前言

多年来，由于技术、经济等原因，城市基础地理信息建设难于实现，基本上是以CAD格式的地形图占主导地位。在常规技术条件下空间数据只是以单要素或几类要素生产以适应特定用户的需要，其生产成本高、质量控制难、生产周期长，制约地理信息数据的生产。而且地图与空间数据的不同步、不一致、不完善更使得城市基础地理信息数据落后于城市信息化的需要。

随着GIS空间数据库应用的广泛深入，早期CAD系统已不能满足空间数据的属性数据存储和空间分析等方面的应用，同时两个系统因数据结构、数据模型和数据格式等方面的巨大差异，导致CAD系统中大量空间数据成为一系列信息孤岛，得不到充分的共享和利用[1]。

CAD制图数据主要用于地图显示与输出，而空间数据具有存储、分析、显示和传输空间信息的功能，因不同的需求这两种数据使用不同数据模型来描述同一空间对象，而且由CAD制图数据转换到空间数据后，不能完全准确地表达CAD数据源的信息，经常性地造成一些信息丢失。因此，这种数据转换不仅是两种软件的数据文件转换，更是两种数据在概念与内容上的转换。目前，从方法、技术上分析这种转换问题的文章比较多，经过大量的编辑及检查处理后，在技术上已经可由制图数据转换为空间数据，而模型的差异是转换的难点所在，也是基础，因此从模型角度分析其根本差异是必要的。 

数字制图模型与数字景观模型

数字制图模型（DCM， Digital Cartographic Model）和数字景观模型（DLM，Digital Landscape Model）是空间数据和制图数据中的两个重要概念。DLM是对现实世界的抽象，它描述地理数据库，强调空间分析，不规定用什么符号来表示地形物体；DCM是由DLM派生得到的，它描述地图数据库，强调的是比例尺要求下的地图可视化。

数字制图模型

数字制图模型（DCM）以实体为基本对象描述地图数据库，是地图生产特有的模型。它强调的是地图表达和地图制图规范，以符号的形式反映空间数据，重点要处理好符号与符号（纯几何图形）之间的关系以及追求地图的艺术效果和美观程度。

制图数据的基本需要就是能够传递足够的信息和图形与可视化的美观程度，为了达到这一目的，可以对地理信息进行编辑与更新，比如“不依比例尺”绘制地理要素、概括地理实体等。

CAD制图数据属于地图数据，可以用DCM来描述。具有以下特点：

1、CAD数据以三种可视化方式（图块、线型、填充）来表达点、线、面，其基本特征是通过在二进制文件中存储点、线、面的地理数据来描述地理空间实体，缺乏对属性数据的支持。

2、由于地图表达的需要，CAD制图数据中，面状实体不一定闭合；线状实体碰到注记等断开处理，而且注重线条的颜色、线型和图形的质量。

3、为了表达的需要，通常需将完整的目标分割开，如以下三种情况：

（1）当道路遇到河流，空间分析要求其保证连通性，而在数字制图中要求道路遇到河流时断开，并通过桥梁符号连接；

（2）当等高线遇到注记，数字制图要求等高线在注记处断开；

（3）当道路遇到街区，在数字制图中，通常以街区的房屋边线作为道路边线，此情况下存储的道路信息必然不完整，从而影响空间分析的正确性。

数字景观模型

数字景观模型（DLM）表示由地面的原始信息所获得的基础GIS数据，它将现实世界以实体的形式表示地理客体的几何位置、属性、以及空间关系，主要是拓扑关系。它面向地形物体，但不规定用什么符号来具体表示地形物体[2]。DLM强调的是空间分析，对地理位置的精度和逻辑上的一致性要求较高。

DLM是根据标准GIS软件的数据组织思想来建模的，一般的GIS软件是以地理图层为单位来存储、组织、显示和操作这些对象，即把同一种或几种地图要素的信息放到同一个图层，每一个图层存为一个独立的文件[3]（如图1），它将要素的属性数据与空间数据独立开来。

图1 图层结构

DLM面向的是要素，将其抽象为点、线、面几何类型来存储，以几何要素存储空间数据，以属性来存储非空间数据。地理数据库可以用DLM来描述，而且对地理要素的定义和描述是连续的、完整的。该模型中，要素的信息通过属性项来获得，从图形上只能得到点、线、面，而无法区分要素，不如CAD中符号表达的直观。

数据转换的解决思路

数字景观模型面向的是空间要素，抽象为点、线、面，并且对象之间具有拓扑关系；而数字制图模型面向的是地图符号，在CAD中用块、线型和填充符号和注记来表达地图信息。 

两种数据模型的差异

数据模型间的差异可以通过对CAD制图数据与空间数据之间的差异来说明，主要表现在以下几方面：

（1）数据连续性

空间数据是连续的。而对于制图来说，为了达到制图规范和美观要求，通常需要将完整的线性要素断开，建立多个地图目标。如河流遇到桥梁时，对于空间数据，河流是连续的，而对于制图，就需要将河流断开，以确保地图美观。又如等高线遇高程注记时，在制图时就要将等高线断开[4]。如图2所示。

空间数据形式              CAD制图数据形式

图2   CAD制图数据与空间数据

（2）数据完整性

GIS地理空间分析强调地理空间数据的目标完整性，强调其独立的地理意义[5]。因此空间建库数据所存贮的地物数据是完整的，如图3，两个房屋1和2共用边AB，在存贮时公共边AB要存储两次。与之相反，地图制图为了符合制图规范和读图者视觉的要求，往往无法保证完整的地理意义。对于地物的共边情况，只存储一次，如图中AB边只需存储一次。

