 总 第418 期 2011年第 4 期 宫良伟 1964 男 中国矿业大学采矿工程学院 博士研究生 221116 江苏省徐州市 从 CAD 矿图到 GIS 矿图的转换技术 宫良伟韩福顺 中国矿业大学 摘要阐述了 CAD 矿图和 GIS 矿图的区别 并说明了把 CAD 矿图转换为 GIS 矿图的必要性 同时介绍了 在 AutoCAD Map 3D 下 从 CAD 矿图到 GIS 矿图的转换过程和注意事项 并以李村煤矿实际矿图为例 论述在 AutoCAD Map 3D 环境下 由 CAD 矿图生成 GIS 矿图的步骤 关键词CAD 矿图GIS 矿图转换AutoCAD Map 3D Transformation Technique from CAD Mine Map to GIS Mine Map Gong LiangweiHan Fushun China University of Mining and Technology Xuzhou AbstractThis paper expounds the differences between CAD mine map and GIS mine map and the necessity of the transformation from CAD mine map to GIS mine map Meanwhile the process of the transformation and the considerations are stated under the environment of AutoCAD Map 3D Taking the real mine map of Licun Coal Mine as a case the steps in transition from CAD mine map to GIS mine map under AutoCAD Map 3D are described KeywordsCAD mine map GIS mine map transformation AutoCAD Map 3D 数字煤矿要求各种技术数据数字化 但是 目 前的矿图多为 AutoCAD 绘制的 由于 AutoCAD 没 有 GIS 功能 其图形对象仅有图形数据 没有属性数 据而且 AutoCAD 使用的坐标是几何坐标 在其环境 下绘制的矿图都是在几何坐标下进行的 因此 必须 把 CAD 矿图转换为 GIS 矿图 才能进行空间分析和 综合数据处理 AutoCAD Map 3D 是 Autodesk 公司研制的 GIS 平台 它是基于 AutoCAD 研制的 具有 AutoCAD 的 全部功能 和常规 Autodesk 一样 AutoCAD Map 3D 也是以 DWG 格式保存文件 它能够和 CAD 矿图 无缝 融合 没有任何信息丢失 虽然如此 但原 来的 CAD 矿图没有任何属性信息 也没有地理坐 标 CAD 矿图必须经过转换 才能成为 GIS 矿图 1矿图准备 利用李村煤矿的采掘工程平面图作例子 李村 煤矿只有 1 层可采煤层 煤厚 4 9 m 仅用一幅 1 5 000采掘工程平面图反映全部采掘活动 该矿 图包含采掘工程 地质资料 地面地物等内容 为了 便于说明 仅介绍转换采掘工程图形对象 准备矿 图需要检查图层 对 CAD 矿图进行地理参照 以及 清理图形 1 1检查图层 CAD 使用图层来组织矿图图形对象 CAD 矿 图在 1 个图层里可以放置多种图形对象 但不建议 这样做 建议 1 个图层放置 1 类图层对象 这样便 于转换成 GIS 数据 由于在绘制矿图时存在放错图 层 所以要检查图层 首先 检查图形对象是否有放 错层的情况 若有 要放入到正确的图层 其次 要 考虑图层设置是否合理 如不合理 要重新设置图 层 并把图层对象归入正确的图层 用 AutoCAD Map 3D 打开李村煤矿采掘工程平 面图 该平面图共有近 40 个图层 经过检查 发现 很多图形放入了 0 层 必须把错放在 0 层的对象放 入正确的图层 为了管理方便 把这些图层分为 6 个组 采掘工程 地面地物 通风设施 地质测量 机 电设施和图例图框 1 2对 CAD 矿图进行地理参照 CAD 矿图使用的是几何坐标 必须用地理坐标 对其图形进行参照 李村煤矿使用的坐标系为 Xian 