CAD／GIS集成方法在土地利用数据管理信息系统中的应用.doc

CADGIS集成方法在土地利用数据管理信息系统中的应用第30卷第2期2007年4月测绘与空间地理信息GEOMATICS&sPATIALlNFORMATIONTECHNOL0GYVo1.30,No.2Apr.,2007CAD/GIS集成方法在土地利用数据管理信息系统中的应用周星炬,殷福忠,孙剑桥.(1.温州市国土资源局,浙江温州325027;2.黑龙江省测绘科学研究所,黑龙江哈尔滨150086;3.黑龙江工程学院,黑龙江哈尔滨150050)摘要:随着信息技术交叉快速发展,多种技术相互借鉴并走向融合,是当前信息科学应用领域中的必然趋势.本文首先分析了CAD/GIS集成应用的必要性,接着阐述了CAD/GIS数据集成与功能集成的一般方法,以及在应用中存在的主要问题.然后,给出了一种数据解译器组成结构,可以有效地实现CAD/GIS数据的无缝集成.同时,提出了以组件技术实现CAD/GIS功能紧密集成的概念模式.最后,以土地利用数据管理信息系统开发为例,验证了CAD/GIS集成能明显提高信息系统的整体效能.关键词:GIS;CAD;集成;组件对象模型中图分类号:P208文献标识码:B文章编号:16725867(2007)02002604ApplicationofCAD/GISIntegrationMethodinLandUseDataManagementInformationSystemZHOUXing-ju,YINFu.zhong,SUNJian.qiao(1.WenzhouLandResourcesBureau,Wenzhou325027,China;2.HeilongjiangProvincialResearchInstituteofSurveyingandMapping,Harbin150086,China;3.HeilongjiangInstituteofTechnology,Harbin150050,China)Abstract:Withrapidandintersectionaldevelopmentofinformationtechnology,technologiesborrowfromeachother,andtendtowardsfusion.Firstly,thispaperanalyzesthecommonmethodsofdataintegrationandfunctionintegrationforCAD/GIS,andtheproblemsexistedapplications.Then,aconstitutionstructureofadatatranslatorisgiven,whichcanefficientlyaccomplishseamlessdataintegrationforCAD/GIS.Moreover,aconceptmodetorealizeclosedfunctionintegrationforCAD/GISbasedoncomponenttechnologyispresented.Finally,takingthedevelopmentoflandusedatamanagementinformationsystemasanexample,itistestifiedthattheCAD/GISintegrationcanimproveefficiencyofthematicinformationsystemsremarkably.Keywords:GIS;CAD;Integration;COM0引言近30多年来,计算机辅助设计(CAD)与地理信息系统(GIS)技术都已取得长足的发展.CAD作为2维或3维图形绘制及相关几何绘制T具,主要强调自动设计制图的过程与方法,得到的图形就是一个数据库,其中一个绘图文件就是一个持久存贮所有图形的容器.它主要应用于项目规划设计,设施管理与建筑设计等,也常应用于土地利用数据的制作.GIS具有更正规的数据模型,以数据库的形式进行存贮与管理,并在图形编辑与拓扑方面遵循一定的规则,强调空间分析和满足一定的制图需求,并能很好地应用于制图,适宜性评价与网络分析.从人类思维认知过程来看,CAD主要用于对客观还不存在的物体进行设计,而GIS用于对客观已经存在的物体建模,以理解,分析与管理资源和实施.显然,再现现实的GIS数据远比设计新产品的CAD数据更繁杂.尽管如此,CAD与GIS在许多功能方面又是相辅相成的,尤其在一些专题信息系统,如城市规划与国土部门的管理信息系统,对CAD与GIS的互操作性与集成应用产生越来越强烈的需求.收稿日期:2006一lll5作者简介:周星炬(1973一),男,浙江永嘉人,硕士,高级经济师,工程师,现主要从事地理信息系统开发和国土资源管理丁作.第2期周星炬等:CAD/GIS集成方法在土地利用数据管理信息系统中的应用271GIS与CAD集成的动机人类在认识客观世界的同时,需要改造客观世界.从这一角度来看,GIS是认知,管理客观世界的工具,而CAD是改造客观世界的T具.在图1中,以时间为数轴,标明了CAD与GIS在人类活动中的不同侧重点.因而,在人类活动的整个过程中,CAD与GIS集成是必然的.若以土地利用管理为例,通常借助GIS对土地利用现状进行调查,分析,然后应用CAD对土地利用进行总体规划与详细设计.