图3 地物共边情况

（3）数据信息

空间数据除了记录要素的几何位置，还存贮要素的属性数据。制图数据只侧重于要素的图形表达、形象直观，受图的负荷限制，对于要素属性较少关注，只将部分属性作为文字注记进行表示。

（4）几何精度

空间数据要素的几何位置均为现实世界中的实际位置，具有较高的几何精度。制图数据受比例尺和符号化表达的影响，降低了要素的几何精度。建库数据基于坐标数据派生了其它一些度量信息，如面要素的面积和周长、线要素的长度等，另外还表达空间拓扑关系，具有一定的数据分析能力，而制图数据没有这方面的特征。

（5）表达特征

空间数据具有具体的几何和属性信息，这些信息具有抽象性。而制图数据能形象地表达出同类要素的分布特征和各类要素之间的相互关系。

DLM是严格按照GIS空间分析的需求所采集的数据（地理实体数据必须保证完整采集），此种数据满足GIS空间分析的要求，但往往在GIS制图表达中出现不符合制图规范的情况；DCM是DLM经过制图综合所得到的，其精度相对较低，虽然满足GIS制图表达的规范，但是达不到空间分析的要求，也就达不到GIS业界人士所期望得到的效果。

制图过程决定了CAD数据的特点，而一定的编辑造成实体缺失。针对模型的差异提出以下的处理方案。

处理方案

两种数据模型是对同一地物的不同描述，制图与建库的不同目标导致了同一地图使用两种数据模型来表达，因此，这种一致性是实现数据转换的基础。基于不同模型的数据转换时，需要考虑以下几点：

（1）几何类型的对应

数字景观模型中，空间数据的几何类型为点、线、面。而CAD制图数据用图块、线型和填充表达地图符号，数字制图模型中的实体对应到数字景观模型中的要素，即CAD数据中的实体对应到空间数据中的要素。图块可以直接对应到点要素，线型对应到线状要素，而填充不能表达闭合的面，因此不能对应到面要素，需要通过一定的编辑确定闭合面来表达正确的面状要素。抽取CAD地图中的地理信息骨架图形与基本属性，为进一步编辑地理信息提供依据。

（2）对应关系的建立

CAD制图数据中的实体与空间数据中的要素通过对照表来建立对应关系。对照表中主要有一对一、一对多和多对一等三种对应方式，即制图数据中的一个实体与空间数据中的一个或多个要素对应；也可以制图数据中的多个实体对应空间数据的一个要素。这种建立在地图符号（即CAD制图数据中的实体）与空间数据（即空间数据的要素）之间的关系是比较宽容的，可以随时修改。

（3）属性的处理

在制图数据中，有点线面和注记四种类型，而空间数据中，只有点线面三种类型，注记要转换为要素的属性。图形一定范围内的注记转换为该要素的属性值。

（4）层对应

CAD制图数据中，按专题要素来组织图层，即同一图层可放置不同类型的专题数据，如房屋层放置填充房屋面、房屋的文字注记、块表示的点状符号等。而空间数据中，把同一几何类型的专题数据放在一个图层中，图层的分类及要素是根据国家数据字典来制定的。不同的图层管理模式是数据转换必须考虑的问题，解决方案是忽视数字制图模型中的图层，直接以实体为单位提取需要的符号，转换到空间数据中的层。

转换实例

以某地区1:2 000建库任务为例，说明以CAD制图为数据源建立空间数据的方法。以路灯、道路和房屋面为例说明数据转换的方法。图1为CAD制图数据，图4是经过数据转换后合格的空间数据。

<!--[if !supportLists]-->（1） <!--[endif]-->水塔的处理：如图1所示，CAD中水塔点的符号按照图式规范表示。水塔点符号用图块表示，该图块通过对应表转换到水塔点要素。

<!--[if !supportLists]-->（2） <!--[endif]-->道路的处理：如图1所示，道路用连续的多义线表示，通过图形转换，多义线转为空间数据中道路线要素。再经过属性转换，完成道路名称等信息的补充，建立道路线要素。

<!--[if !supportLists]-->（3） <!--[endif]-->植被面的处理：图1中，花坛填充符号表示花坛实体，花坛填充符号的分布和周围房屋实体共同说明该花坛的范围。而空间数据中花坛要素用一个闭合面来表示，用要素编码确定花坛，在属性项表达要素的其他信息。

图4 CAD制图数据

图5空间数据

结论

利用CAD数据建立空间数据库，是城市基础地理信息发展的一条重要而有效的技术路线。本文分析了CAD制图数据与空间数据两种数据对应的模型的区别，在此基础上，从模型角度提出了数据转换的解决思路，并通过某地区1:2000数据转换的实例验证了其可行性，解决了数据转换过程中CAD制图数据孤岛式信息所造成的高度冗余、不准确性、数据不匹配、传播问题等，并提高生产效率，节省成本。

参考文献

[1]曹国云, 张伟.AutoCAD数据到GIS空间数据转换技术和方法的研究[J].安徽农业科学,2006(22):35-36.

[2]蔡忠亮. 多媒体电子地图的信息组织及可视化机制研究[D]. 湖北: 武汉大学, 2004.

[3]田鑫, 朱军桃. 电子地图技术及其进展分析[J]. 计算机与数字工程, 2009,232(2).

[4]龙毅,汤国安,周侗. 地理空间分析与制图的数据整合策略和方法[J]. 地球信息科学, 2006,8(2).

[5]龙毅, 杜清运,邬国锋等. 数字地图制图向地理信息系统发展的若干问题分析[J]. 理论与探索,2001.