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# 操作指南：从 CAD 图纸生成 airport_roads.yaml 配置文件
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## 1. 目标与挑战
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本指南旨在说明如何使用免费开源的 GIS 软件 QGIS，从机场的 CAD 工程图纸（通常使用局部坐标系）生成包含精确地理坐标（经纬度，WGS84）的 `airport_roads.yaml` 配置文件，以供应用程序使用。
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主要挑战在于将 CAD 的局部坐标系转换为标准的 WGS84 地理坐标系，这需要准确的地理参考信息。
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## 2. 准备工作
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在开始之前，请确保你拥有：
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* **QGIS 软件**: 从 [QGIS 官网](https://qgis.org/) 下载并安装最新稳定版。
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* **机场 CAD 图纸**: `.dwg` 或 `.dxf` 格式的文件。最好是包含清晰道路中心线的版本。
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* **地面控制点 (GCPs - Ground Control Points)**: **这是最关键的部分！** 你需要获取 CAD 图上至少 3-4 个（越多越好，分布越均匀越好）易于识别的点（如建筑角点、跑道端点、特定标记）的**精确真实世界地理坐标**。坐标可以是：
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* **经纬度 (WGS84)**: 例如 `[经度 113.12345, 纬度 22.54321]`
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* **投影坐标**: 例如 UTM 坐标，并清楚知道其对应的区域和基准面。
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* 获取方式：可能来自现场 GPS 测量、官方测绘数据、高精度卫星地图的比对等。**控制点的精度直接决定了最终结果的精度。**
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## 3. QGIS 安装
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访问 [QGIS 官网](https://qgis.org/)，根据你的操作系统下载并安装 QGIS Desktop。
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## 4. CAD 文件准备（可选但推荐）
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为了简化后续操作，建议在 CAD 软件中：
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* 清理图纸，只保留必要的图层，尤其是**道路中心线**图层和用于**地理配准的参考点**所在图层。
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* 确保道路中心线是连接良好的线段 (Polyline)。
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* 如果可能，将文件另存为较旧版本的 `.dxf` 格式，有时兼容性更好。
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## 5. 导入 CAD 文件到 QGIS
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1. 打开 QGIS。
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2. 通过菜单 `图层 (Layer)` -> `添加图层 (Add Layer)` -> `添加矢量图层 (Add Vector Layer...)` 打开数据源管理器。
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3. 在 `矢量 (Vector)` 选项卡中，选择 `文件 (File)` 类型。
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4. 点击 `源 (Source)` 旁边的 `...` 按钮，浏览并选择你的 `.dxf` 或 `.dwg` 文件。
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5. 点击 `添加 (Add)`。QGIS 可能会询问要导入哪些图层（如果 CAD 文件包含多个图层），选择包含道路中心线和参考点的图层。
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6. 关闭数据源管理器。你现在应该能在 QGIS 地图中看到 CAD 图纸的内容。此时，它的坐标系还是未知的或局部的。
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## 6. 地理配准 (Georeferencing)
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这是将 CAD 局部坐标转换为地理坐标的关键步骤。
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1. **打开地理配准器**: 通过菜单 `图层 (Layer)` -> `地理配准器 (Georeferencer...)` 打开工具。
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2. **加载 CAD 图层**: 在地理配准器窗口中，点击 `打开栅格 (Open Raster)` 按钮（虽然 CAD 是矢量，但通常在此工具中作为背景加载）。选择你刚刚导入到 QGIS 主窗口中的 CAD 图层。（如果无法直接加载矢量，可能需要先将 CAD 图层导出为图像格式如 TIFF，再加载该图像进行配准，但这会损失矢量特性，优先尝试直接加载）。
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* *备选方案*：如果直接加载 CAD 困难，可以在 QGIS 主窗口将 CAD 图层导出为高分辨率图像（`项目` -> `导入/导出` -> `导出地图为图像`），然后在地理配准器中加载该图像。
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3. **添加地面控制点 (GCPs)**:
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* 在地理配准器地图窗口中，找到你的第一个已知控制点（例如，某个建筑的角点）。
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* 使用工具栏上的 `添加点 (Add Point)` 工具，在图上精确点击该点。
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* 会弹出一个 `输入地图坐标 (Enter map coordinates)` 的对话框。**不要输入** X/Y 坐标（那是源坐标，让 QGIS 自动获取），而是点击 `来自地图画布 (From map canvas)`（如果你的控制点在另一地图层可见）或**手动输入该点的真实世界坐标**（经度 Longitude 对应 X，纬度 Latitude 对应 Y）。**确保输入的是 WGS84 经纬度坐标！** 点击 `确定 (OK)`。
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* 该控制点会出现在下方的 GCP 表中。
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* 重复此过程，为所有已知的控制点添加映射关系（至少 3 个，推荐 4 个以上，分布均匀）。GCP 表中的 `dX`, `dY` 和 `残差 (Residual)` 列可以帮助判断点的精度，残差值越小越好。
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4. **设置变换参数**:
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* 点击工具栏上的 `变换设置 (Transformation settings)` 按钮（黄色齿轮图标）。
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* **变换类型 (Transformation type)**: 根据控制点数量和分布选择。`线性 (Linear)` 适用于只有少数点或简单变换；`Helmert` 或 `多项式1/2/3 (Polynomial 1/2/3)` 更常用，能处理更复杂的形变。`薄板样条 (Thin Plate Spline)` 适用于需要局部精确变形的情况。可以先尝试 `多项式 1` 或 `2`。
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* **重采样方法 (Resampling method)**: 如果是基于栅格配准，选 `最近邻 (Nearest neighbour)`。
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* **目标坐标系 (Target CRS)**: **极其重要！** 点击 `选择 CRS (Select CRS)` 按钮，搜索并选择 `WGS 84` (其 EPSG 代码通常是 **4326**)。
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* **输出栅格 (Output raster)**: 指定配准后文件的保存位置和名称。建议保存为 GeoPackage (`.gpkg`) 或 GeoTIFF (`.tif`) 格式。
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* 勾选 `完成后在 QGIS 中加载 (Load in QGIS when done)`。
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* 点击 `确定 (OK)`。
