[转帖]论CAD和GIS

<STRONG><FONT size=4>1、引言</FONT></STRONG>
<P>　　工程设计和地理分析对于采用 CAD 和 GIS 的企业极其重要。这两种不同的技术不仅提供了关键任务解决方案，而且能够出色地完成其它技术望尘莫及或根本无法完成的特定学科任务。但是，对充分集成的 CAD 和 GIS 软件的需求正在不断增加。集成能够在项目的整个生命周期帮助专业人员更加高效地交换数据和进行协作。本战略白皮书通过详实的技术资料阐述了这个主题，突出介绍了两种技术的具体优势以及对集成的重要需求。</P>
<P>　　专业人员不断设计、分析和绘制基础设施地图，从道路和公用设施到土地开发和土地所有权等，无所不包。这些专业人员依靠数字地理和设计数据来执行他们的任务。另外，数据不是静态的，它要经历一个从设计到编辑到管理的发展过程。今天，工程、GIS、勘测和 IT 部门需要更加频繁、更加平滑地协作和共享地理与设计数据，而<IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012811.jpg">在实现这种变化的过程中领导着业界发展潮流。集成的 CAD 和 GIS 解决方案可提高整个企业的效率和赢利能力，而不仅仅是单个部门。</P>
<P>　　围绕这个讨论的主要论题包括：</P>
<P>　　尽管 CAD 与 GIS 是具有特定学科工具的两种不同技术，但是又通过它们共同描绘和分析的基础设施不可分割地联系在一起</P>
<P>　　在 CAD 和 GIS 软件之间转换数据可能造成精确性和准确性错误</P>
<P>　　当数据在 CAD 和 GIS 之间无错、精确、平滑地来回转移时，企业就能赢利</P>
<P>　　CAD 和 GIS：历史概览</P>
<P>　　历史上，CAD 一直被视为强大的工程设计精确数据输入和编辑工具，而 GIS 则与空间分析和地图绘制有关。许多企业在不同的部门同时采用了 CAD 和 GIS 工具，因为这些工具提供不同的特定功能。原始 CAD 图形的数据经常被输入 GIS 环境或进行数字化处理，以便在 GIS 地图绘制环境中使用。遗憾的是，这种数据转移往往是单向的，数据会丢失连接、准确性和几何精度，用户要承担这些错误的潜在责任。当数据需要向后转移到 CAD 以执行进一步的设计任务时，GIS 软件几乎不支持所需的工程精确性和准确性。这些早期 CAD 与 GIS 集成的基本问题目前正在解决当中。</P>
<P>　　工程和 GIS 专业人员以及他们的客户需要更加紧密的集成 — 他们需要精确的数据捕捉、创建和维护工具，而无论是进行勘测、地图绘制还是工程设计。而且，这些工具必须与数据库和分析功能完全集成。同时，他们还需要完整的流程和生命周期集成，以便能够随时在项目团队成员之间以及以后向下游用户（例如操作管理人员、物业管理人员、现场技术人员及普通用户）透明地传递数字地理或设计数据。</P>
<P>　　对于传统的 GIS 供应商，转移到生命周期和数据集成更为困难，因为他们过去一直重视多边形分析，而不是精确的工程支持。另外，许多软件供应商的重点只是 GIS、工程、勘测和基础设施管理的一个或两个方面。一家公司可以通过开发一个电力设施管理系统，专业从事基础设施管理，但是他们需要依靠其他供应商几乎不集成的勘测和数据捕捉工具。同样，传统的 GIS 供应商一般没有全面地了解土木工程师的要求。这些公司结成合作<IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012811.jpg">伙伴，但结果带来了集成较差的混合系统，数据不能自由地从勘测人员转移到地图绘制人员、工程师和网络管理人员，向后转移也是一样。</P>
<P>　　二十世纪九十年代中期，Autodesk 携其主打地图绘制和土木工程产品（Autodesk Map<SUP>TM</SUP>、 Land Desktop 和 <IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012811.jpg"> Civil Design）打入了 GIS 行业。此后不久，Autodesk 收购并推出了一个专门在 Web 上使用的强大地图绘制系统 — Autodesk MapGuide<IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012818.jpg">。这些 Autodesk 产品之所以获得客户的广泛认可，主要是因为它们能够轻松地将以前不兼容的数据格式集成到一个显示和分析工具中。从那时起，Autodesk 针对勘测、专门的交通设计、移动式数据分发和集中式服务器存储等扩展了这个工具家族。事实上，Autodesk 是提供适合所有学科和平台的完整解决方案的唯一供应商。</P>
