1 绪论
1.1 论文研究背景及意义
CAD 技术在我国只发展了几十年，相对其它国家起步较晚[1]，但是随着现代化的进步与发展，计算机辅助设计方法在工程图纸、仿真、教育等方面已经得到了推广与应用，CAD 技术也在迅速发展并逐渐趋向成熟。CAD 技术是一项通过计算机图形显示设备和图形理论为基础相结合的综合性技术。同时，它也是一个国家信息化水平的重要标志，在国内外发起一场产品制造和工程设计的新技术革命[2]。作为一个农业大国，在农业科学的研究和发展过程中，我国各专业的技术人员都积极主动地投入到农业行业中，希望能够合理、有效、直观地表达农业信息，对电子文件信息能够进行科学有效的管理[3],以高科技手段将我国繁琐的手工获取数据和低效率的农业管理提升到直观、方便的信息管理和分析阶段。
1.1 论文研究背景及意义
CAD 技术在我国只发展了几十年，相对其它国家起步较晚[1]，但是随着现代化的进步与发展，计算机辅助设计方法在工程图纸、仿真、教育等方面已经得到了推广与应用，CAD 技术也在迅速发展并逐渐趋向成熟。CAD 技术是一项通过计算机图形显示设备和图形理论为基础相结合的综合性技术。同时，它也是一个国家信息化水平的重要标志，在国内外发起一场产品制造和工程设计的新技术革命[2]。作为一个农业大国，在农业科学的研究和发展过程中，我国各专业的技术人员都积极主动地投入到农业行业中，希望能够合理、有效、直观地表达农业信息，对电子文件信息能够进行科学有效的管理[3],以高科技手段将我国繁琐的手工获取数据和低效率的农业管理提升到直观、方便的信息管理和分析阶段。
随着 CAD 应用的逐步加深，出现了 CAD 图纸中零件图形显示的真实感与实际需求不符的问题。该问题不仅影响到对 CAD 文件结构与数据的理解与分析，甚至影响到图形零件是否可以满足实际的表达要求。在实际工作中，由于没有统一的数据格式标准，文件图形存储的格式有各自的独特性。例如使用 AutoCAD 软件，绘制后一般都会将图纸文件保存为 DWG，DWG 是一种经过加密的、不对外开放的二进制文件，实现对 DWG文件读写的工作较为繁杂。会影响及时对设计结果是否具有合理性而做出的修改[2]，同时也无法查看 CAD 文件中图层信息，无法根据需求选择图层进行可视化。
AutoCAD 另外一种主要的图形格式为 DXF 文件，DXF 文件是由 AutoCAD 所提供的图形交换格式（Drawing Interchange Format）。包含着全部的几何图形以及非图形类的描述性信息，并且这些信息被分为对应的各个部分，匹配成数据对。再由“组码”和与组码相关的“组值”根据组代码在前，组值在后等特定的格式构造而成。简单易读、应用广泛。
数据可视化是基于计算机的相关技术，用来改变传统的数据可视化的表达方式，以图形或图像更生动和可接受的形式向用户展示数据。使用更加成熟和完善的可视化方式，可以更方便、直观地观察、分析和总结数据，从而帮助相关工作人员可以更有效率地对数据进行分析和处理。
AutoCAD 另外一种主要的图形格式为 DXF 文件，DXF 文件是由 AutoCAD 所提供的图形交换格式（Drawing Interchange Format）。包含着全部的几何图形以及非图形类的描述性信息，并且这些信息被分为对应的各个部分，匹配成数据对。再由“组码”和与组码相关的“组值”根据组代码在前，组值在后等特定的格式构造而成。简单易读、应用广泛。
数据可视化是基于计算机的相关技术，用来改变传统的数据可视化的表达方式，以图形或图像更生动和可接受的形式向用户展示数据。使用更加成熟和完善的可视化方式，可以更方便、直观地观察、分析和总结数据，从而帮助相关工作人员可以更有效率地对数据进行分析和处理。
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1.2 研究现状及发展趋势
本文所研究的对象是 DXF 文件和 WebGIS 可视化。在研究过程中，参考了一些 DXF文件介绍、SVG 格式的介绍、WebGIS 开发架构以及地图可视化的设计方案。
CAD 系统中的核心主要就是类似于高华 CAD、PICAD （我国自主研发）、Auto CAD（由美国 Auto Ded 公司开发）等这些常用的 CAD 软件[1]。CAD 主要图形格式为 DWG和 DXF，CAD 中 DXF的格式是可以用于 CAD 系列软件之外的软件通用格式。由于 DWG格式，是 AutoCAD 的专用格式，
本文所研究的对象是 DXF 文件和 WebGIS 可视化。在研究过程中，参考了一些 DXF文件介绍、SVG 格式的介绍、WebGIS 开发架构以及地图可视化的设计方案。
CAD 系统中的核心主要就是类似于高华 CAD、PICAD （我国自主研发）、Auto CAD（由美国 Auto Ded 公司开发）等这些常用的 CAD 软件[1]。CAD 主要图形格式为 DWG和 DXF，CAD 中 DXF的格式是可以用于 CAD 系列软件之外的软件通用格式。由于 DWG格式，是 AutoCAD 的专用格式，
