cad与gis1简介工程设计与地理资讯分析对於使用.pdf

CAD 與 GIS 1 | 簡介 工程設計與地理資訊分析對於使用 CAD 與 GIS 的團隊非常重要。 這些特殊技術可解決 各項任務相關問題，有效完成其他技術無法勝任的特定領域工作。 然而，對整合良好的 CAD 與 GIS 整合軟體的需求不斷增加。 良好的整合可以讓專業人員在整個專案生命週期 中，相互交換資料並提昇協作效率。 本戰略白皮書旨在針對本主題提供詳細的技術資料， 說明前述兩項技術的特殊功用，以及整 合的必要性。 專業人員需要不斷設計，繪製地圖，並分析基礎設施資訊 (從道路、公共設施到土地規劃與 土地所屬權)。 這些專業人員仰賴數位地理資料與設計資料來進行工作。 而且，資料並非 靜態的，而是從建立、編輯，到管理的過程中，不斷地移動與發展。 現在，工程、GIS、 測量、以及 IT 部門間的互動協作，以及地理資訊和設計資料的共用皆更為頻繁流暢，而 Autodesk 正是此項變化趨勢的領導者。 整合的 CAD 與 GIS 解決方案提高的不僅是個 別部門，也是整個團隊的效率與獲益能力。 本討論所涉關鍵主題包括： ? 儘管 CAD 與 GIS 為兩種不同的獨特技術，各有其特定領域工具，但兩者間卻有一 項密不可分的共同連繫，即它們所描述與分析的基礎設施資訊 ? 在 CAD 與 GIS 軟體之間進行資料轉換，可能會導致正確性和精確度錯誤 ? 如果資料能夠在 CAD 與 GIS 之間來回順暢地移動，並且不損失精確度，則團隊便 會獲益 2 | Autodesk 基礎設施解決方案 CAD 與 GIS：歷史回顧 一直以來，CAD 都被認為是一種功能強大的精確資料輸入與編輯工具，主要供工程設計之 用，而 GIS 則是空間分析與地圖繪製工具。 由於 CAD 與 GIS 各有其特定功能，許多企 業組織因而將這兩種工具使用於不同的部門中。 原始 CAD 圖面的資料通常會再經匯入並數位化，以便能使用於 GIS 地圖繪製環境。 但 是，此種作業通常只能單向執行，且會造成資料連續性中斷、破壞正確性和幾何精確度，而 使用者往往需承擔這些錯誤的潛在責任。 GIS 軟體所處理的資料，甚少能符合工程正確性 和精確度的需求，以備稍後再回傳至 CAD 進行下一步設計工作。 這些都是早期 CAD 與 GIS 整合的基本問題，現在已獲得解決。 工程與 GIS 專業人員以及他們的客戶現在需要更緊密的整合。他們需要精確的資料擷取、 建立與維護工具，以從事測量、地圖繪製、或工程設計。 這些工具都必須與資料庫及分析 功能完全整合。此外，資料處理程序與專案生命週期也必須完全整合，以便專案小組成員間 可以隨時地、透明地互相傳送數位地理資料或設計資料， 稍後也可以將這些資料傳送供下游 使用者使用，例如運作管理員、設施管理員、專業技術人員，甚至傳供大眾使用。 對於一般傳統 GIS 供應商而言，生命週期與資料整合並非易事，因為他們過去一直將重點 放在工程精確度較低的多邊形分析上。 而且，許多軟體供應商多半僅著重點於 GIS、工程、 測量、以及基礎設施管理中的一、二種領域上。 某公司可能開發了一個電力事業管理系統， 專精於基礎設施管理， 惟必須仰賴其他供應商的測量工具與資料擷取工具， 這些工具間通常 並未加以整合。 同樣的，傳統 GIS 供應商通常也未能全面瞭解土木工程的需求。 這些公 司形成合作關係，但結果卻是一個整合奇差的系統，資料無法在測量員、製圖員、工程師、 以及網路管理人員之間來回自由傳送。 CAD 與 GIS - 主要工具，主要連結 | 3 1990 年代中期， Autodesk 開始投入 GIS 產業，推出旗艦型地圖繪製與土木工程設計軟體： Autodesk MapTM、 Autodesk Land Desktop 和 Autodesk Civil Design。 