謝艾伶，楊海明，朱 熙

（1.國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶 400015）

地理國情監(jiān)測是利用現(xiàn)代測繪技術(shù)，綜合各時(shí)期已有測繪成果檔案，對地形、水系、地表覆蓋、道路、城鎮(zhèn)等要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測，并統(tǒng)計(jì)分析其變化量、變化頻率、分布特征和變化趨勢等，形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖圖形和研究報(bào)告[1,2]。

城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測是典型地理國情監(jiān)測試點(diǎn)內(nèi)容之一。近年來，面向城市擴(kuò)張監(jiān)測的城市建成區(qū)和城市用地規(guī)模變化分析等研究獲得了有益的成果[3-6]；而隨著地理國情監(jiān)測工作的開展，基于地理國情監(jiān)測的城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測也進(jìn)行了探索性的研究，為重點(diǎn)區(qū)域地理國情監(jiān)測提供了一定的示范作用[7-10]。這些研究基本都是利用多時(shí)相的遙感影像數(shù)據(jù)，借助RS、GIS技術(shù)完成城市擴(kuò)張監(jiān)測工作的，而目前以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過對比分析完成城市擴(kuò)張監(jiān)測的研究還較少。本文以充分利用各時(shí)期已有的測繪成果數(shù)據(jù)為目的，結(jié)合萬州區(qū)中心城區(qū)擴(kuò)張監(jiān)測，采用FME、RS技術(shù)來進(jìn)行多源異構(gòu)地理信息數(shù)據(jù)的快速、無損整合提取研究。

1 城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo)

1.1 研究區(qū)概況

以重慶市萬州區(qū)中心城區(qū)為研究區(qū)（見圖1）。萬州是長江十大港口之一，三峽庫區(qū)經(jīng)濟(jì)、教育、文化、交通樞紐中心。全區(qū)幅員面積3 457 km2，轄 52個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道；總?cè)丝?75萬人，城區(qū)人口80萬人，是重慶市人口最多、城市體量最大、管理單元最多的區(qū)縣，為重慶第二大城市。近年來，萬州區(qū)的城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展，城市面貌日新月異，針對萬州區(qū)中心城區(qū)開展城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測具有重要意義。

1.2 監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo)

根據(jù)萬州區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測工作的實(shí)際，確定其監(jiān)測內(nèi)容為：典型城市用地類型的變化、中心城區(qū)的建成區(qū)變化和交通路網(wǎng)的布局密度變化，監(jiān)測指標(biāo)見表1。

表1 監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo)表

參照萬州區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測的內(nèi)容和指標(biāo)，分析得出：通過對多源異構(gòu)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合研究，需獲得的整合成果包括典型城市用地、行政區(qū)劃界線、建成區(qū)、交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)和人口經(jīng)濟(jì)等專題數(shù)據(jù)。

2 多源地理信息數(shù)據(jù)整合方案

多源地理信息數(shù)據(jù)是指不同行業(yè)或部門因各自需求，在不同時(shí)間、通過不同手段，針對同一區(qū)域獲得的不同尺度的矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)[11]。集成多源地理信息數(shù)據(jù)的方法有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換法、數(shù)據(jù)互操作法和直接數(shù)據(jù)訪問法3種，都是利用GIS軟件已有功能或基于GIS軟件進(jìn)行二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)的，且都存在各自的弊端[12]。本文提出一種基于FME、RS技術(shù)實(shí)現(xiàn)多源地理信息數(shù)據(jù)整合的技術(shù)方案。

2.1 FME簡介

FME是加拿大Safe Software公司開發(fā)的海量空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，可用于讀、寫、存儲(chǔ)和各種空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。FME基于OpenGIS組織提出了新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念“語義轉(zhuǎn)換”，通過提供在轉(zhuǎn)換過程中重構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)了超過250種不同空間數(shù)據(jù)格式（模型）之間的轉(zhuǎn)換。利用FME實(shí)現(xiàn)多源地理信息數(shù)據(jù)的整合是目前最佳的選擇。

2.2 整合技術(shù)流程

通過對數(shù)據(jù)源的分析研究，采用FME、RS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了萬州區(qū)中心城區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測的多源數(shù)據(jù)整合，如圖2所示。

2.3 多源地理信息數(shù)據(jù)整合

2.3.1 數(shù)據(jù)源

以覆蓋萬州區(qū)中心城區(qū)的基礎(chǔ)測繪成果數(shù)字化地形圖和高分辨率遙感影像為數(shù)據(jù)源，包括1∶2 000 dwg格式的DLG成果，坐標(biāo)系統(tǒng)為萬州獨(dú)立坐標(biāo)系；1∶10 000 dgn格式的DLG成果，其坐標(biāo)系統(tǒng)為西安1980的3°帶坐標(biāo)系，DLG成果數(shù)據(jù)的生產(chǎn)時(shí)間為2003年；影像分辨率0.5 m的WorldView遙感影像，成像時(shí)間為2012年；從相關(guān)職能部門收集的人口、經(jīng)濟(jì)等專題數(shù)據(jù)。