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5. **执行地理配准**: 点击工具栏上的 `开始地理配准 (Start Georeferencing)` 按钮（绿色播放图标）。
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6. 配准完成后，关闭地理配准器。新的、已地理配准的图层会添加到 QGIS 主窗口。你可以通过添加一个在线地图背景（如 OpenStreetMap）来验证配准效果是否准确。
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## 7. 数字化道路中心线
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现在，以地理配准后的图层为底图，绘制道路中心线并添加属性。
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1. **创建新图层**:
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* 菜单 `图层 (Layer)` -> `创建图层 (Create Layer)` -> `新建 GeoPackage 图层 (New GeoPackage Layer...)` (推荐) 或 `新建 Shapefile 图层 (New Shapefile Layer...)`。
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* **文件名**: 指定保存位置和文件名，例如 `airport_roads.gpkg`。
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* **图层名称**: 例如 `roads_centerline`。
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* **几何图形类型**: 选择 `线串 (LineString)` 或 `多段线 (MultiLineString)`。
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* **坐标系**: **必须选择 WGS 84 (EPSG:4326)**。
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* **定义属性字段**: 在 `新建字段 (New Field)` 部分，根据 `airport_roads.yaml` 的结构添加所需的字段。例如：
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* `road_id` (类型: 文本 Text/String)
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* `name` (类型: 文本 Text/String)
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* `width_value` (类型: 十进制数 Decimal/Real)
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* `width_unit` (类型: 文本 Text/String, 默认值可设为 'm')
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* `speed_limit_value` (类型: 整数 Integer 或 十进制数 Decimal)
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* `speed_limit_unit` (类型: 文本 Text/String, 默认值可设为 'km/h')
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* `directionality` (类型: 文本 Text/String)
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* `prohibited` (类型: 布尔 Boolean 或 整数 Integer 0/1)
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* `height_limit_value` (类型: 十进制数 Decimal)
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* `height_limit_unit` (类型: 文本 Text/String, 默认值 'm')
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* `width_limit_value` (类型: 十进制数 Decimal)
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* `width_limit_unit` (类型: 文本 Text/String, 默认值 'm')
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* `related_zones` (类型: 文本 Text/String, 用于存储关联区域 ID 列表，可能需要后续处理)
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* 点击 `添加到字段列表 (Add to Fields List)` 添加每个字段。
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* 点击 `确定 (OK)` 创建图层。
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2. **开始编辑**:
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* 在 `图层 (Layers)` 面板中选中新建的 `roads_centerline` 图层。
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* 点击工具栏上的 `切换编辑模式 (Toggle Editing)` 按钮（铅笔图标）。
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* 点击 `添加线要素 (Add Line Feature)` 按钮（带绿色加号的线图标）。
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3. **绘制道路**:
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* 将鼠标移动到地理配准后的底图上，沿着一条道路的中心线开始点击。
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* **左键单击** 添加顶点。对于**曲线**，需要**密集地添加顶点**来近似。
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* 完成一条道路的绘制后，**右键单击** 结束绘制。
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4. **填充属性**:
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* 右键单击结束绘制后，会弹出一个属性表单窗口。
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* 为刚刚绘制的道路填入对应的属性值（`road_id`, `name`, `width_value` 等）。
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* 点击 `确定 (OK)`。
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* 重复步骤 3 和 4，绘制并录入所有需要的道路。
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5. **保存编辑**: 完成绘制后，再次点击 `切换编辑模式 (Toggle Editing)` 按钮，并在提示时选择 `保存 (Save)`。
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## 8. 导出数字化道路为 GeoJSON
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GeoJSON 是易于程序处理的格式。
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1. 在 `图层 (Layers)` 面板中，右键单击 `roads_centerline` 图层。
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2. 选择 `导出 (Export)` -> `要素另存为... (Save Features As...)`。
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3. **格式**: 选择 `GeoJSON`。
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4. **文件名**: 指定导出的 GeoJSON 文件名和保存位置，例如 `airport_roads.geojson`。
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5. **坐标系 (CRS)**: 确保选择的是 `WGS 84 (EPSG:4326)`。
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6. **导出字段**: 确保所有需要的属性字段都被勾选导出。
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7. **几何图形**: 可以设置坐标精度（小数位数），根据需要调整。
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8. 点击 `确定 (OK)`。
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## 9. 从 GeoJSON 生成 YAML
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现在你有了一个包含所有道路几何和属性的 GeoJSON 文件。你需要编写一个脚本（例如 Python）来将其转换为 `airport_roads.yaml` 格式。
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**脚本逻辑概要 (以 Python 为例):**
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```python
