从CAD矿图到GIS矿图的转换技术V2.doc

从CAD矿图到GIS矿图的转换技术宫良伟12 韩福顺1 （1 中国矿业大学，江苏 徐州, 221116）Transformation from CAD Mine Map to GIS Mine MapGONG Liangwei，HAN Fushun (China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu, 221116)摘要：本文阐述了CAD矿图和GIS矿图的区别，并说明了把CAD矿图转换为GIS矿图的必要性。同时介绍了在AutoCAD Map 3D下，从CAD矿图到GIS矿图的转换过程和注意事项。最后，笔者给出了一个应用实例。关键字：CAD矿图，GIS矿图，转换，AutoCAD Map 3D，AutoCADAbstract: This research expounds the differences between CAD mine map and GIS mine map andthe 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，AutoCAD1引言数字煤矿要求各种技术数据数字化。但是，目前的矿图多为AutoCAD绘制的。由于AutoCAD没有GIS功能，其图形对象仅有图形数据，没有属性数据。AutoCAD使用的坐标是几何坐标，在其环境下绘制的矿图都是在几何坐标下进行的。因此，必须把CAD矿图转换为GIS矿图，才能进行空间分析和综合数据处理。AutoCAD Map 3D是Autodesk公司研制的GIS平台。它是基于AutoCAD研制的，具有AutoCAD的全部功能。和常规Autodesk一样，AutoCAD Map 3D也是以DWG格式保存文件。它能够和CAD矿图“无缝”融合，没有任何信息丢失。虽然如此，但原来的CAD矿图没有任何属性信息，也没有地理坐标。CAD矿图必须经过转换，才能成为GIS矿图。笔者以李村煤矿实际矿图为例，论述在AutoCAD Map 3D环境下，CAD矿图生成GIS矿图的步骤。2矿图准备笔者利用李村煤矿的采掘工程平面图作例子。李村煤矿只有一层可采煤层，煤厚49米。仅用一幅1:5000采掘工程平面图反映全部采掘活动。该矿图包含采掘工程、地质资料、地面地物等内容。为了便于说明，笔者仅转换采掘工程图形对象。准备矿图需要检查图层，对CAD矿图进行地理参照，以及清理图形。2.1 检查图层CAD使用图层来组织矿图图形对象。CAD矿图在一个图层里可以放置多种图形对象，但不建议这样做。建议一个图层放置一类图层对象，这样便于转换成GIS数据。由于在绘制矿图是常常放错图层，所以要检查图层。首先，检查图形对象是否有放错层的情况，若有，要放入到正确的图层。其次，要考虑图层设置是否合理。如不合理，要重新设置图层，并把图层对象归入正确的图层。用AutoCAD Map 3D打开李村煤矿采掘工程平面图。该平面图共有近四十个图层。经过检查，发现很多图形放入了0层。必须把错放在0层的对象放入正确的图层。为了管理方便，笔者把这些图层分为六个组：采掘工程、地面地物、通风设施、地质测量、机电设施和图例图框。2.2 对CAD矿图进行地理参照图1 坐标值在记事本中的放置格式CAD矿图使用的是几何坐标，必须用地理坐标对其图形进行参照。李村煤矿使用的坐标系为Xian 80.GK3d-38，即西安80、高斯克鲁格投影、3度分带、38带。笔者按以下步骤对CAD矿图进行地理参照。（1）根据经纬网坐标计算图框四角坐标（北向和东向），并把四个点的坐标按一定格式放入记事本。见图1所示。依次单击|新建|图形，选择map2d.dwt 样板并单击“打开”。（2）为新建图形文件指定坐标系。切换到任务窗格的“地图管理器”，在“当前图形”上单击鼠标右键，然后单击“坐标系”。在“指定全球坐标系”对话框中，单击“选择坐标系”。然后选择“Xian 80.GK3d-38”坐标系。单击“确定”。图2 从记事本文件中提取坐标数据（3）切换至任务窗格的“勘测”，单击数据|新建勘测数据存储（N）。