基于AUTO CAD的GIS数据采集方法
1 引言
为专题或应用型GIS（如电力GIS、电信GIS和城市网格化管理系统等）采集数据是目前测绘技术应用的主要领域。与GIS数据采集最密切的测绘技术是数字化测图技术，它们的最大区别是，前者在采集地理实体几何数据的同时，还要调查其属性信息。 另外，为了保证采集数据的可靠性和完整性，为GIS采集的数据必须经过检验和进一步的处理才能进入GIS，一方面地理实体的空间位置、几何形状和一些属性信息等需要参照地理底图才能检验其正确性，例如某些地理实体与周围地理要素的相对位置关系是否正确等；另一方面有些地理实体的几何图形和属性信息需要参照地理底图才能确定，例如一些地理实体的几何图形需要参照周围地理要素才能绘制完整，有些地理实体的位置描述等不便编码的属性信息需要参照地理底图才能较好地确定；有些地理信息则需要直接从地理底图上采集。可见，GIS数据采集是一项远比数字化测图技术复杂的工作，因此，根据专题或应用型GIS的特点和要求，研究其数据采集技术具有重要的意义。
目前，为电力GIS、电信GIS和城市网格化管理系统等GIS采集数据最常用的方法是，用全站仪或GPS采集地理实体的空间数据，同时填写地理实体的属性信息表，这种方法速度慢且容易出错，所以工作效率低下。另外，考虑到AUTO CAD具有较强的图形绘制和编辑功能，目前大部分数字化测图内业处理工作都是在基于AUTO CAD开发的软件下进行的，本文参照数字化测图技术提出了基于AUTO CAD数字化采集GIS数据的方法。其工作流程如表1所示：
表1：基于AUTO CAD数字化采集GIS数据的工作流程
第一步 外业采集数据 外业采集
第二步 数据转入AUTO CAD
内业处理
第三步 检查与处理数据
第四步 数据转出AUTO CAD
该方法需要解决以下3个问题：一是地理实体属性信息的编码，二是实体信息在AUTO CAD图形数据库中的存放方法，三是数据从AUTO CAD转入GIS的方法。
2 属性编码
地理实体的属性信息是用来描述地理实体的属性（如名称、质量、数量和等级等）特征的信息[1]，这些属性信息可以分为数字的（如描述实体各种数量属性的面积、长度等）和文字的（如实体的名称、性质等），其中文字的属性信息又可分为可编码的（如实体的性质和质量）与不可编码的（如宗地的四至等实体的位置描述信息），在文字形式的属性信息中，可编码的属性信息占大多数。
在为GIS采集数据时，为了避免填写实体属性信息调查表，便于进行数字化调查，需要把实体可编码的属性信息进行编码（不可编码的属性信息可在内业处理时参照地理底图和已调查的属性信息确定），这也是GIS管理地理信息的要求。编码的实质就是把文字形式的属性信息转换成数字编码（代码）以便于计算机处理，也是GIS定性查询信息的主要依据和手段[1]。
本文以城市部件调查为例介绍实体属性信息编码的方法。属性编码除了遵循“科学性、唯一性、完整性、可扩充性、适用性和规范性”等一般的原则外，应该尽可能减少代码的位数，以便于记忆和外业使用。例如，城市部件的归属或管理部门可参照表1进行编码。
表2 城市部件归属部门代码表
序号 单位类别 大类 单位编码 专业部门名称
1 行政机关 1 01 城管大队
… …
2 事业单位 2 01 园林绿化局
… …
3 企业单位 3 01 自来水公司
… …
为了节省计算机空间，有时可将两个属性联合起来进行编码，用一位数字表示两个属性。例如，部件的状态和现势性是指现状使用情况，分完好、破损、占用、丢失四种情况填写。现势性则是指部件在使用还是废弃了，可参照下表编制代码。
表3 部件现势性与状态代码表
现势性 状态 编码 颜色
在用 完好 1 红色
在用 破损 2 黄色
在用 丢失 4 青色
在用 占用 6 紫色
作废 破损 3 绿色
作废 丢失 5 蓝色
作废 占用 7 白色
作废 完好 8 灰色
外业调查时在测量部件位置的同时，可用如下代码格式确定其属性信息。
□□□ □□□ □
现势性与状态代码
归属部门代码
部件分类编码
图1 城市部件属信信息编码格式
部件的标识码则在内业数据处理时由程序根据部件的分类编码和测其位置时仪器自动生成的流水号自动生成。
3 GIS数据在AUTO CAD中的存储方法
3.1 AUTO CAD的XDATA
AUTO CAD的DWG图形数据库以图元为单位记录数据，即一个实体或图元对应一条数据记录。一个实体或图元的数据记录中通常只包括基本数据，它主要存储图元的几何数据和几何特性（如线型、图层、颜色、字体等）。另外，AUTO CAD的DWG图形数据库允许用户在任何一个图元的数据记录中，再加入一部分其他信息，这就是扩展的对象数据XDATA。
XDATA是用户向AUTO CAD几何实体添加的自定义信息，用户可以利用XDATA向存在的几何实体添加数据，它可以处理包括字符串、实数、整数和实体句柄等许多类性信息，但要求的数据量不超过16K。AUTOCAD可以与管理基本几何实体数据一样管理XDATA，但必须应用程序操作。扩展的对象数据是在对象数据记录中以-3码为前导的一个项。在一个图元中，可以加入扩展的对象数据大小为：16383字节[2]。
用XDATA不需要有“块”充当容器，而且有更快的速度、更多的灵活性、更小的数据体积；一般说来，16KB的数据容量对于一个对象要携带的非图形数据足够用。同时，这些非图形信息仍旧是以图形为索引之一的数据，且不必将图形作成块。这种扩展对象数据结构特色的性能是：始终跟随所属对象，即使将来对这个对象作了COPY、EXPLOD、EBLOCK、GROUP等可能引起数据库重新组建的操作，也会保持或继承这些扩展的数据记录，除非删掉这个对象。这一点使得扩展的对象数据结构，与类似的其他方法相比，具有特殊的实用价值[2]。因此，XDATA可以存放图元所表示地理实体的属性信息。
