数字制图中的CAD与GIS

　　1 CAD制图与GIS制图的区别

　　CAD软件具有强大的绘图和处理矢量图形的能力，提供了各种图形创建和编辑工具、常用符号库、色彩库、图层管理、排版功能及特殊化处理能力，能够大大增强地图的艺术感染力。同CAD相比，GIS较复杂，它拓展了CAD的内容，推出了很多CAD制图无法实现的功能。从CAD单纯的图形制作到GIS数形合一融合而成的整体，强大的空间数据管理能力不能小说是制图工艺的一个进步。但是，这并不代表CAD已跟不上时代，它依然具有目前GIS所无法媲美的优势。CAD制图与GIS制图的区别可以从“数据本质”和“制图方法”两个方面来阐述。

　　1.1 数据本质上的不同

　　数据是制图的基础，在CAD制图与GIS制图过程中，两者利用的数据有着质的不同。

　　1.1.1 坐标系统

　　CAD和GIS都拥有自己的坐标参考系统，所不同的是CAD的平面坐标系所反映的只是一定比例尺下图形的相对位置.可以说是手工制图的翻版。而GIS作为一种地理分析工具，可以在系统支持下高效率、高精度定量地实现真正地理意义上的区域空间分析和过程模拟预测，因此要求数据具有较高的精度。它不仅具备经纬度表示的具有实际意义的地理坐标，还具有地图投影坐标。地图投影是地图最重要的数学基础。对于一幅由CAD软件制作的数字地图来说，只能如传统纸张地图一样采用原始资料图的投影，并用特定的地图符号(经纬网)和注记加以表达。而GIS软件的地图投影系统模块，使得地图不再是从一(投影)而终，用户可以根据需要随时进行地图投影的设置、选择和变换。

　　1.1.2空间拓扑

　　拓扑是精准地表达空间数据的有效方法，通过严格地约束要素之间的关系，提高空间数据的准确度和可用性。拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。在GIS中空间数据之间的拓扑关系对于数据的处理和空间分析具有重要的意义。它不仅有助于卒问要素的查询，还可以根据拓扑关系莺建地理实体，例如根据弧段构建多边形，实现面域的选取;根据弧段与结点的关联关系重建道路网络，进行最佳路径选择等。而CAD中并不考虑数据问的拓扑关系，线段与线段之间是相互独立的，它只要求图元与图元之间在视觉上互相连接，而对于图形数据的坐标或属性信息是否真正连接并无要求。例如，表示房屋的多边形，在CAD中只要在视觉上看不出缺口即可，但在GIS中，则要求必须形成一个严格封闭的面。

　　1.1.3属性数据

　　GIS系统是一个复杂的综合体。系统中不仅有与地理实体分布有关的空间数据，还有表现各地理实体特征的属性数据，如地物名称、地貌类型、河流流量、土地等级、人口数量，等等。在GIS中，空间数据的管理是通过属性数据库来进行的。在进行空间矢量数据采集的同时，还要进行属性数据的录入。制图时专题图层与属性数据库直接关联，因而数据的变化可以直接在图上得到反映，无需闪数据改变而重新制图。而CAD中的空间图形特征没有数据库来管理，图形信息完全是以符号的形式进行存储的，修改起来比较麻烦。

　　1.2制图方法上的不同

　　地图设计可以分解为整体样式设计和个体符号设计，其中整体样式设计是指为地图主题要素类确定地图表示法，个体符号则是指地图上表达地理个体的符号。作为一个专门的平面设计软件，CAD的个体符号设计具有GIS无法比拟的优势，而在整体设计方面GIS的一体化制图功能更是CAD所望尘莫及的。

　　1.2.1 CAD个体符号设计

　　地图是地理要素符号化的抽象表达，地图编制的主要任务就是设计既科学又具美感的各种地图符号，这些符号包括点状符号、线状符号、面状符号，以及3维立体符号等。以CorelDraw制图软件为例，CorelDraw具有强大的图形编辑、文字处理、符号制作等功能，同时可建立丰富的系统符号库以被调用和共享。CorelDraw虽然有很多自带的符号，但大多不是地图专用符号，很少能用于地图。

