從CAD礦圖到GIS礦圖的轉(zhuǎn)換技術(shù)V2.doc

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從CAD礦圖到GIS礦圖的轉(zhuǎn)換技術(shù) 宮良偉12 韓福順1 （1 中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州, 221116） Transformation from CAD Mine Map to GIS Mine Map GONG Liangwei，HAN Fushun (China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu, 221116) 摘要：本文闡述了CAD礦圖和GIS礦圖的區(qū)別，并說明了把CAD礦圖轉(zhuǎn)換為GIS礦圖的必要性。同時介紹了在AutoCAD Map 3D下，從CAD礦圖到GIS礦圖的轉(zhuǎn)換過程和注意事項。最后，筆者給出了一個應(yīng)用實例。 關(guān)鍵字：CAD礦圖，GIS礦圖，轉(zhuǎn)換，AutoCAD Map 3D，AutoCAD Abstract: This research expounds the differences between CAD mine map and GIS mine map and the necessity of the transformation. Meanwhile, the process of the transformation and considerations are stated by the use of AutoCAD Map 3D.A practical example is given in the end. Keyword: CAD mine，GIS mine，transformation，AutoCAD Map 3D，AutoCAD 1．引言 數(shù)字煤礦要求各種技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)字化。但是，目前的礦圖多為AutoCAD繪制的。由于AutoCAD沒有GIS功能，其圖形對象僅有圖形數(shù)據(jù)，沒有屬性數(shù)據(jù)。AutoCAD使用的坐標(biāo)是幾何坐標(biāo)，在其環(huán)境下繪制的礦圖都是在幾何坐標(biāo)下進(jìn)行的。因此，必須把CAD礦圖轉(zhuǎn)換為GIS礦圖，才能進(jìn)行空間分析和綜合數(shù)據(jù)處理。 AutoCAD Map 3D是Autodesk公司研制的GIS平臺。它是基于AutoCAD研制的，具有AutoCAD的全部功能。和常規(guī)Autodesk一樣，AutoCAD Map 3D也是以DWG格式保存文件。它能夠和CAD礦圖“無縫”融合，沒有任何信息丟失。雖然如此，但原來的CAD礦圖沒有任何屬性信息，也沒有地理坐標(biāo)。CAD礦圖必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換，才能成為GIS礦圖。 筆者以李村煤礦實際礦圖為例，論述在AutoCAD Map 3D環(huán)境下，CAD礦圖生成GIS礦圖的步驟。 2．礦圖準(zhǔn)備 筆者利用李村煤礦的采掘工程平面圖作例子。李村煤礦只有一層可采煤層，煤厚4~9米。僅用一幅1:5000采掘工程平面圖反映全部采掘活動。該礦圖包含采掘工程、地質(zhì)資料、地面地物等內(nèi)容。為了便于說明，筆者僅轉(zhuǎn)換采掘工程圖形對象。準(zhǔn)備礦圖需要檢查圖層，對CAD礦圖進(jìn)行地理參照，以及清理圖形。 2.1 檢查圖層 CAD使用圖層來組織礦圖圖形對象。CAD礦圖在一個圖層里可以放置多種圖形對象，但不建議這樣做。建議一個圖層放置一類圖層對象，這樣便于轉(zhuǎn)換成GIS數(shù)據(jù)。由于在繪制礦圖是常常放錯圖層，所以要檢查圖層。首先，檢查圖形對象是否有放錯層的情況，若有，要放入到正確的圖層。其次，要考慮圖層設(shè)置是否合理。如不合理，要重新設(shè)置圖層，并把圖層對象歸入正確的圖層。 用AutoCAD Map 3D打開李村煤礦采掘工程平面圖。該平面圖共有近四十個圖層。