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摘要：本文分析了目前电力行业CAD和ARCGIS两种数据的现状和各自的优缺点，对CAD至ARCGIS格式的转换提出了需求。对CAD与ArcGIS的格式进行了详细的分析和比较，以电力行业常用的电网接线图为例，重点阐述了CAD中点、线、面、注记至SHP数据格式转换的方法、遇到的各种问题以及解决方法；然后对转换后的SHP字段进行整理，便于后续制图渲染；对SHP文件进行检查，以保证数据逻辑、拓扑的正确性。文章接下来介绍了ARCGIS制图，包括基础地理信息底图渲染、电网接线图专题数据渲染和图幅整饰三个方面，充分体现ARCGIS一体化制图的准确性、便捷性和高效性。最后，为实现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，对电网可视化规划研究支持系统的核心模块在电网接线图绘制方面进行展望。
关键词：CAD；ARCGIS；数据处理；格式转换；制图
The method of converting CAD data into ARCGIS to draw power grid diagram
Wang Xiufang1
（1 Beijing North-Star Digital Remote Sensing Technology Co.Ltd, Beijing 100120,China）
Abstract：This article analyzes the advantages and disadvantages and the present situation of the two kinds of data— CAD and ArcGIS – in the current power industry, and raises the demand of transforming the format from CAD to ArcGIS. The format of CAD and ArcGIS is analyzed and compared in detail, and take the power grid diagram as example, focuses on states the methods, problems and solutions of the transformation from CAD point, line, surface, annotation data format to SHP. After the transformation, the SHP field is arranged to facilitate subsequent drawing rendering, and check the SHP files to ensure the correctness of the data logic and topology. In the following, the paper introduces the ARCGIS mapping, which including basic geographic information rendering, power grid diagram rendering, and Sheet finishing, therefore fully reflects the accuracy, convenience and high efficiency of ArcGIS mapping. Finally, in order to realize integrating the function of CAD and ArcGIS, unifying the artistry and sci entificity of the graphs convenient and efficiently, the article provides an outlook of the application of the core modules of the power grid visual planning research support system in the aspect of drawing power system graphics.
Keywords：CAD；ARCGIS；Data processing；Format conversion；Drawing
1 引言
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，电力行业大都使用CAD文件，其数据格式是空间数据库建设的一个重要数据源。但CAD只是单纯的图形制作工具，缺乏拓扑关系、较强的对空间数据信息的描述和分析功能。近年来，ARCGIS的应用逐步深入到各行各业中，同CAD相比，ARCGIS较复杂，它拓展了CAD的内容，从CAD单纯的图形制作到ARCGIS数形合一的一体化制图，强大的空间数据管理和处理分析能力不能不说是制图工艺的一个进步。CAD的个体符号设计具有ARCGIS无法比拟的优势，而在整体设计方面ARCGIS的功能则是CAD所望尘莫及的。
因此，CAD与ARCGIS集成已经是必然趋势，这就出现了CAD文件与ARCGIS要素二者数据格式的转换以及相互融合实现的问题，要求找到一套较好的方案进行格式转换。