<P>　　<STRONG><FONT size=4>2、 Autodesk Infrastructure Solution May-2003 CAD ; GIS</FONT></STRONG></P>
<P>　　CAD 的定义</P>
<P>　　CAD（计算机辅助绘图/设计）被定义为使用计算机来制作和编辑图形。二十世纪八十年代之前，大多数图形（包括地图、平面布置图和工程设计）都是利用纸和墨水或昂贵的分时 CAD 系统绘制的。1982 年，Autodesk 推出了 AutoCAD<IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012818.jpg"> 软件，将 CAD 引入 PC 并永久改变了设计领域。在第一批 CAD 应用程序中，有许多用于制造业、建筑业和地图绘制领域，而且许多地籍图都是利用基于 PC 的 CAD 解决方案制作的。</P>
<P>　　CAD 软件最初基于文件，而图形经常以图层方式进行组织。图元从借以创建它们的图层提取它们的属性（颜色、线型和要素类型），这是一种简单、高效的数据组织方式，但是要求认真控制质量以确保一致性。CAD 还具有设计真实世界对象的强大工具。这些工具使用户能够创建精确的几何对象，移动和编辑这些对象，而不会失去精度。由于 CAD 来自一个以厘米或英寸小数位计算工程公差的世界，因此十分注重在不丢失精度的情况下管理数据。</P>
<P>　　准确性和精确性</P>
<P>　　尽管通常可以互换使用，但准确性和精确性这两个术语具有不同的内涵。例如，“艾菲尔铁塔位于法国”是准确的，但不精确。“艾菲尔铁塔位于法国巴黎”提高了精确性，而不是准确性。“用地理坐标表示，艾菲尔铁塔位于北纬 48 度 51.494 分，东经 002 度 17.661 分。”最后一个表述与前两个表述同样准确，但更加精确。在地图绘制上下文中，一张比例尺较小的世界地图可能是准确的，但肯定不够精确，而工程图形通常需要极度精确和准确。</P>
<P>　　对于土木工程师和勘测人员来说，精确性和准确性同样十分重要，他们迅速采用 CAD 以加快设计项目的数据输入和计算。诸如 COGO（坐标几何图形）之类的工具与 CAD 实现了集成，为勘测人员和土木工程师提供了一种精确输入方法。CAD 成为工程小组设计供水和下水道项目及电信设施的主要工具，以及勘测人员设计地形平面图和细化部分布局的主要工具。在有些情况下，他们从 GIS 调用基础地籍图，另外一些情况下，他们使用 CAD 系统来创建地籍图。这些用户通常将他们完成的工程设计和边界平面图输出到 GIS，这表明数据需要不只一次进出这些系统。</P>
<P>　　使用 CAD 创建和管理 GIS 数据的早期尝试受到多种限制的妨碍，包括：</P>
<P>　　缺乏数据连接和拓扑</P>
<P>　　基于文件的数据存储</P>
<P>　　数据与相关信息的单用户访问</P>
<P>　　将属性附加到要素的原始方法</P>
<P>　　但是，新软件通过克服这些限制，结合准确的数据输入、精确的设计和编辑工具以及 GIS 数据管理和分析，成功地集成了 CAD 和 GIS。另外，该软件还能使用户在系统间来回移植或传递数据，而不会冒丢失数据的风险。</P>
<P>　　过去的 CAD 限制 － 缺乏数据连接</P>
<P>　　缺乏数据连接是早期 CAD 与 GIS 系统的一个主要限制。例如，地基中的某个地块在 CAD 系统中可能创建为 4 条独立的线，没有连接或多边形拓扑，因而无迹象表明这 4 条线构成一个地块。如果移动了一个角，这种方法就会出现问题，因为在大多数 CAD 系统中，所有相邻的线不会自动更新。将地块输出到 GIS 也会造成问题，因为技术人员必须再次在 GIS 中编辑划线并创建多边形拓扑，这使得 GIS 版本的地块具有实用功能，但是有可能影响原始勘测信息的准确性。</P>
<P>　　GIS</P>