隨後不久， Autodesk 便推出 Web 專用的強大地圖繪製出版系統 Autodesk MapGuide。 這些 Autodesk 產品才 推出便廣為市場接受，主要原因是它能將過去無法整合在單一顯示與分析工具中的資料格 式，輕鬆地整合起來。 之後，Autodesk 便一直致力於擴充其工具軟體系列，包含測量工具， 專業運輸設計、行動資料傳送、集中式伺服器儲存等等。 事實上，Autodesk 是唯一擁有全 領域全平台完整解決方案的供應商。 CAD 定義 CAD (電腦輔助製圖/設計) 的定義為：使用電腦建立與編輯圖面。 1980 年代之前，多數圖 面，包括地圖、樓板平面圖、以及工程設計圖等，都是以圖紙和墨水手工繪製，或運用昂貴 的分時 CAD 系統建立而成。 1982 年，Autodesk 推出了 AutoCAD 軟體，將 CAD 應 用於個人電腦上，從此改變了整個設計領域。 早期 CAD 應用程式多用於製造、建築與製 圖領域，而且許多地籍圖均以個人電腦 CAD 解決方案建立而成。 CAD 軟體最初係以檔案為基礎，且多採用多層組織架構。 圖元由所屬圖層上取得性質 (顏 色、線型、圖徵類型)，這是一種簡單有效的資料組織方法，但必須嚴格控製品質以確保一 致性。 CAD 的另一個特徵是可設計實物的強大工具。 使用者可以利用這些工具建立精確 的幾何物件，且能移動和編輯這些物件而不致損失精確度。 由於在 CAD 的涉及領域中， 即使幾分之幾公分或英吋的些微之差也十分重要， 因此資料管理必須極為仔細， 避免損失精 確度。 正確性與精確度 儘管正確性與精確度這兩個術語經常混用， 但事實上意義並不相同。 例如， 艾菲爾鐵塔在 法國這句話是正確的，但卻不精確的。 若說艾菲爾鐵塔在法國巴黎 ，則增加了精確性， 而不是正確性。 以地理座標表示， 則艾菲爾鐵塔位於北緯 48 51.494 東經 002 17.661。 這句話與前兩句話同樣正確，但更加精確。 繪製地圖時，使用小比例繪製的地圖也許可說 正確，但是肯定不精確。而工程圖面則通常不僅要正確，且要求精確。 4 | Autodesk 基礎設施解決方案 土木工程師與測量員尤其重視正確性與精確度，很快地便採用 CAD 來增加設計專案資料 的輸入與計算速度。 多種工具如 COGO (座標幾何圖形) 等也與 CAD 整合，以提供測量 員與土木工程師更精確的輸入法。 CAD 成為工程小組與測量員的主要工具，前者用以設 計水利下水道專案及電信設備，後者則可用於製作地形測量與都計規畫圖。 有時，他們 從 GIS 中引入基本土地資料庫，而有時則運用 CAD 系統來建立土地資料庫。 這些使用 者通常會將完成後的工程設計與邊界規劃資料匯出至 GIS，表示這些資料將在這些系統間 多次來回傳送。 早期使用者利用 CAD 建立與管理 GIS 資料時，可能會受制於下列幾種限制： ? 缺少資料連接與拓樸 ? 以檔案為基礎進行資料儲存 ? 資料與相關資訊僅供單一使用者存取 ? 將屬性貼附至物件的方法過於粗糙 但是， 新的軟體業已克服這些缺陷， 並將正確資料輸入、 精確設計與編輯工具、 以及 GIS 資 料管理與分析結合起來，成功地整合了 CAD 與 GIS。 另外，使用者還可在不損失資料的 情況下，以此軟體將資料從一個系統移轉或傳送到另一個系統，然後再進行反向移轉。 CAD 的舊有缺陷。缺少資料連接 對早期附 GIS 的 CAD 系統而言，主要缺陷便是缺少資料連接。 例如，土地資料庫中的宗 地，在 CAD 系統中可能以四條獨立的直線呈現，卻未顯示任何連接或多邊形拓樸資訊， 因而很難辨識出這四條直線已構成了宗地。 此種方法在移動某個角點時會造成問題，因為 大多數的 CAD 系統都不會自動更新該角的連接線。 