2 CAD与ARCGIS数据格式的差异
2.1 CAD数据格式
AutoCAD是绘图的经典软件，其强大的图形绘制功能可以绘制出多种图形元素，图形中的元素既可以是简单的点、线、文本，也可以是由这些基本元素组合形成的复杂元素，这些元素都是矢量形式的，即由一组或多组X、Y、Z坐标确定图形元素的几何位置和形状。其中块是AutoCAD的一个显著特点，在AutoCAD中是一个元素，具有唯一的标识符。层是AutoCAD的又一个特点，在一个特定的层里，可以放置拥有相同性质的若干元素。AutoCAD不带属性信息，并且相互之间不存在空间实体关系。
DXF作为图形文件的交换标准，是一种以ASXII方式存储图形的文本文件，也可以存为一个二进制文件方式，在表现图形的大小方面十分精确，包含了AutoCAD图形文件的所有信息。
2.2 ArcGIS数据格式
ArcGIS中基本的图元要素分为点、线、面、注记四种类型。ArcGIS中点的类型很丰富，只要在表示方式上以一个点确定其位置的要素都可以认为是点。线是多点组成的线类实体，包括两点线、多段线、曲线等很多种类。面在ArcGIS中就是指严格封闭的区域，包括“洞”或“岛”的区域。注记则是文字组成的点的图形要素，包含文字的空间位置、字体、旋转角度等。ArcGIS以空间实体来组织数据，每个实体对应着属性数据库的一条记录，表示的数据比AutoCAD丰富。ArcGIS的Shapefile是一种基于文件方式存储GIS数据的文件格式，至少由*.shp，*.dbf，*.shx三个文件组成，分别存储空间、属性和前两者的关系。Shapefile是GIS中比较通用的一种数据格式。Geodatabase是DBMS中的一个空间数据知识库，它能存放矢量、栅格、注记及其它GIS对象。
2.3 AutoCAD和ArcGIS图形元素分类的对应情况
AutoCAD和ArcGIS图形元素分类的对应情况见表2-1。
表2-1 AutoCAD和ArcGIS图形元素分类的对应情况
3 数据转换方法
AutoCAD到ArcGIS的数据转换分为四部分，即CAD转入前的预处理，CAD转换成ArcGIS，转换后的数据整理，SHP文件检查
3.1 CAD数据预处理
图层数据的分层检查，主要检查基础数据是否按照设计来严格进行分层，分层不明确将导致重要信息的丢失，所以在实体编码和层对照表的基础上，逐一改正不对应的实体。将属于面状地物的对象都进行闭合处理，以方便转换时进行判读，如未将其闭合，则判读为线状地物。最后将DWG格式文件转换为DXF格式，由于DWG格式复杂，有些文件无法识别，而对于DXF文件，由于属于中间文件，都能识别。
3.2 CAD转ArcGIS
AutoCAD到ArcGIS的转换分为块图元、线图元和文本图元三种。以电网接线图为例，变电站、电源的符号为块图元或线图元，线路符号为线图元，名称等注记为文本图元。
（1）制作变电站、电源符号时，使用的是块，则转换后，块的基点转换为ArcGIS的点图层；
（2）变电站、电源符号为线状符号的组合，如线封闭，转换为ArcGIS的面图层，如线不封闭，转换为ArcGIS的线图层；
（3）线路直接转换到ArcGIS的线图层中；
（4）文本图元转入ArcGIS的注记图层中，与变电站、电源、线路等要素无关联关系，需在ArcGIS中手动处理。
具体转换方法如下：创建地理要素数据库，导入需进行格式转换的CAD数据（图3-2），全部选中，确定后开始进行转换。
图3-1 原CAD图 图3-2 需进行格式转换的CAD数据
转换后的结果如图3-3，3-4所示：
图3-3 转换后的ArcGIS数据列表 图3-4 转换后的ArcGIS数据展示
由于该电网图中只有注记、线状要素、封闭的线状要素，因此，转换后的数据中只有Annotation、Polygon、Polyline层中有数据。
3.3 ArcGIS数据整理、检查
由CAD直接转换至ArcGIS的数据默认无渲染效果，并且属性与要素未关联，大多数情况下无投影信息。由于实际项目中需叠加基础地理信息数据作为底图，因此，CAD数据带投影信息的，转换为ArcGIS数据后可直接定义正确的投影，无投影信息的，需进行矢量数据配准；项目需做线路与变电站的分析，必须保证线路与变电站有严格的关联关系，需对ArcGIS数据进行进一步处理，保证拓扑的正确性。
3.3.1 矢量数据配准
转换的ArcGIS数据无底图信息，只有电网图，不易找配准时的匹配点，但原始CAD图上都会有行政区划作为底图数据，行政区划可成为配准的依据。
首先，将CAD图输出成JPG，图上带有行政区划和电网图。以行政区划作为配准的依据，将JPG与全国基础地理信息数据进行配准后，再将转换后的ArcGIS数据与配准后的JPG进行二次配准，即可将ArcGIS数据纳入到正确的投影坐标系下。
3.3.2 字段整理
转换后的ArcGIS数据有很多无用字段，如图3-5所示。
图3-5 ArcGIS数据字段
根据原图筛选所需字段，对于线层和面层（线路、变电站、电源），一般只需保留Entity、Layer和Color字段，可用字段计算器进行批量赋属性；对于注记层，只需保留记录名称等信息的TxtMemo字段即可。
3.3.3 变电站、电源、线路、注记处理