概括地讲,CAD与GIS集成主要是基于数据共享和功能扩展两个方面的需要.现在时间图1GIS与CAD在人类活动时空中的侧重点Fig.1EmphasispointsofGISandCADinthetimeandspaceofhumanactivity1.1数据采集与共享GIS数据来源形式多种多样,其中,CAD数据已占有相当大的份量,尤其在大比例尺地形图数字测绘系统和规划设计系统.由于CAD软件具有很强的图形数据采集和编辑功能,有些GIS软件将CAD作为数据采集的平台,如广州南方测绘公司的CASS4.0,广州开思测绘软件公司的SCS,这些国内有影响的大比例尺地形图数字测绘系统,都是基于CAD开发的.并且,在土地利用与管理领域,规划设计也会产生大量的CAD数据.目前,对CAD数据如何转入GIS的技术问题研究不够,缺乏相关数据标准和模型,造成相关信息系统的GIS建设远远滞后,大部分的土地利用管理信息系统仍停留在系统框架与功能的建设而忽略了技术数据,尤其是其产生的数据.这种现状强烈需求GIS与CAD集成应用.1.2应用功能扩展在功能上CAD与GIS的主要差别是:前者重视图形编辑,没有空间分析功能,即使有也相当欠缺;而后者注重空间分析,在图形编辑方面却相对薄弱.在许多应用系统中,往往既需要GIS的空间分析功能,又需要CAD的图形编辑功能.例如城市规划管理信息系统需要借助GIS分析某一小区的建筑容积率,道路拓宽对周围居民区的拆迁评估,也需要应用类似CAD的图形编辑功能,并根据空间分析结果,调整规划方案.因而,在组建具体应用项目上,GIS与CAD功能集成是非常有必要的.2集成方法CAD与GIS集成主要体现在数据集成和功能集成两个方面,下面分别探讨它们的集成方法.2.1数据集成方法数据集成要求CAD与GIS二者之间数据能够相互转换或直接渎写,这里以ESRI的系列GIS软件与常用的CAD系统数据交换为例,通常有3种技术方法,即文件转换方式,直接访问方式和数据库共享接口方式(如图2所示).其中,文件转换方式是指数据从一种文件格式转换到另一种文件格式(如DXF到SHP,SHP到DGN);直接访问方式j文件转换方式相比,不经过中介格式,系统直接把另一系统的数据读人内存,如ArcView可直接读人MicroStation的DGN文件,并如图操作其他GIS数据一样进行显示,查询与打印一;相比前两种方式而言,数据库共享接口方式是一种新型的方式,它通过在系统中嵌入应用程序接口(API),访问其他系统的数据.ESRI的ArcSDE就具有CAD客户端扩展程序,允许MicroStation或AutoCAD用户在DBMS存贮,提取CAD要素或GIS特征.并且,ArcSDE的数据访问API也可嵌入到CAD系统中,如图2(C)所示.(a)文件转换方式(b)直接访问方式(c)数据共享接口方式图2CAD/GIS数据集成常用的3种方法Fig.2The3commonintegrationmethodsOfCAD/GISdata由于CAD与GIS系统描述同一空间对象的数据模型与语义存在一定的差别,以上方法虽然在某种程度上可以实现数据交换与共享,但是在转换过程中容易导致信息丢失,很难做到真正意义上的无缝转换.而且,CAD文件除了存贮静态的图形数据,也可以通过编码对应属性的方式来存贮属性数据,用户也可以通过其提供的方法操作属性数据,但ESRI对这些属性的访问是有限制的28测绘与空间地理信息2007年CAD与GIS数据集成方法在本质上属于OpenGIS的研究范畴.早在1996年,美国的OpenGIS联盟(OpenGISConsortium,OGC)讨论研究和建立了一种开放性的地理数据相互操作规程(OpenGeodataInteroperabilitySpecification,OGIS).OGIS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GIS软件只要提供一个与这一函数集一致的驱动程序,就可以直接操纵其他类别的GIS数据.由于OGIS函数集必须顾及各种GIS,所以空间数据互操作函数提供的信息和规模很难做到十分完整,仍然存在着信息丢失的问题.因而,真正借助OGIS实现数据交换与共享还存在很多困难.在实际应用中,为真正实现CAD与GIS数据无缝集成,以达到系统间数据的无缝转换,我们采用定制数据解译器的方法,它包括数据读写接口,语义解译器,数据字典,地理空间知识库(如图3所示).图3CAD/GIS集成数据解译器Fig.3TheinterpreterofCAD/GISintegrateddata这里,数据解译器作为一个API函数,嵌入到CAD或GIS中,它通过数据读写接口调用系统(A)内部相应的数据操作方法或函数,把获取的数据传人到语义解译器,语义解译器再调用数据字典与地理空间知识库,并把它解译为另一个系统(B)可以识别的信息,然后把该信息返回到数据读写接口,由它写入到(B)采用的数据文件.2.2功能集成方法CAD/GIS功能集成方法可归纳为两类:松散式集成与紧密式集成(如图4所示).在松散式集成方式中,GIS与CAD系统通过对象链接与嵌入(OLE)技术互相调用.例如,应用AutoCAD进行基础测绘数据建库时,拓扑关系生成时需调用专业的GIS平台.