3.2 GIS数据的存储
外业采集的数据需要转入AUTO CAD进行检查和进一步的完善处理。为了便于检查、编辑和进一步处理，转入时将代码再变为文字形式的属性信息。
在AUTO CAD中通常用一个图块“INSERT”表示点状地理实体，而用多段线"LWPOLYLINE"表示线状和面状实体，其中用闭合的二维多段线表示面状实体。下面分别介绍用这两个图元的数据记录存储地理实体信息的方法。
表4为表示地理实体图元的数据记录，其中以-1码为前导的一系列表为数据记录的基本项，主要存储图元的几何数据，以-3码为前导的表为扩展数据XDATA，主要存储图元的属性数据。XDATA主要由11个组码组成，其中组码为1001的登记的应用名，可以存放长度不大于31字符位的ASCII码字符串，是必须使用的表，一般存放实体的标识码较为合适；组码为1000的表可以存放长度不大于255字符位的ASCII码字符串，在一般情况下，用来存储实体的属性信息，其空间是足够了。
表4：表示地理实体图元的数据记录说明
CAD 图块“INSERT”的数据记录 多段线"LWPOLYLINE"的数据记录 GIS
基本数据 ((-1 . <图元名: 406162c8>) (0 . "INSERT") (330 . <图元名: 400d1248>) (5 . "FB3330F59") (100 . "AcDbEntity") (67 . 0) (410 . "Model") (8 . "射灯") (6 . "Continuous") (100 . "AcDbBlockReference") (2 . "f120") (10 496498.0 47234.1 120024945) (41 . 1.0) (42 . 1.0) (43 . 1.0) (50 . 0.0) (70 . 0) (71 . 0) (44 . 0.0) (45 . 0.0) (210 0.0 0.0 1.0) ((-1 . <图元名: 40619830>) (0 . "LWPOLYLINE") (330 . <图元名: 400d1248>) (5 . "FB333214E") (100 . "AcDbEntity") (67 . 0) (410 . "Model") (8 . "绿地") (6 . "Continuous") (100 . "AcDbPolyline") (90 . 4) (70 . 129) (43 . 0.0) (38 . 405003405) (39 . 0.0) (10 496213.0 47233.0) (40 . 0.0) (41 . 0.0) (42 . 0.998349) (10 496213.0 47235.5) (40 . 0.0) (41 . 0.0) (42 . 0.0) (10 496140.0 47235.5) (40 . 0.0) (41 . 0.0) (42 . 0.99436) (10 496140.0 47232.9) (40 . 0.0) (41 . 0.0) (42 . 0.0) (210 0.0 0.0 1.0) 几何数据
扩展数据 (-3 ("120024945" (1002 . "{") (1000 . "射灯*市建设局*红星街南段西侧*网格代码111111") (1002 . "}")))) (-3 ("405003405" (1002 . "{") (1000 . "绿地*区城市绿化队*中心街东侧*网格代码222222") (1002 . "}")))) 属性数据
存储点状实体的地理信息 存储线状实体和面状实体的地理信息
注：表中加粗数字为实体的标识码。
4 数据转换
采集的数据成果在AUTO CAD中经过检查和进一步完善后，需要将其转换成相应的GIS软件要求的格式如ARC GIS的SHAPE格式才能进入GIS。
在AUTO CAD的图形数据库中地理实体的几何数据和属性数据虽然存放在同一个记录中，但在成果转换时，一般情况下，AUTO CAD的基本数据即实体的几何数据可通过DWG或DXF格式直接被GIS读取，但GIS通常不能读取AUTO CAD的扩展数据，即实体的属性数据，它可用其它程序读取为数据库格式如EXCEL，再转入GIS，这就需要解决图形和属性的挂接问题。
为此需要给实体的空间数据和属性数据同一个且唯一的ID号，这个ID号可选用实体的标识码，也可选用图元的HANDLE(句柄)。HANDLE是AUTO CAD具有的对几何实体的唯一访问工具，而且CAD打开实体句柄开关后，分配给每个实体的句柄永久不变，所以，一般把实体句柄当作实体的标志符，但它是由AUTO CAD软件自动生成的，不能由人工改动。若选用实体的标识码时，把实体的标识码存为部件对应图元的高程值（图块的高程，二维多段线的标高），这样实体的空间数据和属性数据就可一一对应了（如表4中加粗的数字），分开转入GIS后就可通过标识码挂接了。
5 结束语
本文介绍的基于AUTO CAD的数字化采集GIS数据的方法，主要适用于小区域内以大比例尺地图为地理底图，以较为密集的实体为管理对象的GIS，如电力GIS、电信GIS和城市网格化管理系统等。该方法是作者在甘肃省白银市的城市部件调查项目中研发出来并在项目中经过实践检验的，相信对目前广泛开展的各类应用型GIS数据采集工作具有重要的参考价值
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