不同电压等级的变电站用不同符号表示，可用大小、圈数、颜色来进行区分，转换后通常为面状要素，用ArcGIS的Toolbox中的面状要素转点工具，可将变电站和电源的面状符号转换为点状符号。比较复杂的情况是某电压等级的变电站符号为多圈时，转换后会有多个重复的点状要素，需用Toolbox中的去除重复点功能，或者在转换为点之前，根据Layer字段和Color字段对面状要素进行融合，同一电压等级的所有符合融合为一个要素，多圈变成重复点的问题将解决，然后将不相邻的要素炸开，再转换为点，便可达到目的，如图3-6所示。
(a)多圈变电站融合前 (b) 多圈变电站融合后 (c)融合后变电站转点
图3-6 变电站处理
线路图层首先必须去除变电站、电源的边界，即图3-7中的圆圈符号和电厂符号，圆圈符号通过Entity字段来区分，电厂符号通过Layer字段区分，选中删除即可。
图3-7 线状要素
删除无用要素后，需增加电压等级字段，用来对不同电压等级的线路进行渲染，并且必须对线路两端进行编辑，使其与相连接的变电站点图层严格捕捉上，该过程可借助程序实现。电压等级字段的填写可用字段计算器，结合Layer字段和Color字段，批量赋值。线路编辑前后的对比图如图3-8所示。
(a)线路编辑前 (b)线路编辑后
图3-8 线路编辑前后对比图
注记图层中TxtMemo字段的内容需整理到变电站的名称字段中，便可通过程序读取到线路两端站点的名称。首先，用toolbox的空间关联工具，让注记与其距离最近的变电站相关联，将TxtMemo字段的内容赋给相关联的变电站的名称，要素稀疏处不会有关联错误，重点检查要素密集处，对关联错误的变电站名称进行修改。确认无误后用Label标注名称字段即可，如为避免标注压盖，需调整名称位置，将Label转换为Annotation，存储在数据库中，变电站的名称与Annotation便能相互关联，修改名称和位置更加方便。
3.3.4 修复要素拓扑
从CAD直接转换为ArcGIS的数据存在各种拓扑错误，如要素的自相交、空要素等，在正式使用前，需用toolbox的修复几何工具对其进行修复。修复过程如图3-9所示。
图3-9 修复要素拓扑
4 ArcGIS制图
为了图幅美观，主体电网数据容易区分各电压等级、各变电站和电源类型，需按照国家标准、行业标准和常用习俗对各要素进行相应渲染。
4.1 基础地理信息底图渲染
主要是国道、省道、高速、铁路、河流、行政区划等要素的渲染，遵循国家标准，渲染效果如图4-1所示。
图4-1 基础地理信息底图渲染效果
4.2 电网接线图专题数据渲染
按照电力行业通用符号，图例和电网图渲染效果如图4-2所示。
(a)图例 (b) 电网图渲染效果
图4-2 图例和电网图渲染效果
4.3 图幅整饰
将电网图与基础地理信息叠加，添加图名、图例、图框、指北针、制作单位等信息进行整饰，最终输出成图片，成图整体效果如图4-3所示。
图4-3 电网接线图整体效果
5 结论及展望
由于CAD在电力行业的广泛应用，研究将CAD格式转换成ArcGIS格式文件具有十分重要的实用价值和经济价值，本文通过对此转换的探讨，总结出该行业CAD转ArcGIS的一般步骤和方法，同时需要注意的一些问题：
（1）数据转换前必须对CAD数据进行预处理，严格按照要求分层；
（2）转换过程中，针对变电站、电源、线路、注记各自的情况进行相应处理，注意注记与变电站的关联；
（3）转换后拓扑的修复。
随着人们对制图的要求愈来愈高，开发出一种软件实现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成为一种迫切需求，电网可视化规划研究支持系统的核心模块在电网接线图绘制方面将是这样一个成功的产品，基于几何网络模型，严格控制变电站与线路的关联；提供了各种符号模板，利用模板编辑方便绘制各类站点和线路，极大缩减了填写属性数据的时间；此外，还能一次性绘制多回线路，使绘图更加人性化。
参考文献:
[1] 谢将平, 邹自力. CAD矢量数据向ArcGIS转换的方法[J]. 地理空间信息, 2010, 8(4):130-132
[2] 任东风, 徐立军, 才艺. CAD到ArcGIS数据转换问题[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版）, 2010, 29:25-27
[3] 王莉利, 高新成, 田晓宇. AutoCAD 到 ArcGIS 数据转换方法的研究与应用[J]. 陕西理工学院学报(自科版), 2013 (5) :39-43
[4] 文君亚, 韩雪培. 数字制图中的CAD与GIS[DB/OL]. http://www.idnovo.com.cn, 2011.2.15
[5] 范占永, 蔡东健, 管发海, 甄宗坤. DWG与SHP数据中空间图元转换技术的分析与应用研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2016 , 14 (2) :193-197
第一作者简介：王秀芳（1985-），女，汉族，湖北红安人，地图学与地理信息系统专业硕士研究生，主要从事三维地理信息系统相关工作。
项目来源：南方电网公司电网图集汇编。
论文作者:王秀芳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/12
标签：数据论文; 变电站论文; 字段论文; 要素论文; 电网论文; 线路论文; 图形论文; 《电力设备》2017年第24期论文;