系统间的主要技术难点是数据的互操作,可以通过以上描述的数据转换器在系统间建立数据通道.AutoCAD可以通过OLE技术与其他应用程序链接,Map.Info也可嵌入到其他应用系统中.松散式集成方式可避免烦琐的开发作,但其最大的缺点是功能与数据互操作性差,用户界面难以友好.0LE_.一卜_一0LE(a】松散式集成紧密式集成图4CAD/GIS功能集成的两种方式Fig.4The2methodsforfunctionintegrationOfCAD/GIS在紧密式集成方式中,GIS与CAD系统各自将另一系统的部分功能移植或借鉴过来,构建一个完整的独立应用平台.Autodesk公司在AutoCAD上扩展GIS功能,形成AutoCADMap,就是一个很好的案例,图5(a)是其GIS功能菜单;ESRI在MapObjects2.0基础上扩展CAD功能,图5(b)为其图形编辑_T具箱.尤其是,近几年产生的组件对象模型(COM)技术,将更加有利于促进CAD/GIS紧密式集成方式的快速发展.组件对象模型(COM)及其相关技术ActiveX是目前使用最广泛的组件软件开发模型和技术,是由微软公司在对厂帮勤m)l留学誊参|一t|橇g|孀蓐鼍攀一_魄m|.辐m疗A:船算-菇勇辖_|1孝勇曩|(a)(b)图5CAD/GIS紧密式功能集成的两个案例Fig.5The2examplesofcompactfunctionintegrationofCAD/GIS象链接和嵌入(OLE)技术的基础上发展起来的.COM是组件的一种常规结构,它是一种标准而不是实现方式,它只解释了组件之间是如何通信的,具体实现由ActiveX完成.随着组件技术的日趋成熟及普遍应用,大量组件生产商会涌现m来,并推出各具特色的组件产品,软件集成商则利用适当的组件快速生产用户需要的某些特定应第2期周星炬等:CAD/GIS集成方法在土地利用数据管理信息系统中的应用29用系统.可以预料,将会出现CAD/GIS功能组库,用户根据特定的需求,将它们集成到应用系统中.采用这些组件,能够快速构建基于组件技术CAD/GIS集成系统,其框架如图6所示.其中,CAD组件承担图形编辑功能,GIS组件完成空间查询与分析,二者同在一个容器中,在容器中交互信息,并表现出统一的操作界面,可真正实现CAD/GIS的无缝集成.为能够对空间数据库统一操作,在集成系统中内嵌数据访问组件,南它完成数据访问与数据智能解译.图6基于组件的CAD/GIS集成系统Fig.6TheCAD/GISintegrationsystembasedonCOM3应用实例3.1应用概况土地利用数据管理信息系统的建设是土地管理部门当前的重要任务,是实现闽土地理信息有效管理的手段.随着大比例尺地形图数字化测冈的发展,传统的生产方式已经基本退出了历史舞台,各地的测绘主管部门都面临着新的困难.其中,大比例尺土地利用测图是一项十分繁琐的T作,应用CAD可以明显提高编制效率.同时,考虑到建立土地利用管理信息系统的需求,应用GIS技术可快捷实现对数据的查询与分析及规划成果的无缝拼接.因此,这样的系统是一个典型CAD/GIS集成应用系统.大比例尺土地利用数据采编与建库系统应用CAD比较适合;管理分析子系统核心功能是数据库管理与空间分析,由GIS系统实现.3.2集成方法AutoCAD作为CAD的代表软件,在国土行业具有广泛的影响,实际应用中,往往需要在AutoCAD环境中组织GIS数据.空间对象是地面物体或者说地理现象的抽象,它有两个明显的特征:几何特征与物理特征,与之相对应的描述数据分为图形数据与属性数据.传统观念认为,CAD仅仅是一个图形平台,无法挂接和管理属性数据.其实不然,随着CAD技术的快速发展,在图形与属性一体化管理方面已取得了很大的进步,可提供多种实现方式.本实例中的数据采集与建库子系统在AutoCAD2002基础上开发,定制符合相关技术标准的符号和线型,并以AutoCAD实体扩展属性Xdata记录土地利用分区的属性数据.管理分析子系统选用ESRI公司的组件MapObiects,应用VB.NET开发.AutoCAD数据可以直接以DXF格式导人ArcGIS中,但转换中容易丢失信息,特别是AutoCAD图形实体的扩展属性.为实现数据的无缝转换,我们定制了数据解译器,直接运行在AutoCAD中,把专题数据写成ArcGIS的Shapefiles.运行原理与过程:数据解译器调用AutoCAD实体GetXdata方法,读出图形链接的扩展属性,然后通过数据访问组件ADO调读相关数据字典,解译成土地利用规划要素完整的属性描述数据,同时调用地理空间知识库,将AutoCAD中的图形实体转换为Shapefiles可识别的空间图形要素.将以上属性描述数据与空间图形要素写为Shapefiles数据文件.最后,通过SDE空间数据引擎,将数据保存在关系数据库中无缝管理.4结束语CAD与GIS在发展和应用中正不断借鉴与交融,它们在数据与功能上的互操作性与集成应用已显得越来越重要.本文分析了CAD/GIS技术集成的必要性,提出了两者间数据集成与功能集成方法.最后,以土地利用数据管理信息系统为例,验证了CAD/GIS集成方法与效果.参考文献:1DavidJ.Maguire.hnproveCADGISlnteroperabilityEB/OL.http:/www.geoplac