CAD图配准:城市与区域规划空间分析实验教程第2版

用户在进行中小尺度的城市与区域规划时，收集的地形图数据多为CAD格式，而通常CAD数据格式的地形图多为笛卡儿坐标系，没有带投影信息，与GIS数据的空间参照并不匹配。因此，需要进行CAD数据与规划研究区其他数据的空间匹配。本实验以上杭县城CAD格式的地形图（shanghangcity.dwg，此数据未加入附赠光盘中，用户可以使用自己获取的地形图数据进行练习）为例，演示说明CAD格式地形图与已有GIS数据（校正后的影像图shhjiao.grid）的空间匹配。

▷　步骤1：在ArcMap中加载CAD地形图数据。

在ArcMap中加载CAD地形图数据shanghangcity.dwg，通过数据内容列表可以发现该文件共包含Annotation、Multipatch、Point、Polygon、Polyline等5个要素（图2-45），在加载过程中，会弹出“未知的空间参考”提示框，说明该数据没有空间参考信息。

▷　步骤2：在ArcMap中设置CAD地形图数据的单位。

加载CAD数据后，ArcMap视图窗口信息条中显示的坐标为未知单位，需要进行设置。在ArcMap主菜单中，点击“视图”—“数据框属性”，弹出“数据框 属性”对话框（图2-46），选择“常规”选项卡，将“单位”栏中的“地图”后面的“未知单位”更改为CAD中的单位，即“米”；接着将“显示”后面的单位也改为“米”。然后，点击“确定”按钮。这时Arc-Map状态条中显示了数据的单位“米”。

图2-45　在ArcMap中加载CAD数据后的数据与图层显示

图2-46　“数据框 属性”对话框

▷　步骤3：在ArcMap中加载配准后的高分辨率影像图。

在ArcMap中加载配准后的高分辨率影像图shhjiao.grid，该数据与规划研究区GIS数据采用的坐标投影系统一致。点击工具条上的“全图”按钮来显示整个研究区域，用户会发现，两个数据图层根本不在一起，坐标相差甚远。

▷　步骤4：坐标控制点数据文件（shanghangcity.wld）构建。

首先，在ArcMap中，定义两个转换的参照点。通常，这两个点需要相距较远，一般分布在数据范围的对角上，比如一个在CAD文件的西北角，另一个就需要在东南角。

其次，在内容列表中，鼠标右键点击shanghangcity.dwg Group Layer文件弹出快捷菜单，选择并点击“缩放至图层”，视图窗口中全图显示shanghangcity.dwg文件。接着，从西北角选择运动场的一个角作为第一个转换点。用放大工具将这个点的区域放大到不能再放大为止，通常这时的比例尺显示为1∶0.01，甚至更大，例如1∶0.00。此时，点击窗口菜单栏中的空白处，在弹出的快捷菜单中，选择“绘图”工具，将绘图工具条加载进窗口中，点击绘图工具条上的“绘制矩形”工具后方的小三角按钮，弹出下拉菜单，点击绘制点工具（图2-47），在选择的运动场的一角处点击，创建一个点。双击这个点，弹出“属性”对话框（图2-48），点击“位置”选项，可以看到该点在CAD文件中的X、Y坐标值。

图2-47　绘图工具条中的绘制点标记工具

图2-48　绘制的点的“属性”对话框

然后，建立一个记事本文件，在ArcMap中将该点在CAD文件中的X、Y坐标值复制粘贴到记事本中。注意只复制数值，不复制数值后面的空格和单位，例如39440114.274292 2773078.658081米，则只复制39440114.274292 2773078.658081即可；在X坐标后加一个英文字符逗号，并在Y坐标的最后面加入一个空格。最后，记事本中的第一行为：

39440114.2745，2773078.6583

在ArcMap中，使用“缩放至图层”功能，显示CAD文件，按照以上步骤，建立第二个控制点，复制其坐标值到记事本文件中。第二个控制点选择了东南方向一所学校操场跑道的一角。记事本中的前二行为：

39440114.2745，2773078.6583

39442823.2499，2772180.9581

同样方式和步骤，使用“缩放至图层”功能，显示高分辨影像数据文件，用放大工具在影像图中分别找到与CAD中匹配的两个控制点的位置信息，并在原来的两个点的坐标后面列出，创建的记事本文件的内容如下：