　　由于它提供的可利用符号比较少，在专题地图的制作过程中需要我们自行设计绘制符号。设计者可以根据制图的需要设计出各种风格的符号，人工的参与度较大，因此最能发挥人的主观能动性，个人的想法设计更能够融合进图形中，这就增加了地图的美化空间;而GIS软件专题图符号较为单一，只能调用模板中所存在的仅有的几种传统的专题符号，如饼图、直方图、点密度等，从地图输出的角度来讲，美学效果欠佳。

　　1.2.2 GIS一体化制图

　　GIS软件为用户提供了一体化的地图绘制、显示、编辑和输出的环境，模版化设置使用户只需要移动鼠标、选择菜单、点击按钮便可以轻松地制作出一幅专题地图。由于GIS中专题图层与属性数据库直接关联，符号设计采用了符号大小与属性数据相关联的方式进行制作，专题符号由计算机系列生成，无需逐个绘制。由于人为的参与度较小，因而具有可靠的数据精度，符合地图科学性的原则。CAD没有提供现成的专题图制作模板，无论是图例还是专题符号设计均需要制图者逐个进行。符号的大小、颜色的填充等效果的制作完全依赖于制图者个人的美学素养，制作比较耗时。

　　2 CAD与GIs联合制图

　　2.1 从GIS到CAD

　　GIS采用符号大小与属性数据关联的方式进行专题制图，具有可靠的数据精度，这符合地图科学性的原则。但其专题图符号较为单一，尤其是常用的分区统计图，只能在“饼图”和“柱状图”中选择。为了加强地图的艺术效果，我们将GIS中制作好的专题地图或统计图通过格式转换导入CAD，进行再加工。

　　2.1.1数据格式转换

　　将GIS中制作的专题地图转入CAD中方法很多。不同软件能转出和可转入的数据格式亦不相同。Maplnfo可转出格式有BMP。JPG，WMF等，其中WMF，DXF等是矢量型的;ArcGIS可转出格式也有很多，如EPS，AI，JPG，BMP等，其中EPS，AI等是矢量型的。

　　1)EPS，AI转换

　　通过ArcGIS的Export map命令可以将制作出的专题地图进行输出，输出的格式有多种，其中EPS和AI是比较常用的矢量图形格式。EPS是封装的postscript，AI是Adobe Ⅲustrator的矢量图形格式。两种格式的本质并不相同，但就制图而言，转入到CorelDraw中的效果却基本一致。所不同的是AI格式数据进入CorelDraw既可以通过软件直接打开，也可以通过软件导入。而EPS格式的数据无法导入只能打开。导入和打开两种方式最大的区别是打开无需进行重新定位。

　　这两种转换方法对底图要素和专题图层同样适用。对于底图要素来讲，伴随面要素转出的同时，相应的面的轮廓线也被转出。因此底图要素导入后需要删除不必要的线要素。

　　2)DXF，WMF转换

　　DXF转换是指以DXF文件作为中介进行Maplnfo到CorelDraw的转换。这种转换是对整个table文件进行的，并将Mapldo图形对象的坐标直接带入CorelDraw，因此转换中应注意地图投影与图形套合的问题。

　　用于制作地图的图形数据可以来自多个方面，各数据的默认投影不一定相同，在table到DXF的转换中，变换设置不考虑地图投影的变形，而只是一种简单的相似坐标变换，因此不同坐标系的地图难以很好地套合起来。解决这个问题的唯一途径：输出DXF前将所有的table以同样的投影方式另存，此外，Maplnfo只对table基表进行DXF变换，而专题地图图层不能变换，并且DXF将丢失所有的面状信息，如颜色等，因此必须开辟另外的转换途径。

　　WMF是windows图元文件格式，在Maplnfo中采用保存窗口命令可以将地图窗口中的所有可视图层(包括专题图层)保存为WMF格式，然后再在CorelDraw中导人编辑即可。

　　2.1.2 CAD中的艺术加工

　　在GIS一体化制图环境及后台数据库支持下，虽然用户可以轻松地完成专题地图的制作，但模版化设置也会使得成果图往往比较呆板、缺少特色。因此，为了使地图输出获得更美的效果，我们可以将它们转换到CAD中进行艺术加工。如图1和图2是作者制作的两幅山东省各市学校分布统计图，其中图1是在ArcMap中完成，图2则是在CorelDraw中再加工的结果。