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)很多圖形放入了0層。必須把錯放在0層的對象放入正確的圖層。為了管理方便，筆者把這些圖層分為六個組：采掘工程、地面地物、通風(fēng)設(shè)施、地質(zhì)測量、機電設(shè)施和圖例圖框。 2.2 對CAD礦圖進(jìn)行地理參照 圖1 坐標(biāo)值在記事本中的放置格式 CAD礦圖使用的是幾何坐標(biāo)，必須用地理坐標(biāo)對其圖形進(jìn)行參照。李村煤礦使用的坐標(biāo)系為Xian 80.GK3d-38，即西安80、高斯－克魯格投影、3度分帶、38帶。筆者按以下步驟對CAD礦圖進(jìn)行地理參照。 （1）根據(jù)經(jīng)緯網(wǎng)坐標(biāo)計算圖框四角坐標(biāo) （北向和東向），并把四個點的坐標(biāo)按一定格 式放入記事本。見圖1所示。依次單擊| 新建|圖形，選擇map2d.dwt 樣板并單擊“打 開”。 （2）為新建圖形文件指定坐標(biāo)系。切換 到任務(wù)窗格的“地圖管理器”，在“當(dāng)前圖形” 上單擊鼠標(biāo)右鍵，然后單擊“坐標(biāo)系”。在 “指定全球坐標(biāo)系”對話框中，單擊“選擇 坐標(biāo)系”。然后選擇“Xian 80.GK3d-38”坐標(biāo)系。 單擊“確定”。 圖2 從記事本文件中提取坐標(biāo)數(shù)據(jù) （3）切換至任務(wù)窗格的“勘測”，單擊數(shù)據(jù)|新建勘測數(shù)據(jù)存儲（N）…。在“新建數(shù)據(jù)存儲”對話框中指定數(shù)據(jù)存儲文件位置，單擊“確定”。 右擊“勘測數(shù)據(jù)存儲”，單擊“輸入ASCII點（A）…”。在 “輸入ASCII點”對話框 中，單擊文件位置右側(cè)的按 鈕，找到存放圖框四角坐標(biāo) 數(shù)據(jù)的記事本文件，單擊“ 確定”。如圖2。此時，四個 坐標(biāo)點顯示在繪圖區(qū)域。 （4）切換至采掘工程 平面圖。把0層置為當(dāng)前圖 層，并在圖框四角繪制點。 如果看不見繪制的點，重新 設(shè)置點樣式。凍結(jié)除采掘工 程之外的其他層組的所有圖 層（不凍結(jié)0層）。然后， 沿方才繪制的四個點繪制一 個矩形。 （5）把采掘工程圖層 組所包含圖層的圖形和剛 繪制的矩形做成一個塊。在對象區(qū)域選擇轉(zhuǎn)換為快。所選擇的所有圖形變成了一個快參照。然后復(fù)制該快參照。 （6）再切換到新建的圖形文件。復(fù)制的快參照粘貼到繪圖區(qū)。單擊“工具”選項卡|“地圖編輯”面板|“彈性拉伸”。命令行上提示輸入基點 1時，單擊參照快的左下角點； 命令行上提示輸入?yún)⒖键c 1 時，單擊四個坐標(biāo)點的左下角點。然后，按同樣的方法，依次指定其他三個角點。完成后，按 Enter鍵。選取要與參照區(qū)域?qū)R的對象。輸入s 以選擇要執(zhí)行彈性拉伸的對象。然后，單擊參照快。按 ENTER 鍵完成彈性拉伸。 （7）單擊“默認(rèn)”選項卡|“修改”面板|“分解”。選擇參照快，把參照快分解。刪除多余的矩形。剩余的圖形仍然按原來的圖層分層存放在圖形文件中。點擊“保存”，把新建文件保存為李村煤礦井巷工程圖中。 2.3 圖形清理 用AutoCAD繪制礦圖時，會出現(xiàn)一些錯誤。如重復(fù)線段等。所以在轉(zhuǎn)換為GIS礦 圖前，要進(jìn)行圖形清理工作。步驟如下： （1）依次單擊“工具”選項卡 |“地圖編輯”面板 |“清理”。 （2）指定要包含在清理操作中的對象。在此包括所有圖形對象。 在“圖形清理 – 選擇對象”對話框中的“要包括在圖形清理中的對象”下，選擇“全部選擇”。請確?！皥D層”框中有星號 (*)，即選擇全部圖層。單擊“下一步”。 （3）在“圖形清理 – 選擇動作”對話框中， 選擇“刪除重復(fù)項”，并單擊“添加”。在“選定動作”列表中，選擇“刪除重復(fù)項”，并在“清理參數(shù)”下的“公差”中輸入 0.2。在“選項”下，選擇“自動”可逐個查看錯誤。單擊“下一步”。 （4）在“圖形清理 – 清理方法”對話框中，在“清理方法”下，選擇“修改原始對象”。單擊“下一步”。單擊“完成”。 3．給圖形對象添加屬性數(shù)據(jù) 做好礦圖準(zhǔn)備后，礦圖已經(jīng)做到圖層清晰、沒有冗余圖形對象，并且是真正意義上的具有地理參照的礦圖。