<P>　　地理信息系统 (GIS) 是用于存储、检索、操作、分析和显示地理参照数据的电子系统。二十世纪七十年代，GIS 开始在商业上崭露头角，然后通过发布现成的 GIS 软件在八十年代初期继续发展。</P>
<P>　　<STRONG><FONT size=4>3、 Autodesk Infrastructure Solution May-2003 CAD ; GIS</FONT></STRONG> </P>
<P>　　由于 GIS 行业的早期重点是土地分析和多边形，因此圆弧/节点技术广泛普及，并持续到今天。圆弧/节点数据模型对多边形非常有用，因为它具有高效的数据存储，并能轻松地计算多边形叠加。圆弧/节点模型还能使用户确定某个对象是在多边形内还是多边形外，这是进行许多空间分析不可或缺的一项功能。</P>
<P>　　圆弧/节点拓扑模型使用一系列点和短线段来表示几何圆弧，而 CAD 几何模型使用数学公式来生成真圆弧。传统 GIS 针对的是一般绘图和宽泛的土地利用分析，而不是构造和管理真实世界项目的精确设计。尽管圆弧/节点模型可能接近项目（例如道路和通信网络）中设计对象或“图元”的几何图形，但它不能用许多工程师需要的几何精度来表示它们。</P>
<P>　　传统的 GIS 公司已认识到他们技术的限制，并采用复杂的数据库来建立真实世界对象模型。这些数据库能够创建要素和网络的逻辑模型。但是，它们仍然是基于点、线和多边形编译的，不能存储其它几何对象，如真圆弧和道路螺旋线。</P>
<P>　　GIS 在设计项目中的早期应用存在多种限制，包括：</P>
<P>　　丢失要素的几何准确性和精度</P>
<P>　　有限的数据编辑工具</P>
<P>　　有限的工程图形输入和数据移植功能</P>
<P>　　GIS 的历史限制 — 真几何图形和精度的丢失</P>
<P>　　我们以用于描述细化部分中的一个死胡同或道路中一条曲线的圆弧为例。大多数 CAD 系统使用其中心点、半径、起点和端点的精确双精度数学描述来创建和存储圆弧。这个圆弧以后可以与其它对象相交、相切或偏离，而不会失去精度或准确性。相反，面向多边形的 GIS 系统将圆弧转换成具有许多顶点的多段线，创建了接近其形状的线段，因而造成了位置错误。最初的圆弧与其几何图形一起都被破坏。</P>
<P>　　在现代 GIS 工作流程中，数据从其最初来源转移到政府机构、检验机构、设计公司、环境咨询公司、建筑公司、物业管理公司等。在每个步骤，数据都可能从一种格式转换为另一种格式，而且通常会进行打印、传递，随后完全重新输入。当数据从一个系统到另一个系统、从几何图形到顶点、从双精度到单精度转移时，数据转换工具会带来问题。例如，用户可能将双精度 Autodesk Map<SUP>TM</SUP> 文件转换为双精度 GIS 工具，但专有空间数据库（例如 ESRI 的空间数据库引擎或 SDE）仅支持整数数据存储。当数据提取为双精度 CAD 图层并发送到工程公司时，通常会丢失精度和准确性。由于源文件是一个设计图形，因此工程师可能假定双精度仍然可用，从而进一步增加了出错机会。更新的集成式软件通过在一个无缝、精确的数据库环境中管理 CAD 和 GIS 要素，克服了传统 GIS 的这些限制。</P>
<P>　　来自 Autodesk 的精确地图绘制和土木工程</P>
<P>　　历史上，大多数 CAD 产品都是比较宽泛的技术，应用于制造、建筑、勘测、土木工程和 GIS 等行业。合作伙伴和用户在 CAD 引擎之上编译了行业专用的部件，但是基础 CAD 产品并非针对任何特定的应用。</P>
<P>　　二十世纪九十年代，Autodesk 认识到 GIS 和精度 CAD 工具应当更加平滑地协作，同时仍然保持它们不同的功能，并开始编译真正集成的解决方案。Autodesk Map<SUP>TM</SUP> Series（包括 Autodesk Map 软件）目前已有了其第七个版本，它集成了 GIS 功能（多用户编辑、多边形叠加和分析、拓扑、专题图绘制等）以及成熟的 CAD 环境和 Oracle<IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012818.jpg"> Spatial 数据库。Autodesk Map 还能无缝、高效地集成来自不同 CAD 和 GIS 供应商的数据源，而不会将客户限制于一家或另一家供应商。Autodesk Map 是一个强大的 GIS 工具，它处于多种地图绘制和工程系统的交会点，提供了两个领域的最佳产品，而不会影响功能或数据完整性。有关 Autodesk 的主要精确地图绘制解决方案的更多技术细节，请阅读白皮书“驳斥有关 Autodesk GIS 的 7 个谬论”。</P>