將宗地匯出至 GIS 也會導致問題，因為技術人員必須在 GIS 中重新編輯線條，並建立多 邊形拓樸，以便使宗地的 GIS 版本能發揮作用，但如此一來也可能影響原始測量資訊的正 確性。 CAD 與 GIS - 主要工具，主要連結 | 5 GIS 地理資訊系統 (GIS) 是用於儲存、擷取、操控、分析、以及顯示地理參考資料的電子系統。 商用 GIS 約於 1970 年代開始出現，及至 1980 年代初期則開始有現成的 GIS 軟體出售。 由於早期 GIS 產業的重點在於土地分析與多邊形上，由此之故，弧/節點拓樸模型一直廣泛 應用至今。 弧/節點資料模型對於多邊形非常有用，因為它除可有效儲存資料外，且可快速 計算多邊形覆疊數目。 同時，弧/節點模型可讓使用者決定物件的位置 (多邊形的內部還是 外部)，這是許多空間分析的必要功能。 弧/節點拓樸模型使用一系列點與短線段表示幾何弧，而 CAD 幾何模型使用數學公式產生 標準弧。 傳統的 GIS 注重一般製圖與大面積土地使用分析，較不注重實地專案建構與管 理的精確設計。 儘管弧/節點模型可能與設計物件的圖元，或與道路、通訊網路等專案中的 圖元幾何形近似，但是它卻無法表現出工程師所要求的幾何精確度。 傳統的 GIS 公司已經意識到此種技術缺陷，並開始使用複雜的資料庫來製作實地物件模 型。 這些資料庫可以用來建立圖徵與網路的邏輯模型。 但是，它們仍然建置於點、線、以及多邊形的基礎之上，不能儲存其他幾何物件，例如標準 弧和道路螺旋線。 早期 GIS 專案設計有下列幾種缺陷： ? 失去圖徵的幾何正確性與精確度 ? 資料編輯工具有限 ? 工程圖面輸入與資料移轉功能有限 GIS 的舊有缺陷 - 標準幾何圖形與精確度損失 讓我們以弧如何用於描述住宅區死胡同或道路彎曲處為說明範例。 多數 CAD 系統會使用 精確雙精度數學描述弧的中心點、半徑、起點以及終點的，以建立與儲存弧。 該弧可以在 以後與其他物件相交，或成為弧的切線與偏移量，而不會損失精確度與準確性。 相對之下， 以多邊形為導向的 GIS 系統會將弧轉換為具有多個頂點的聚合線，建立線段使之近似該弧 形，導致位置錯誤。 原始弧與其幾何圖形因而被破壞了。 6 | Autodesk 基礎設施解決方案 在現代 GIS 工作流程中，資料會從原始來源移至政府機構、檢查員、設計公司、環境諮詢 公司、建築公司、設施管理員等等。 在每個移動步驟中，資料都會從一種格式轉換為另一 種格式，並被列印、傳遞、進而完全重新輸入。 資料轉換工具會在資料從一個系統轉換到 另一個系統，從幾何圖形轉換為頂點，從雙精度轉換為單精度時造成錯誤。 例如，使用者 可以將雙精度 Autodesk Map 檔案轉換為雙精度 GIS 工具，但是專用空間資料庫 (例如， ESRI 的空間資料庫引擎或 SDE) 則只支援整數資料儲存。 當以雙精度 CAD 圖層進行資 料擷取，並傳送至工程公司時，經常會損失精確度與正確性。 此外，工程師也可能因為來 源檔為設計圖面，而假定所得資料仍具有雙精度，更增加發生錯誤的機會。 新的整合軟體 業已克服了這些傳統 GIS 的缺陷，可以在無縫與精確資料庫環境下，同時管理 CAD 與 GIS 圖徵。 Autodesk 的精確地圖繪製與土木工程 一直以來，多數 CAD 產品都是具有廣泛基礎的技術，用於製造、建築、測量、土木工程、 以及 GIS 等各產業。 合作夥伴與使用者以 CAD 引擎為基礎，依個別需求建置業界特定 元件，但是基本 CAD 產品並未具有特定的應用目標。 1990 年代，Autodesk 認識到應該在保持 GIS 與精確 CAD 工具各自特色的同時，將二者 結合起來，使其協同流暢的工作，於是便開始建置真正的整合解決方案。 