AutoCAD 支持下地图数据的拓扑组织.doc

精品文档AutoCAD支持下地图数据的拓扑组织吴 凡 宋 鹰(武汉测绘科技大学土地科学学院 430070)【摘 要】 AutoCAD绘图软件包已广泛应用于各级各类部门。本文在分析utoCAD图形交换文件结构的基础上，研究设计了一套简便实用的地图数据拓扑方法。 一、引 言 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网地理信息系统中拓扑关系是空间数据区别于其他各类数据的一个重要标志，它概括了空间地理目标(点、线、面、体)之间的邻接、关联和包含等关系。利用拓扑关系可以实现相关的空间查询、分析与检索，便于进行某些结构化操作如自动综合等。 目前，国内外有多种专业化软件(GIS、机助制图、地图数据库等软件)均可以实现矢量地图数据拓扑化，且自动化程度较高。但因其自成系统，灵活性较小，费用较高，对于众多基层用户来说难以实现和纳入自己的系统之中。AutoCAD有丰富的基本图形元素(点、线、弧、文字等)绘制功能，有很强的图形编辑功能，能支持多种输入输出外围设备，且接口实现简单方便。在基层地理信息部门(如勘察、测绘、规划等)，AutoCAD有着广泛的基础，绝大部分内外业一体化成图、规划设计软件是在AutoCAD基础上开发的，而且这些基层部门大多不具备完善的GIS或地图数据库软件处理，才能构建地图数据的拓扑关系。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网二、AutoCAD图形交换文件(DXF文件)的结构分析 AutoCAD的图形交换文件(DXF文件)是具有&ldquo*.dxf&rdquo类型的，并且具有特殊格式的ASCII文本文件，它是AutoCAD图形数据库的一个完整表示。在AutoCAD系统内运行DXF文件(DXFIN)即可生成图形，反之可将图形通过DXFOUT命令转换为ASCII文本文件。因此，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，自动组织起数据的拓扑关系。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网DXF文件格式要求严格，通常由以下5部分组成： 1. HEADER(标题)节&mdash&mdash包括与图形相关的变量的设置。如AutoCAD图形数据库的版本号、图形最大最小XYZ范围等： 2. TABLES(表)节&mdash&mdash由排定次序的若干张表组成，包括线型表、层表、字体表、视图表、用户坐标系统表等； 3. BLOCKS(块)节&mdash&mdash包括图形中每个块的实体描述； 4. ENTITIES(实体)节&mdash&mdash包括图形中所有实体的具体描述，如图形实体所在层、线坐标、点坐标等； 5. END OF FILES(文件结束)节&mdash&mdash仅包括结束符EOF。 DXF文件由多个组构成，每个组在DXF文件中占有两行，一行为组代码(非负整数)，另一行为组值。采用的格式取决于组代码指定的组的类型。常用的组代码及组值见表1。 由于所需处理的DXF文件中所含图形实体只有点、线两种，它们的坐标值仅出现在实体节的组值位置上，所以，仅需对DXF文件的实体节进行处理。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网实体节(ENTITIES)总是以组代码0开头，组值为SECTION(记为0/SECTION，&ldquo/&rdquo表示换行)，然后接着是2/ENTITIES，并以0/ENDSEC结束。 对点实体(例如)的描述可参见图1所示的情形。 表1 AutoCAD中常用实体组代码组代码值的类型0标志一个实体、表项或文件分隔符的开始，跟在后面的文字值指出具体是哪一个2一个名字，属性标记，块名等6线型名(固定)8层名(固定)10初始X坐标(LINE或TEXT实体的起始点等)1118其他X坐标20初始Y坐标2128其他Y坐标30初始Z坐标3137其他Z坐标62颜色号&hellip&hellip图1对直线实体(例如由与两点连成的直线)的描述如图2所示。图形实体按绘制的先后排列。因此，根据DXF文件结构的规律，设计一套数字化编码方法，可以很方便地利用高级语言编写程序，提取所需拓扑信息，实现地图数据的拓扑化。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网三、AutoCAD矢量地图数据拓扑组织 目前，对矢量地图数据拓扑关系的描述，主要有基于网结构(图)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、TIGER等都采用这类模型建立拓扑关系。本文也采用基于网结构的拓扑模型来建立地图数据的拓扑关系。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网1. 矢量地图数据拓扑化的一般过程6,7 (1) 对弧段进行数字化，取得坐标几何数据，利用坐标数据文件中弧段记录的隐含顺序自动编码； HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网(2) 根据弧段端点坐标，给定一个合适的阈值进行结点匹配，建立结点/弧段的拓扑关系(关联关系)，并推出弧段/结点的拓扑关系； (3) 根据已导出的弧段/结点、结点/弧段关系，采用顺时针或逆时针方式，按最右弧或最左弧反复追踪，并判断弧段与结点关系，同时记录每条弧段的跟踪次数，直到每条弧段都处理完两次(生成左右两个多边形连通边界)后结束； (4) 对非单连通的复杂多边形(即含岛多边形)，需按微积分原理，依据弧段计算每个多边形的面积，并将已拓扑出的所有多边形，按照从左到右，从上到下的顺序排列。只有序号在后且面积为负的多边形，才有可能成为当前多边形的内岛，再判断后一多边形的内点是否在当前多边形内，是则为内岛，否则不是。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网由于原始数据获取(数字化)时，对点误差不易掌握，随机性比较大。因此，结点匹配时阈值的选择是影响拓扑化成败和效率的重要因素。