AutoCAD 公司至今未公开 DWG 的文件格式，具有一定的保密性。DXF 是 AutoCAD 提供的图形交换格式，它以 ASCII 码格式存储文件。作为 AutoCAD 的图形文件交换格式，特点是体积小、兼容度高、可以用记事本编辑、简单易读、应用广泛、常常被用作二维数据源。想要了解 CAD 文件的数据内容，研究 DXF是当前趋势。现在国外对 DWG 格式的研究也有很多，Open SDWG 协会的 ODT（Open Document Text）开放文档格式软件包应用比较广泛，为会员提供了丰富的操作 DWG 文件的功能，在非盈利条件下可以免费使用[5]。并且 Mohammad T. Hayasi [6]等人针对 DXF文件模型提取了特征图素。Emad S. Abouel Nasr[7]等人提出了读取 CAD 系统中图元的方法。Sukimin Z [8]等人针对 DXF 文件格式实现了模型的真实感显示。
随着测量技术的进步、工程难度的增加和工程规模扩大，以及可视化开发中数据文件和数据量的不断增长，导致处理的工作越来越复杂。所以，研究数据文件和开发平台之间的数据接口，因为可以缩 s 短开发周期日益彰显出其必要性。
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2系统的分析与设计
2.1系统可行性分析
系统的可行性分析是必要的，因为经过分析可以明确本系统开发的必要性以及可执行性。在系统的开发前，从对相关技术和相关文件格式的了解以及客户需求出发，在本章节中我们将主要讨论系统实施的可行性，主要从三方面进行分析和介绍。
2.1.1操作可行性
DXF 文件作为本项目的数据源，可以通过两种方式来获取数据。一种是直接分析DXF 文件，进行数据读取；另一种是将 DXF 文件转换成 SVG 格式，分析 SVG 格式进行数据获取。高德地图开放平台为本系统提供地理信息服务，可以直接引用 API 获取相应的服务。并且提供的多种功能服务是免费的，满足本项目的需求，不会涉及法律问题。系统的运作是可行的。
2.1.2技术可行性
高德地图 API 提供了 Web 地理信息服务，并且高德地图开放平台有比较齐全和完善的 API 开发文档、示例，也有相关的问题说明。用户界面比较友好，操作简单直观，能够清晰明了地掌握高德地图开放平台的使用方法，给开发用户提供了很好的技术支持。DXF 和 SVG 格式都有详细的相关说明，提供了很好的参考，WebGIS 架构目前正属于比较热门的研究趋势，相关研究论文较多。
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2系统的分析与设计
2.1系统可行性分析
系统的可行性分析是必要的，因为经过分析可以明确本系统开发的必要性以及可执行性。在系统的开发前，从对相关技术和相关文件格式的了解以及客户需求出发，在本章节中我们将主要讨论系统实施的可行性，主要从三方面进行分析和介绍。
2.1.1操作可行性
DXF 文件作为本项目的数据源，可以通过两种方式来获取数据。一种是直接分析DXF 文件，进行数据读取；另一种是将 DXF 文件转换成 SVG 格式，分析 SVG 格式进行数据获取。高德地图开放平台为本系统提供地理信息服务，可以直接引用 API 获取相应的服务。并且提供的多种功能服务是免费的，满足本项目的需求，不会涉及法律问题。系统的运作是可行的。
2.1.2技术可行性
高德地图 API 提供了 Web 地理信息服务，并且高德地图开放平台有比较齐全和完善的 API 开发文档、示例，也有相关的问题说明。用户界面比较友好，操作简单直观，能够清晰明了地掌握高德地图开放平台的使用方法，给开发用户提供了很好的技术支持。DXF 和 SVG 格式都有详细的相关说明，提供了很好的参考，WebGIS 架构目前正属于比较热门的研究趋势，相关研究论文较多。
2.1.3经济可行性
WebGIS 的可视化系统属于开源系统，要求环境比较简单。在开发过程中都采用免费的开源软件，高德地图 API 免费提供在线的地图以及其他服务；并且本系统节省了大量的人工获取数据的成本；运用于精准灌溉后还可节省人工监控农场的成本。因此从经济角度分析，基于 API 的 WebGIS 可视化系统是可行的。
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2.2系统的需求分析
2.2.1功能需求
随着信息技术的不断普及，传统的基于纸质 CAD 图的农场数据的查看，已经无法满足用户的实际需求，对农场数据信息无法直接获取和直观分析。精准农业灌溉技术主要是通过智能现代化技术获取农作物所需要的生长环境，并且通过智能监控等计算机手段从土壤墒情、气候等方面获取农作物生长发育状态。根据获取的监控信息，采用精准的灌溉设施对农作物进行浇灌。以满足作物在生长过程中的需求，从而实现实现节水、高产等特性的农业灌溉系统[20]。