在任務(wù)窗格的地圖管理器，右擊“當(dāng)前圖形”就可以看 到坐標(biāo)系名稱。但此時的圖形對象沒有屬性數(shù)據(jù)。 圖3 定義對象數(shù)據(jù)對話框 用AutoCAD繪制的礦圖，圖形對象沒有屬性數(shù)據(jù)。AutoCAD本身沒有為圖形對象添加屬性的功能。雖然通過AutoCAD的二次開發(fā)能力可以為圖形對象添加屬性數(shù)據(jù)，但對屬性數(shù)據(jù)的讀取只能用程序來做。AutoCADMap 3D能為圖形對象添加屬性。只有在圖形對象有屬性數(shù)據(jù)時才能對礦圖做智能空間分析。在AutoCAD Map3D中，有多種方法為圖形對象添加屬性。這里僅介紹一其中一種方法。 3.1 創(chuàng)建對象數(shù)據(jù)表 每個井巷工程都有其固有屬性，如巷道名稱、 開工日期、竣工日期、設(shè)計工程量、實際工程量、 凈斷面積、毛斷面積、支護(hù)方式等。要創(chuàng)建表達(dá) 井巷工程屬性的數(shù)據(jù)表。步驟如下： （1）在“地圖設(shè)置”選項卡|“屬性數(shù)據(jù)” 面板，單擊“定義對象數(shù)據(jù)”。 （2）在定義對象數(shù)據(jù)對話框里，單擊新建 表按鈕。在表名稱中，輸入“巷道”。 （3）定義巷道表的第一個字段。在字段定 義部分輸入或選擇下列值：字段名（Field Name）： 巷道名稱，類型（Type）：字符，說明：無，默認(rèn)： 無。單擊“添加”按鈕。 （4）定義巷道表的第二個字段。在字段定義 部分輸入或選擇下列值：字段名（Field Name）：設(shè) 計工程量，類型（Type）：實數(shù)，說明：設(shè)計巷道的長度，默認(rèn)：無。單擊“添加”按鈕。 （5）定義巷道表的第三個字段。在字段定義部分輸入或選擇下列值：字段名（Field Name）：凈斷面積，類型（Type）：實數(shù)，說明：巷道的實際使用斷面積，默認(rèn)：無。單擊“添加”按鈕。 （6）單擊“確定”，返回“定義對象數(shù)據(jù)”對話框。如圖3所示（實際對象數(shù)據(jù)表可以很復(fù)雜，這里定義三個字段，僅是為了說明）。單擊“關(guān)閉”。 3.2 將對象數(shù)據(jù)附著到圖形對象 對象數(shù)據(jù)表僅是同一對象類的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。還必須按照表的結(jié)構(gòu)為每一個對象添加數(shù)據(jù)。這一步工作量較大。要求數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確可靠。以巷道數(shù)據(jù)為例，在給每個巷道添加數(shù)據(jù)前，要搜集與該巷道相關(guān)的資料，如巷道的施工設(shè)計圖、有關(guān)巷道的作業(yè)規(guī)程和施工技術(shù)措施等。資料準(zhǔn)備齊全后，才能開始這一步工作。按下列步驟將對象數(shù)據(jù)附著到圖形對象上。 （1）在“創(chuàng)建”選項卡|“圖形對象”面板，單擊附著/拆離對象數(shù)據(jù)。 圖4 附著/拆離對象數(shù)據(jù) （2）在“附著/拆離對象數(shù)據(jù)”對話框里，執(zhí) 行如下操作（見圖4）：對于對象數(shù)據(jù)字段，選擇 “巷道的名字”。對于值，輸入“中央水倉外倉”， 按Enter健。 （3）選擇“設(shè)計的巷道長度”。對于值，輸入 215，按Enter健。 （4）選擇“巷道的實際使用斷面積”。對于值， 輸入20.5，按Enter健。 （5）單擊“附著到對象”按鈕，選擇代表中央 水倉外倉的多段線。在這里巷道用雙線表示的，所 以兩邊的多段線都要選擇。 通過（1）～（5）的步驟，可以把所有的巷道 屬性數(shù)據(jù)都附著到巷道上。 4．后續(xù)工作 按照上面的過程，再對地面地物、通風(fēng)設(shè)施、地質(zhì)測量和機電設(shè)施等各層組的圖層依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以把整個李村煤礦工程平面圖的所有圖層轉(zhuǎn)換為含有屬性數(shù)據(jù)并有地理坐標(biāo)參照的礦圖。 