<P>　　<IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012811.jpg"> Civil Series 将集成扩展到了土木工程师。Autodesk 的土木工程解决方案集成了 CAD 执行精确工程任务（如场地、道路和水文学设计）的功能以及 GIS 的空间分析工具和数据管理。Autodesk 最近通过收购 CAiCE 软件增强了其土木工程解决方案，CAiCE 是一个高端公路与交通工程软件套件。此外，Autodesk 还提供用于网上发布的 Autodesk MapGuide、用于形象化显示和分析的 Autodesk Envision<SUP>TM</SUP> 以及用于可扩展的企业应用程序的 <IMG src="http://www.y2y.cn/architecture/UploadFiles_6411/200607/200672822012811.jpg"> GIS Design Server。所有产品都能在整个项目工作流程中保持完整的数据精度。</P>
<P>　　大多数企业（例如政府机构、城市、设计公司和公用设施公司）都需要 GIS 和工程软件。这些用户之所以选择 Autodesk 软件是因为 Autodesk 了解并集成了 CAD 和 GIS，可促进一个企业内多个部门之间的协作。</P>
<P>　　Autodesk Map Series 和 Autodesk Civil Series 都结合了 CAD 与 GIS 工具的传统功能以及常用的空间管理功能。</P>
<P>　　Autodesk 认识到：</P>
<P>　　用户需要能够创建传统的 GIS 要素（点、线和多边形）以及具有真几何图形的要素，包括圆弧和圆。</P>
<P>　　数据在整个生命周期或工作流程（从勘测和地图绘制到设计、构造和管理）中进行传递，而且相同的数据会被许多人以许多方式使用。</P>
<P>　　许多来源的数据集成在一起，包括 CAD 和 GIS 环境、电子表格和数据库。</P>
<P>　　CAD 工具通常是创建数据的最佳选择，因为它们精确、易用，而且数以百万计的软件用户熟悉该技术。</P>
<P>　　无论是打印还是在 Web 上发布，设计文档都需要以用户期望的符号和外观准确地进行渲染。</P>
<P>　　<STRONG><FONT size=4>4、结束语</FONT></STRONG></P>
<P>　　Autodesk 为勘测、地图绘制、土木工程和基础设施生命周期管理提供集成的 CAD 和 GIS 解决方案。这些解决方案能够创建、集成和管理 CAD 与 GIS 要素，而不会丢失精度或拓扑。Autodesk CAD 和 GIS 解决方案为客户（例如温哥华市）提供有力的支持，帮助他们在其整个城市工作流程中使用每一个 Autodesk 土木工程、GIS 和地图绘制以及基础设施管理软件工具。这些解决方案能够帮助用户将多种数据格式结合到单一显示中，从单一产品执行分析。Autodesk 工具能够以本地方式读取大多数 CAD 和 GIS 数据格式，从而最大限度地减少了移植问题。Autodesk 还将与其它企业密切协作，继续推动 Open GIS Consortium (OGC) 和 LandXML 的发展，以方便用户交换在土地规划、土木工程、土地勘测及地图绘制过程中创建的数据。</P>
<P>　　用户也要求他们的供应商支持开放系统和开放数据格式。随着 GIS 行业的整合，这一点变得更加重要，给锁定您数据的单一来源专有系统留下的生存空间越来越小。数据创建十分昂贵，实现投资回报要求数据能够在将来与最新的解决方案配合使用。</P>
<P>　　有些供应商将继续针对特定的分析和设计任务销售昂贵的高端 CAD 与 GIS 工具，好象使用这些独立工具的专业人员相互之间不进行交互一样。但是，在大多数企业，这些地图绘制和工程专业人员都必须高效地协同工作才能取得成功。Autodesk 解决方案能够帮助您提高整个企业的赢利能力，而不仅仅是单个部门。</P>