在本系统中，是以 DXF 农场图为例进行分析。农场图主要由地块边界、地块分区、主管道、给水栓、排气阀和泵等组成，如表 3.1 所示，详细介绍了图 3.1 中信息。在图3.1 中，地块边界在最底层、地块分区覆盖于地块边界上。
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3 系统的分析与设计 ................................ 17
WebGIS 的可视化系统属于开源系统，要求环境比较简单。在开发过程中都采用免费的开源软件，高德地图 API 免费提供在线的地图以及其他服务；并且本系统节省了大量的人工获取数据的成本；运用于精准灌溉后还可节省人工监控农场的成本。因此从经济角度分析，基于 API 的 WebGIS 可视化系统是可行的。
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2.2系统的需求分析
2.2.1功能需求
随着信息技术的不断普及，传统的基于纸质 CAD 图的农场数据的查看，已经无法满足用户的实际需求，对农场数据信息无法直接获取和直观分析。精准农业灌溉技术主要是通过智能现代化技术获取农作物所需要的生长环境，并且通过智能监控等计算机手段从土壤墒情、气候等方面获取农作物生长发育状态。根据获取的监控信息，采用精准的灌溉设施对农作物进行浇灌。以满足作物在生长过程中的需求，从而实现实现节水、高产等特性的农业灌溉系统[20]。
在本系统中，是以 DXF 农场图为例进行分析。农场图主要由地块边界、地块分区、主管道、给水栓、排气阀和泵等组成，如表 3.1 所示，详细介绍了图 3.1 中信息。在图3.1 中，地块边界在最底层、地块分区覆盖于地块边界上。
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3 系统的分析与设计 ................................ 17
3.1.1 操作可行性 ..................................... 17
3.1.2 技术可行性 .................................... 17
4 详细设计 ................................ 29
4.1 AutoCAD 简介................................. 29
4.1.1 DXF 文件简介 .................................... 29
4.1.2 图层的概念 .................................. 29
5 WebGIS 可视化系统的实现 ...................................... 49
5.1 登录分析以及实现 .................................... 49
5.2 高德地图 API 权限获取 .............................. 50
5.3 地图加载以及部分 GIS 操作功能实现 ............................ 51
5 WebGIS 可视化系统的实现
5.1 登录分析以及实现
基于 DXF 数据源的 WebGIS 可视化系统主要提供了 DXF 数据的自动获取，地图以及覆盖物的操作等功能。本章主要介绍地图以及覆盖物操作功能的实现，比如：模拟故障滴灌阀的识别、信息窗体展示详细信息、灌溉水流的视觉效果等。在本系统中选取高德地图作为底图背景，将农场数据信息通过高德开放平台提供的覆盖物可视化在地图上。用户登录页面如图 5.1 所示。
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6 结论与展望
6.1 研究成果
（1）分析 DXF 格式和 SVG 格式的农场图的数据存储结构、绘制方法。并和相关领域专家对 DXF 图的的识别研究进行结合，描述了通过两种方式对 DXF 农场图数据的获取过程。
（2）为了方便人工对图层进行分类，研究提取的农场图中图元之间的关联。探索研究了相关数据挖掘算法，选取关联规则算法对获取到的 DXF 数据进行分析，挖掘出了 DXF 农场图中图元之间的关联规则。
（3）结合客户需求，方便管理农场，直观获取农场信息。将 DXF 农场数据结合WebGIS 更直观展示农场图，研究选取免费开源的地图服务平台并实现 WebGIS 可视化系统。
本论文的研究内容主要解决了 CAD 数据获取的复杂性。并根据需求，从直观查看DXF 农场图和农场图中图层的信息两个需求出发，提出了两种数据获取方式。CAD 图和 GIS 的结合更直观、清晰地展现了 CAD 农场图，可以实时显示农场的状态信息。
参考文献（略）