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import json
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import yaml # 需要安装 PyYAML: pip install pyyaml
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geojson_file = 'airport_roads.geojson'
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yaml_file = 'src/main/resources/config/airport_roads.yaml' # 目标路径
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output_data = {
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'airport_code': 'XYZ', # 或者从其他地方获取
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'roads': []
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}
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with open(geojson_file, 'r', encoding='utf-8') as f:
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geojson_data = json.load(f)
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for feature in geojson_data['features']:
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props = feature['properties']
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coords = feature['geometry']['coordinates']
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road_entry = {
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'id': props.get('road_id'),
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'name': props.get('name'),
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'geometry': {
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'type': 'LineString',
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'coordinates': coords # GeoJSON 的坐标列表可以直接用
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},
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'width': {
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'value': props.get('width_value'),
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'unit': props.get('width_unit', 'm')
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},
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'speed_limit': {
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'value': props.get('speed_limit_value'),
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'unit': props.get('speed_limit_unit', 'km/h')
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},
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'directionality': props.get('directionality'),
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# ... 其他字段类似处理 ...
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# 注意处理 None 或缺失值，以及数据类型转换
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'prohibited': bool(props.get('prohibited', False)), # 示例：处理布尔值
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# height_limit, width_limit 需要判断值是否存在再添加
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# related_zones 可能需要特殊处理，例如如果 GeoJSON 里是逗号分隔字符串，这里要转成列表
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}
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# 添加可选字段
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if props.get('height_limit_value') is not None:
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road_entry['height_limit'] = {
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'value': props.get('height_limit_value'),
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'unit': props.get('height_limit_unit', 'm')
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}
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if props.get('width_limit_value') is not None:
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road_entry['width_limit'] = {
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'value': props.get('width_limit_value'),
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'unit': props.get('width_limit_unit', 'm')
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||
}
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if props.get('related_zones'):
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# 假设 related_zones 在 QGIS 中是以逗号分隔的字符串输入的
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related_zones_list = [zone.strip() for zone in props.get('related_zones').split(',')]
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road_entry['related_zones'] = related_zones_list
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output_data['roads'].append(road_entry)
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# 写入 YAML 文件
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with open(yaml_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
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yaml.dump(output_data, f, allow_unicode=True, default_flow_style=False, sort_keys=False)
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print(f"YAML 文件已生成: {yaml_file}")
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```
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你需要根据你在 QGIS 中定义的实际字段名和数据类型来调整脚本。
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## 10. 总结
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通过以上步骤，你可以将 CAD 图纸中的道路信息转换为包含精确地理坐标的 YAML 配置文件。关键在于获取准确的地面控制点 (GCPs) 以及在 QGIS 中细致地完成地理配准和数字化工作。这个过程可能比较耗时，但能确保配置数据的质量。 |