　　在CorelDraw中主要进行了以下操作：

　　1)注记和专题符号位置的移动。在GIS中一体化制成的图形、注记和符号的位置固定，无法进行编辑，但是大多数时候默认的位置并不一定符合我们制图的要求，需要进行移动，而CorelDraw则给我们提供了灵活的编辑环境。

　　2)专题符号样式的变换。GIS中专题符号比较单一，在CAD中我们可以进行各种变换。这里将专题符号在圆形的基础卜进行了再加工，以增强美感。

　　3)色带、海岸线的添加，使制图主区更加突出。

　　图1 ArcGIS中制作的专题图

　　图2用CorelDraw加工的专题图

　　2.2从CAD到GIS

　　目前阶段，大多数城市地区的数据均为CAD的DWG格式，从CAD到GIS得进行数据转换，这不仅是地理信息系统开发的重要一环，而且也是GIS数字制图的重要步骤。

　　2.2.1数据格式转换

　　CAD与GIS之间的格式转换仅需要运用Maplnfo的通用转换器工具进行一次转换，或者在AreMap中进行，具体操作如F：选择Conversion Tools || To Geodamb || Import to CAD工具。

　　不管用哪种方法进行格式转换，都不可能得到完全满足要求的数据，计算机的精度可以保证数据转换前后图形的定位坐标一致，但转换后的结果却总会存在一些问题，表现在空间数据和属性数据两个方面。具体可概括为以下几点：

　　1)要素丢失，有些CAD软件中的图形实体数据结构，GIS软件不接受，或者转换前后数据的对应关系没处理好，有的内容没有转换过来，转换后就造成数据丢失。

　　2)要素变形，CAD软件中的基本图元的定义与GIS软件中的不一致(如CAD中的圆、弧等在GIS中可能变成多边形或线)，或CAD数据在作业过程中操作不规范(如线不连续、采点太多、间隔太密等)，都叮能造成要素变形。

　　3)数据冗余，CAD中分层不合适(如母线和符号未区分好，符号也当成母线转换过来)，或一条线段上点太多太密而造成数据冗余。

　　4)属性信息不足，各种CAD软件都没有或很少有属性信息，造成转换后信息不足。许多属性追加起来比较费时费力，容易产生错漏，而且不易检查修改。因此，把数据格式转换成GIS n丁以接受的数据格式后，其转换不可能是100%的正确，需进行处理，问题比较多或严重的，要重新转换。

　　2.2.2数据的3维显示

　　基础的数据转换工作完成之后，便可以在ArcGIS的ArcScene中进行3维显示了。图3是作者制作的某地区3维显示图的局部，其制作的主要步骤如下：

　　1)加载土地利用类型数据层，右击该数据层，在propertity的symbol标签下用type字段对不同的土地利用类型设置不同的颜色进行区别。同时，在extrusion标签里面对地层根据自身的高度进行拉伸显示。Base height标签项设置为layer features have z values，use them for height。

　　2)加载房屋层，在Extrusion标签栏里勾选extrude features in layers，extrusion points turns into lines，lines intowalls，and polygon into blocks选项，并在extrusion value or expression里面输入表达式：【楼层数】×每层楼的高度(根据实际情况而定)。

　　3)加载电线杆等点图层，并在symbol selector里用对应的3D符号来显示。效果如图3所示。

　　图3 ArcGIS中的3维显示

　　上例只是3维显示最简单的形式，还可以做进一步的工作，例如要想显示得更逼真、接近现实，可以对建筑物叠加纹理，依据建筑物的功能对建筑物进行分类等。

　　3 结束语

　　不同的软件在制图方面各有特点，CAD重艺术性，GIS重精确性。两种软件数据的共享是计算机制图领域目前比较常用的制图手段之一。随着人们对制图科学性和艺术性要求的愈来愈高，开发出一种软件去实现CAD与GIS功能的整合，便捷高效地达到图形艺术性与科学性的统一已经成为一种迫切需求。