在“新建数据存储”对话框中指定数据存储文件位置，单击“确定”。 右击“勘测数据存储”，单击“输入ASCII点（A）”。在“输入ASCII点”对话框中，单击文件位置右侧的按钮，找到存放图框四角坐标数据的记事本文件，单击“确定”。如图2。此时，四个坐标点显示在绘图区域。（4）切换至采掘工程平面图。把0层置为当前图层，并在图框四角绘制点。如果看不见绘制的点，重新设置点样式。冻结除采掘工程之外的其他层组的所有图层（不冻结0层）。然后，沿方才绘制的四个点绘制一个矩形。（5）把采掘工程图层组所包含图层的图形和刚绘制的矩形做成一个块。在对象区域选择转换为快。所选择的所有图形变成了一个快参照。然后复制该快参照。（6）再切换到新建的图形文件。复制的快参照粘贴到绘图区。单击“工具”选项卡|“地图编辑”面板|“弹性拉伸”。命令行上提示输入基点 1时，单击参照快的左下角点； 命令行上提示输入参考点 1 时，单击四个坐标点的左下角点。然后，按同样的方法，依次指定其他三个角点。完成后，按 Enter键。选取要与参照区域对齐的对象。输入s 以选择要执行弹性拉伸的对象。然后，单击参照快。按 ENTER 键完成弹性拉伸。（7）单击“默认”选项卡|“修改”面板|“分解”。选择参照快，把参照快分解。删除多余的矩形。剩余的图形仍然按原来的图层分层存放在图形文件中。点击“保存”，把新建文件保存为李村煤矿井巷工程图中。2.3 图形清理用AutoCAD绘制矿图时，会出现一些错误。如重复线段等。所以在转换为GIS矿图前，要进行图形清理工作。步骤如下：（1）依次单击“工具”选项卡 |“地图编辑”面板 |“清理”。（2）指定要包含在清理操作中的对象。在此包括所有图形对象。 在“图形清理 选择对象”对话框中的“要包括在图形清理中的对象”下，选择“全部选择”。请确保“图层”框中有星号 (*)，即选择全部图层。单击“下一步”。（3）在“图形清理 选择动作”对话框中， 选择“删除重复项”，并单击“添加”。在“选定动作”列表中，选择“删除重复项”，并在“清理参数”下的“公差”中输入 0.2。在“选项”下，选择“自动”可逐个查看错误。单击“下一步”。（4）在“图形清理 清理方法”对话框中，在“清理方法”下，选择“修改原始对象”。单击“下一步”。单击“完成”。3给图形对象添加属性数据做好矿图准备后，矿图已经做到图层清晰、没有冗余图形对象，并且是真正意义上的具有地理参照的矿图。在任务窗格的地图管理器，右击“当前图形”就可以看到坐标系名称。但此时的图形对象没有属性数据。 图3 定义对象数据对话框用AutoCAD绘制的矿图，图形对象没有属性数据。AutoCAD本身没有为图形对象添加属性的功能。虽然通过AutoCAD的二次开发能力可以为图形对象添加属性数据，但对属性数据的读取只能用程序来做。AutoCADMap 3D能为图形对象添加属性。只有在图形对象有属性数据时才能对矿图做智能空间分析。在AutoCAD Map3D中，有多种方法为图形对象添加属性。这里仅介绍一其中一种方法。3.1 创建对象数据表每个井巷工程都有其固有属性，如巷道名称、开工日期、竣工日期、设计工程量、实际工程量、净断面积、毛断面积、支护方式等。要创建表达井巷工程属性的数据表。步骤如下：（1）在“地图设置”选项卡|“属性数据”面板，单击“定义对象数据”。（2）在定义对象数据对话框里，单击新建表按钮。在表名称中，输入“巷道”。（3）定义巷道表的第一个字段。在字段定义部分输入或选择下列值：字段名（Field Name）：巷道名称，类型（Type）：字符，说明：无，默认：无。单击“添加”按钮。（4）定义巷道表的第二个字段。在字段定义部分输入或选择下列值：字段名（Field Name）：设计工程量，类型（Type）：实数，说明：设计巷道的长度，默认：无。单击“添加”按钮。（5）定义巷道表的第三个字段。在字段定义部分输入或选择下列值：字段名（Field Name）：净断面积，类型（Type）：实数，说明：巷道的实际使用断面积，默认：无。单击“添加”按钮。（6）单击“确定”，返回“定义对象数据”对话框。