但目前该阈值的选择尚没有较好的、比较通用的理论方法。因此，拓扑化过程中反复进行图形编辑修改和检查必不可少且费时费力。 2. AutoCAD支持下的地图数字化编码方法 众所周知，AutoCAD有很强的图形编辑功能。地图数字化时可以实时观察所输图形要素，并可随时编辑修改。为了避免选择难以掌握的结点匹配阈值，充分发挥人的判断能力，在数字化时既输入坐标，也同时直接输入弧段/结点拓扑关系，以便于后续处理。 (1) 数据准备 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网1. 按数字化设计方案要求制作编码图，将每个结点标出并编上号(编号次序任意)；2. 将每个多边形内点标出(编号次序任意，代表每个多边形)。 (2) 数字化方法 控制点数字化 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网数字化仪定标：TABLET，CAL：输入第一点(左下0，0)，输入第二点(右上900，600)； 地图控制点：POINT：左下点，右下点，右上点；SAVE图名，DXFOUT图名。面状要素数字化(非制图区域代码设定为零) 结点数字化 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网 数字化仪定标：TABLET，CAL：输入第一点(左下0，0)，输入第二点(右上900，600)； 结点数字化：用POINT命令，按编码顺序输入结点； SAVE文件名； DXFOUT文件名。 弧段数字化 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网 数字化仪定标：TABLET，CAL：输入第一点(左下0，0)，输入第二点(右上900，600)； 弧段数字化： 1. 用POINT命令输入： 起结点号，止结点号； 左区码，右区码。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网2. 用LINE命令输入： X1,Y1 3. 用POINT命令输入： -999，-999 4. 从13重复以上步骤。 SAVE文件名； HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网 DXFOUT文件名。 线状要素数字化 输入过程同面状要素。改变之处：左区码0，右区码本弧用户码(User-ID)。 点状要素数字化 用LAYER命令设定本点用户码(User-ID)，若为内点则设为多边形用户码： HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网1. 数字化仪定标：TABLET，CAL：输入第一点(左下0，0)，输入第二点(右上900，600)； 2. 用LAYER命令设定用户码(User-ID); 3. 用POINT命令输入点； 4. 重复2，3步； HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网5. SAVE文件名； 6. DXFOUT文件名。 需要说明的是，该编码方法采用了人工对结点和内点进行编码，而不采用自动提取每条弧段起止端点作为结点，主要是考虑到以下两个原因：一是因为结点匹配的阈值不易确定。不同人员数字化的图的质量参差不齐，使该阈值确定更为困难，需要反复进行图形的编辑修改；二是因为数字化是在AutoCAD环境下进行，由DXFOUT输出该数字化文件进行拓扑化处理，若结点匹配阈值不合适，需要进行图形编辑，则又要回到AutoCAD环境中进行，这样非常麻烦，也就难以达到简便的目的。因此，本方法采用人工标识结点和多边形内点，实际上隐含了弧段/结点、弧段/面域的关联关系。数字化时可按任意方向和顺序进行，也可以任意修改图形。但数字化弧段时必须停在端点附近，即不再数字化结点。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网3. 拓扑化数据组织 (1) 数据结构设计 本文所设计的地图点、线、面数据的逻辑结构及其相互关系如图3所示。实际工作中用户可根据自己的要求设计。 (2) AutoCAD数字化文件(DXF文件)处理 这个过程目的在于提取数字化几何坐标，同时也提取数字化过程中输入的弧段/结点HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网、弧段/面域的拓扑关系信息，它是形成多边形拓扑结构文件的基础，提取过程如图4和图5所示。 (3) 拓扑化处理 这一处理与矢量地图数据拓扑化的一般过程相同，即通过上一过程生成的坐标文件和弧段/结点、弧段/面域关系，采用左转或右转算法生成结点/弧段、面/弧段关系，最后得到图3所示结构的数据文件，实现地图数据拓扑化。 HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网图3图4 处理点DXF数字化文件因最外边界弧必有左或右区码为零，则可搜索弧文件找出最外边界弧，并设标记uid1，其余弧uid=0。设右区码为本多边形码，按顺时针方向追踪(即按右转算法)。 四、结束语 本方法的关键在于所设计的数字化编码方法，在AutoCAD环境下数字化时，利用AutoCAD命令(POINT)输入了弧段/结点、弧段/面域的拓扑关系信息。通过对DXF数字化文件的处理，既提取了所需的几何坐标数据，也提取了弧段/结点、弧段/面域的关联关系。再通过左转或右转追踪算法，生成结点/弧段、面/弧段关系，完成地图数据的拓扑化过程。 本方法不需要任何专业性软件系统的支持(如GIS等)，用户可利用简便易用的AutoCAD绘图软件来获取拓扑化矢量地图数据，并按各自的要求纳入自己的系统之中，简单方便且易于实现。按该方法编制的软件已成功地应用于2000年中国的环境预测系列图和济南市国土资源电子地图集之中，。 参考文献1 北京希望电脑公司.AutoCAD 11.0计算机绘图软件包用户参考手册.北京：海洋出版社，19912 朱良.利用AutoCAD软件实现微机辅助河流水环境容量制图.学位论文.北京：北京师范大学，19873 徐庆荣.空间数据处理中的拓扑模型与运算.地图，1