Autodesk MapTM Series (包括 Autodesk Map 軟體) 目前已推出第七版(2004)，將 GIS 功能 (多使用者編輯、 多邊形覆疊與分析、拓樸、主題地圖製作等等) 與成熟的 CAD 環境、以及 Oracle Spatial 資料庫結合了起來。 Autodesk Map 並就各 CAD 與 GIS 供應商的資料來源進行有效無縫 整合， 且未將客戶固定於與某特定資料來源。 作為一個功能強大的 GIS 工具， Autodesk Map 座處地圖製作與工程系統的交叉點， 既能兼具兩種專業系統的優勢， 又不降低原有功能性或 破壞資料完整性。 有關 Autodesk 主要精確地圖製作解決方案的詳細技術資料，請參閱白皮書破除 Autodesk GIS 的七大迷思 。 CAD 與 GIS - 主要工具，主要連結 | 7 土木工程師也可以使用整合的 Autodesk Civil Series。 Autodesk 的土木工程解決方案是將 CAD 精確工程工作 (例如，整地、道路以及水文設計) 與 GIS 的空間分析工具與資料管理整合在一處。 Autodesk 於日前完成 CAiCE 軟體 (一 個高階高速公路與運輸工程軟體套件) 之整合工作，大幅強化其土木工程解決方案。 此外， Autodesk 還提供了網路出版軟體 Autodesk MapGuide、視覺化與分析軟體 Autodesk EnvisionTM、 以及具擴充性的企業應用系統 Autodesk GIS Design Server。 所有產品均具有 保持專案流程中資料精確性的功能。 許多組織，如政府機構、城市、設計公司、公用事業公司等都需要 GIS 與工程軟體。 這 些使用者之所以選擇 Autodesk 軟體，是因為 Autodesk 熟知 CAD 與 GIS 領域，並將二 者加以整合，使組織內各部門都能進行協同作業。 Autodesk Map Series 與 Autodesk Civil Series 都是將 CAD 與 GIS 工具的傳統功能，與一 般空間管理功能加以結合。 8 | Autodesk 基礎設施解決方案 Autodesk 已經意識到： ? 使用者必須能夠建立傳統的 GIS 圖徵 (點、 線、 以及多邊形) 以及標準幾何圖形圖徵， 包括弧與圓。 ? 資料會經過測量、地圖製作、設計、建構與管理等生命週期或工作流程階段，且同一 資料會由眾多使用者以多種方法使用。 ? 資料係取自於各種不同來源，包括 CAD 與 GIS 環境、試算表、以及資料庫，再加以 整合而成。 ? CAD 工具通常是最佳的資料建立工具，因為它們能夠保證精確度，易於使用，而且熟 悉這項技術的使用者數以百萬計。 ? 不管是列印還是在 Web 上出版，設計文件都需要依使用者可預期的符號體系和外 觀，精確地呈現。 CAD 與 GIS - 主要工具，主要連結 | 9 結論 Autodesk 提供整合式 CAD 與 GIS 解決方案，滿足測量、地圖製作、土木工程、以及基 礎設施生命週期管理等需求。 這些解決方案可以在不破壞精確度與拓樸的情況下，建立、 整合、與管理 CAD 與 GIS 圖徵。 Autodesk CAD 與 GIS 解決方案支援如溫哥華市等客 戶，該市在整個城市建設過程中，完全使用 Autodesk 的土木工程、GIS 與地圖製作、以及 基礎設施管理軟體工具。 使用這些解決方案，使用者可以結合多種資料格式，並以單一方 法顯示，也可利用單一產品進行分析。 Autodesk 工具可以使用絕大多數的 CAD 與 GIS 資料格式，並盡可能減少移轉問題。 Autodesk 也與其他團隊緊密合作，支援 Open GIS Consortium (OGC) 與 LandXML 的發展， 使所建資料能夠在土地規劃、土木工程、土地測量、以及地圖製作的過程中自由交換。 使 用者不斷要求其供應商提供支援開放式系統與開放式資料格式。 這個問題