80 GK3d 38 即西安 80 高斯 克鲁格投影 111 3 度分带 38 带 这里按以下步骤对 CAD 矿图进行 地理参照 1 根据经纬网坐标计算图框四角坐标 北向 和东向 并把 4 个点的坐标按一定格式放入记事 本 见图 1 所示 依次单击相关键新建图形 选择 map2d dwt 样板并单击 打开 图 1坐标值在记事本中的放置格式 2 为新建图形文件指定坐标系 切换到任务 窗格的 地图管理器 在 当前图形 上单击鼠标右 键 然后单击 坐标系 在 指定全球坐标系 对话 框中 单 击 选 择 坐 标 系 然 后 选 择 Xian 80 GK3d 38 坐标系 单击 确定 3 切换至任务窗格的 勘测 单击数据新建 勘测数据存储 N 在 新建数据存储 对话框 中指定数据存储文件位置 单击 确定 右击 勘 测数据存储 单击 输入 ASCII 点 A 在 输 入 ASCII 点 对话框中 单击文件位置右侧的按钮 找到存放图框四角坐标数据的记事本文件 单击 确定 如图 2 坐标点显示在绘图区域 图 2从记事本文件中提取坐标数据 4 切换至采掘工程平面图 把 0 层置为当前 图层 并在图框四角绘制点 如果看不见绘制的点 重新设置点样式 冻结除采掘工程之外的其他层组 的所有图层 不冻结 0 层 然后 沿刚才绘制的四 个点绘制一个矩形 5 把采掘工程图层组所包含图层的图形和刚 绘制的矩形做成一个块 在对象区域选择转换为 块 所选择的所有图形变成了一个块参照 然后复 制该块参照 6 再切换到新建的图形文件 复制的块参照 粘贴到绘图区 单击 工具 选项卡 地图编辑 面 板 弹性拉伸 命令行上提示输入基点 1 时 单击 参照块的左下角点 命令行上提示输入参考点 1 时 单击 4 个坐标点的左下角点 然后 按同样的方 法 依次指定其他 3 个角点 完成后 按 Enter 键 选取要与参照区域对齐的对象 输入 s 以选择要执 行弹性拉伸的对象 然后 单击参照块 按 ENTER 键完成弹性拉伸 7 单击 默认 选项卡 修改 面板 分解 选择参照块 把参照块分解 删除多余的矩形 剩 余的图形仍然按原来的图层分层存放在图形文件 中 点击 保存 把新建文件保存在李村煤矿井巷 工程图中 1 3图形清理 用 AutoCAD 绘制矿图时 会出现一些错误 如 重复线段等 所以在转换为 GIS 矿图前 要进行图 形清理工作 1 依次单击 工具 选项卡 地图编辑 面板 清理 2 指定要包含在清理操作中的对象 在此包 括所有图形对象 在 图形清理 选择对象 对话框 中的 要包括在图形清理中的对象 下 选择 全部 选择 请确保 图层 框中有星号 即选择全 部图层 单击 下一步 3 在 图形清理 选择动作 对话框中 选择 删除重复项 并单击 添加 在 选定动作 列 表中 选择 删除重复项 并在 清理参数 下的 公 差 中输入 0 2 在 选项 下 选择 自动 可逐个 查看错误 单击 下一步 4 在 图形清理 清理方法 对话框中 在 清 理方法 下 选择 修改原始对象 单击 下一步 单击 完成 2给图形对象添加属性数据 做好矿图准备后 矿图已经做到图层清晰 没有 冗余图形对象 并且是真正意义上的具有地理参照 的矿图 在任务窗格的地图管理器 右击 当前图 形 就可以看到坐标系名称 但此时的图形对象没 有属性数据 用 AutoCAD 绘制的矿图 图形对象没有属性数 211 总第 418 期金属矿山2011 年第 4 期 据 AutoCAD 本身没有为图形对象添加属性的功 能 虽然通过 AutoCAD 的二次开发能力可以为图 形对象添加属性数据 但对属性数据的读取只能用 程序来做 AutoCADMap 3D 能为图形对象添加属 性 只有在图形对象有属性数据时才能对矿图做智 能空间分析 在 AutoCAD Map 3D 中 有多种方法 为图形对象添加属性 这里仅介绍其中 1 种方法 2 1创建对象数据表 每个井巷工程都有其固有属性 如巷道名称 开 工日期 竣工日期 设计工程量 实际工程量 净断面 积 毛断面积 支护方式等 要创建表达井巷工程属 性的数据表 步骤如下 1 在 地图设置 选项卡 属性数据 面板 单 击 定义对象数据 2 在定义对象数据对话框里 单击新建表按 钮 在表名称中 输入 巷道 3 定义巷道表的第 1 个字段 在字段定义部 分输入或选择下列值 字段名 Field