如图3所示（实际对象数据表可以很复杂，这里定义三个字段，仅是为了说明）。单击“关闭”。3.2 将对象数据附着到图形对象对象数据表仅是同一对象类的一种数据结构。还必须按照表的结构为每一个对象添加数据。这一步工作量较大。要求数据要准确可靠。以巷道数据为例，在给每个巷道添加数据前，要搜集与该巷道相关的资料，如巷道的施工设计图、有关巷道的作业规程和施工技术措施等。资料准备齐全后，才能开始这一步工作。按下列步骤将对象数据附着到图形对象上。（1）在“创建”选项卡|“图形对象”面板，单击附着/拆离对象数据。图4 附着/拆离对象数据（2）在“附着/拆离对象数据”对话框里，执行如下操作（见图4）：对于对象数据字段，选择“巷道的名字”。对于值，输入“中央水仓外仓”，按Enter健。（3）选择“设计的巷道长度”。对于值，输入215，按Enter健。（4）选择“巷道的实际使用断面积”。对于值，输入20.5，按Enter健。（5）单击“附着到对象”按钮，选择代表中央水仓外仓的多段线。在这里巷道用双线表示的，所以两边的多段线都要选择。通过（1）（5）的步骤，可以把所有的巷道属性数据都附着到巷道上。4后续工作按照上面的过程，再对地面地物、通风设施、地质测量和机电设施等各层组的图层依次进行转换，就可以把整个李村煤矿工程平面图的所有图层转换为含有属性数据并有地理坐标参照的矿图。图形对象含有属性数据后，就可以进行动态标注，设置样式创建专题矿图。在此基础上，通过创建网络拓扑和多边形拓扑，就可以进行空间拓扑分析。此时的矿图还可以直接转换为SDF Spatial 数据文件。 SDF是AutoCAD Map 3D的原生格式。每个 SDF 文件可以包含多个要素类或数据类型（与属性和几何图形一起存储在表中）。利用海量复制，SDF文件的数据可以直接存储于大型空间数据库，如SQL Server 2008 Spatial中。5应用实例煤矿编写采掘工作面作业规程和施工措施时，都要绘制避灾路线图。在避灾路线图中，技术人员要把所有可能的避灾路线全部绘出。但是，在避灾路线图中，并没有绘出最短避灾路线。而给出最短避灾路线很有实际意义，因为，一旦发生灾害，时间就是生命。下面在GIS矿图上，利用拓扑分析功能解决这个问题。仍以李村煤矿矿图为例。步骤如下：（1）把李村煤矿通风系统图按以上给出的方法转换为GIS矿图。在转换后的AutoCAD Map 3D环境下的通风系统图上，新建一个“巷道中心线”图层，并在巷道中心线层绘制巷道中心线。（2）利用图形清理工具首先打断交叉对象，即巷道中心线有交点的，要在交点处断开；巷道不相交的，被错误断开的要利用合并工具重新链接上。然后再利用图形清理工具删除重复项、删除短对象、并延伸未及点。（3）创建网络拓扑。切换至任务窗格的“图形管理器”，右击拓扑|创建（C）。打开创建网络拓扑对话框创建矿井通风拓扑。 创建后的拓扑图如图5所示。图5 由通风系统图创建的拓扑图图6 确定的最短避灾路径（4）切换至任务窗格的“图形管理器”，右击拓扑下的通风系统拓扑，单击其上下文菜单“分析”的子菜单“网络分析”。显示“网络拓扑分析”对话框。选择“最短路径”按钮。然后选择灾害点和副井口点，即显示出避灾最短路径。见图6。6结束语AutoCAD是一款优秀的辅助设计和绘图软件。但它没有GIS功能，不能进行拓扑空间分析。而AutoCAD Map 3D是以AutoCAD为平台的GIS软件，具有管理和分析功能。从CAD矿图到GIS矿图的转换，虽然要做很多工作，但转换后的GIS矿图具有很强的功能，所以所做的工作是值得的。后面的应用实例就是有力的证明。主要参考文献1Autodesk,IncAutoCAD Map 3D2010官方标准教程M 2 Autodesk,IncAutoCAD Map 3D for Geospatial M 3程绪崎 王建华等AutoCAD 2008 中文版标准教程M电子工业出版社，2008 第一作者简介：宫良伟（1964），男，安徽亳州市人，现为中国矿业大学采矿工程学院采矿专业博士生。研究方向：数字化矿山。Email:gonglw2000sina.com。