圖形對象含有屬性數(shù)據(jù)后，就可以進(jìn)行動態(tài)標(biāo)注，設(shè)置樣式創(chuàng)建專題礦圖。在此基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜投噙呅瓮負(fù)洌涂梢赃M(jìn)行空間拓?fù)浞治觥? 此時的礦圖還可以直接轉(zhuǎn)換為SDF Spatial 數(shù)據(jù)文件。 SDF是AutoCAD Map 3D的原生格式。每個 SDF 文件可以包含多個要素類或數(shù)據(jù)類型（與屬性和幾何圖形一起存儲在表中）。利用海量復(fù)制，SDF文件的數(shù)據(jù)可以直接存儲于大型空間數(shù)據(jù)庫，如SQL Server 2008 Spatial中。 5．應(yīng)用實例 煤礦編寫采掘工作面作業(yè)規(guī)程和施工措施時，都要繪制避災(zāi)路線圖。在避災(zāi)路線圖中，技術(shù)人員要把所有可能的避災(zāi)路線全部繪出。但是，在避災(zāi)路線圖中，并沒有繪出最短避災(zāi)路線。而給出最短避災(zāi)路線很有實際意義，因為，一旦發(fā)生災(zāi)害，時間就是生命。下面在GIS礦圖上，利用拓?fù)浞治龉δ芙鉀Q這個問題。仍以李村煤礦礦圖為例。步驟如下： （1）把李村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)圖按以上給出的方法轉(zhuǎn)換為GIS礦圖。在轉(zhuǎn)換后的AutoCAD Map 3D環(huán)境下的通風(fēng)系統(tǒng)圖上，新建一個“巷道中心線”圖層，并在巷道中心線層繪制巷道中心線。 （2）利用圖形清理工具首先打斷交叉對象，即巷道中心線有交點的，要在交點處斷開；巷道不相交的，被錯誤斷開的要利用合并工具重新鏈接上。然后再利用圖形清理工具刪除重復(fù)項、刪除短對象、并延伸未及點。 （3）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｇ袚Q至任務(wù)窗格的“圖形管理器”，右擊拓?fù)鋦創(chuàng)建（C）…。打開創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵υ捒騽?chuàng)建礦井通風(fēng)拓?fù)洹?創(chuàng)建后的拓?fù)鋱D如圖5所示。 圖5 由通風(fēng)系統(tǒng)圖創(chuàng)建的拓?fù)鋱D 圖6 確定的最短避災(zāi)路徑 （4）切換至任務(wù)窗格的“圖形管理器”，右擊拓?fù)湎碌耐L(fēng)系統(tǒng)拓?fù)?，單擊其上下文菜單“分析”的子菜單“網(wǎng)絡(luò)分析”。顯示“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥睂υ捒颉＿x擇“最短路徑”按鈕。然后選擇災(zāi)害點和副井口點，即顯示出避災(zāi)最短路徑。見圖6。 6．結(jié)束語 AutoCAD是一款優(yōu)秀的輔助設(shè)計和繪圖軟件。但它沒有GIS功能，不能進(jìn)行拓?fù)淇臻g分析。而AutoCAD Map 3D是以AutoCAD為平臺的GIS軟件，具有管理和分析功能。從CAD礦圖到GIS礦圖的轉(zhuǎn)換，雖然要做很多工作，但轉(zhuǎn)換后的GIS礦圖具有很強的功能，所以所做的工作是值得的。后面的應(yīng)用實例就是有力的證明。 主要參考文獻(xiàn) [1]Autodesk,Inc．AutoCAD Map 3D　2010官方標(biāo)準(zhǔn)教程[M]． [2] Autodesk,Inc．AutoCAD Map 3D for Geospatial [M]． [3]程緒崎 王建華等．AutoCAD 2008 中文版標(biāo)準(zhǔn)教程[M]．電子工業(yè)出版社，2008． 第一作者簡介：宮良偉（1964—），男，安徽亳州市人，現(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程學(xué)院采礦專業(yè)博士生。研究方向：數(shù)字化礦山。Email:gonglw2000@sina.com。