Name 巷道 名称 类型 Type 字符 说明 无 默认 无 单击 添加 按钮 4 定义巷道表的第 2 个字段 在字段定义部 分输入或选择下列值 字段名 Field Name 设计 工程量 类型 Type 实数 说明 设计巷道的长度 默认 无 单击 添加 按钮 5 定义巷道表的第 3 个字段 在字段定义部 分输入或选择下列值 字段名 Field Name 净断 面积 类型 Type 实数 说明 巷道的实际使用断 面积 默认 无 单击 添加 按钮 6 单击 确定 返回 定义对象数据 对话 框 如图 3 所示 实际对象数据表可以很复杂 这 里定义 3 个字段 仅是为了说明 单击 关闭 2 2将对象数据附着到图形对象 对象数据表仅是同一对象类的一种数据结构 还必须按照表的结构为每一个对象添加数据 这一 步工作量较大 要求数据要准确可靠 以巷道数据 为例 在给每个巷道添加数据前 要搜集与该巷道相 关的资料 如巷道的施工设计图 有关巷道的作业规 程和施工技术措施等 资料准备齐全后 才能开始 这一步工作 按下列步骤将对象数据附着到图形对 象上 1 在 创建 选项卡 图形对象 面板 单击附 着 拆离对象数据 图 3定义对象数据对话框 2 在 附着 拆离对象数据 对话框里 执行如 下操作 见图 4 对于对象数据字段 选择 巷道的 名字 对于值 输入 中央水仓外仓 按 Enter 健 图 4附着 拆离对象数据 3 选择 设计的巷道长度 对于值 输入 215 按 Enter 健 4 选择 巷道的实际使用断面积 对于值 输入 20 5 按 Enter 健 5 单击 附着到对象 按钮 选择代表中央水 仓外仓的多段线 在这里巷道用双线表示 所以两 边的多段线都要选择 通过 1 5 的步骤 可以把所有的巷道属性 数据都附着到巷道上 3后续工作 按照上面的过程 再对地面地物 通风设施 地 质测量和机电设施等各层组的图层依次进行转换 就可以把整个李村煤矿工程平面图的所有图层转换 为含有属性数据并有地理坐标参照的矿图 311 宫良伟等 从 CAD 矿图到 GIS 矿图的转换技术2011 年第 4 期 图形对象含有属性数据后 就可以进行动态标 注 设置样式创建专题矿图 在此基础上 通过创建 网络拓扑和多边形拓扑 就可以进行空间拓扑分析 此时的矿图还可以直接转换为 SDF Spatial 数 据文件 SDF 是 AutoCAD Map 3D 的原生格式 每 个 SDF 文件可以包含多个要素类或数据类型 与属 性和几何图形一起存储在表中 利用海量复制 SDF 文件的数据可以直接存储于大型空间数据库 如 SQL Server 2008 Spatial 中 4应用实例 煤矿编写采掘工作面作业规程和施工措施时 都要绘制避灾路线图 在避灾路线图中 技术人员 要把所有可能的避灾路线全部绘出 但是 在避灾 路线图中 并没有绘出最短避灾路线 而给出最短 避灾路线很有实际意义 因为 一旦发生灾害 时间 就是生命 下面在 GIS 矿图上 利用拓扑分析功能 解决这个问题 仍以李村煤矿矿图为例 1 把李村煤矿通风系统图按以上给出的方法 转换为 GIS 矿图 在转换后的 AutoCAD Map 3D 环 境下的通风系统图上 新建一个 巷道中心线 图 层 并在巷道中心线层绘制巷道中心线 2 利用图形清理工具首先打断交叉对象 即 巷道中心线有交点的 要在交点处断开 巷道不相交 的 被错误断开的要利用合并工具重新链接上 然 后再利用图形清理工具删除重复项 删除短对象 并 延伸未及点 3 创建网络拓扑 切换至任务窗格的 图形 管理器 右击拓扑 创建 C 打开创建网络拓 扑对话框创建矿井通风拓扑 创建后的拓扑图如图 5 所示 4 切换至任务窗格的 图形管理器 右击拓 扑下的通风系统拓扑 单击其上下文菜单 分析 的 子菜单 网络分析 显示 网络拓扑分析 对话框 选择 最短路径 按钮 然后选择灾害点和副井口 点 即显示出避灾最短路径 见图 5 图 5通风系统拓扑图及确定的最短避灾路线 5结论 AutoCAD 是一款优秀的辅助设计和绘图软件 但它没有 GIS 功能 不能进行拓扑空间分析 而 AutoCAD Map 3D 是以 AutoCAD 为平台的 GIS 软 件 具有管理和分析功能 从 CAD 矿图到 GIS 矿图 的转换 虽然要做很多工作 但转换后的 GIS 矿图具 有很强的功能 所以所做的工作是值