39440114.2745，2773078.6583 440176.8567，2771920.2103

39442823.2499，2772180.9581 442911.6833，2771004.4183(www.xing528.com)

最后，将记事本文件另存到与CAD文件相同的文件夹（shiyan02）下，在“另存为”窗口中将默认的保存类型.txt改为“所有文件＊.＊”，编码方式仍为ANSI不变（图2-49），名称为原来txt文件的名称后面加一个.wld的扩展名／后缀。本例保存为shanghangcity.wld。

图2-49　坐标数据另存为后缀为.wld的文件

▷　步骤5：地形图数据与高分辨率影像图的匹配。

通过构建的shanghangcity.wld文件进行数据的空间匹配。在内容列表中鼠标右击需要转换的数据图层文件（shanghangcity.dwg Polyline），在弹出的快捷菜单中点击选择“属性”，弹出“图层属性”对话框（图2-50），点选“变换”选项卡，选中“启用变换”选项，在“坐标文件名称”中通过文件夹浏览找到shanghangcity.wld文件，“变换方式”选择“坐标文件”。最后，点击“确定”按钮，执行坐标变换。这时，用户可以看到CAD文件数据集将与参考数据（高分辨率影像图）叠置在一起进行显示（图2-51），且从叠置的结果来看，数据匹配的精度较好，达到数据精度的要求。

图2-50　“图层属性”对话框中的“变换”选项卡

该匹配只是将CAD数据图层通过两点坐标对应转换的方式匹配到参考数据上，CAD数据的原始坐标投影系统并未修改，用户需要将经过坐标变化的CAD文件格式转换为GIS的数据文件，以便后面在进行空间分析时使用。

另外，还可以使用ArcMap中的“地理配准”工具进行CAD及其他JPG等格式数据的空间匹配。这里不再阐述，在后面部分我们将介绍JPG图片配准的过程，与CAD格式的数据匹配过程基本一致。

图2-51　CAD地形图文件经坐标变换后与高分辨影像图叠置结果

▷　步骤6：坐标变换后的地形图数据格式的转换。

ArcGIS软件支持对CAD格式数据的读取，但是用户通常需要对数据进行编辑、加工、分析等，就必须将它转换成GIS的数据格式（shapefile、coverage、geodatabase）。由于CAD格式只是对数据进行逻辑分层，在物理存储上与几种数据的要素类结构不同，所以要在转换时将CAD的各层元素独立地识别和存储。

图2-52　“导出数据”对话框

在步骤5数据坐标变换结果的基础上，鼠标右键点击ArcMap内容列表栏中的shanghangcity.dwg.polyline要素类，弹出图层快捷菜单，点击“数据”—“导出数据”，弹出“导出数据”对话框（图2-52）。选择导出“所有要素”，选择与此图层源数据相同的坐标系，并定义输出的位置（shiyan02文件夹下）、文件名称（chengquline）和文件类型（shapefile）。最后，点击“确定”按钮，执行导出数据命令。

当然，用户也可以使有ArcToolbox中的“转换工具”箱，找到“转出至地理数据库”—“CAD至地理数据库”（图2-53），将CAD文件中的Annotation、Polyline、Polygon、Point和Multipach等5类要素批处理转换导入到一个地理数据库中。

图2-53　“CAD至地理数据库”对话框

▷　步骤7：定义转换后的GIS数据投影坐标系统。

在ArcMap内容列表栏中鼠标右击chengquline.shp文件，查看图层属性中的“源”选项卡，可以发现该数据文件的坐标系为“未定义”。用户需要赋给该文件以坐标投影系统，以便使其与TM数据保持空间匹配。

首先，点击ArcTookbox图标，打开ArcTookbox工具箱，点击选择“数据管理工具”—“投影和变换”—“定义投影”工具，打开“定义投影”对话框（图2-54）。

图2-54　“定义投影”对话框

然后，在对话框中的“输入数据集或要素类”中选择chengquline.shp文件，“坐标系”选择与高分辨率影像图图层一致的WGS＿1984＿UTM坐标投影系统。然后，点击“确定”按钮，进行坐标投影系统定义。

用户可以采用相同的步骤和方法，将空间匹配后的CAD中的点要素Point数据文件导出为chengqupoint.shp文件，并定义文件投影，我们将在后面的“DEM数据获取与预处理”部分讲解利用由CAD获取的地形数据来制作DEM的过程。