2.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要針對2001年監(jiān)測年點(diǎn)的DLG成果，進(jìn)行數(shù)據(jù)范圍統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)修改完善、空間坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一、要素類型分類代碼設(shè)計(jì)等工作，其中要素類型的分類代碼參照GB/T 13923-2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》進(jìn)行編制。預(yù)處理工作是利用編寫FME方案實(shí)現(xiàn)的，下面以數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為例說明FME方案編寫工作。采用的DLG成果有2種坐標(biāo)系統(tǒng)：萬州獨(dú)立坐標(biāo)系和西安1980的3°帶坐標(biāo)系；從相關(guān)職能部門收集了2套坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的公共點(diǎn)，存為Excel格式；在FME Workbench里面編寫方案，主要采用AffineWarper（仿射變換）函數(shù)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)可存為dwg或shp文件，也可直接入庫成gdb文件，見圖3。

2.3.3 DLG數(shù)據(jù)整合提取

DLG數(shù)據(jù)整合提取的數(shù)據(jù)源為經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后的1∶2 000和1∶10 000的DLG數(shù)據(jù)，文件格式為dwg，空間參考由西安1980的1∶2 000 DLG數(shù)據(jù)整合獲得。

1）行政境界。受10 a前制圖規(guī)范、方式和表達(dá)的限制，1∶10 000 DLG成果中的行政境界線存在一定程度的跳繪、斷繪情況，導(dǎo)致其界線不連貫。提取行政界線的首要工作就是在dwg文件中把界線不連貫的地方根據(jù)相應(yīng)的要素走向進(jìn)行連接處理，然后參照圖廓間的境界、線界端注記生成文字注記，放置到相應(yīng)的政區(qū)范圍內(nèi)；再參考最新的萬州區(qū)政區(qū)和境界資料進(jìn)行更新處理，以保證其現(xiàn)勢性；最后利用FME定制方案，通過構(gòu)面、屬性掛靠處理獲得政區(qū)、境界數(shù)據(jù)。

2）典型城市用地。結(jié)合數(shù)據(jù)源的實(shí)際情況，選取的典型城市用地主要分為水系、道路、植被和居民地4大類。整合前的數(shù)據(jù)為*.dwg數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)是以多種要素的外圍線合起來表示面狀要素的，并沒有真正的面狀要素，F(xiàn)ME程序不能自動(dòng)判斷哪些要素的外圍線能構(gòu)成哪類面狀要素；對于這種合圍的面狀要素，很多地方并沒有閉合，從圖面看并不是封閉的面要素。因此，對于典型城市用地的整合提取，需對原始的*.dwg數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)面預(yù)處理。

基于AutoCAD和FME開發(fā)的典型城市用地的整合提取流程如下：①按照不同類的典型城市用地進(jìn)行分層處理，采用基于AutoCAD二次開發(fā)的構(gòu)面預(yù)處理模塊，將相關(guān)的要素外圍線提取復(fù)制到相應(yīng)圖層，對不封閉的要素需添加輔助線，保證外圍線閉合[13]；②基于FME編寫構(gòu)面提取入庫程序，并附加相關(guān)的要素屬性，將各類典型城市用地的要素結(jié)構(gòu)和要素屬性分層寫入gdb數(shù)據(jù)庫中；③在FME里面編寫要素間的拓?fù)潢P(guān)系檢查程序，包括面重疊和面縫隙檢查，并針對拓?fù)溴e(cuò)誤編寫自動(dòng)批量修改程序，對于粗差需人工干預(yù)修改。

3）建成區(qū)。嚴(yán)格參照GB/T 50280-98《城市規(guī)劃基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》中對城市建成區(qū)的定義，針對萬州區(qū)的布局特點(diǎn)，在已經(jīng)獲得的典型城市用地的基礎(chǔ)上，采用FME編寫程序進(jìn)行建成區(qū)的提?。孩僭O(shè)定面積閾值，把面積大于閾值的居民地面要素提取出來；②利用空間關(guān)系判定SpatialRelator函數(shù)把提取的居民地面相鄰的道路面提取出來；③把提取的居民地面和道路面合圍起來的水系面、植被面提取出來，但需扣除長江；④將提取后的各面要素合并，形成初始建成區(qū)，最后參照1∶2 000 DLG數(shù)據(jù)，對初始建成區(qū)進(jìn)行外圍局部修改，獲得萬州區(qū)中心城區(qū)的建成區(qū)范圍。

4）路網(wǎng)數(shù)據(jù)。為了便于城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測的交通路網(wǎng)統(tǒng)計(jì)分析，所用路網(wǎng)數(shù)據(jù)是以道路中心線表示的。路網(wǎng)數(shù)據(jù)提取也在已經(jīng)獲得的典型城市用地的基礎(chǔ)上進(jìn)行，針對其中的道路面，在FME方案中主要用CenterLineReplacer函數(shù)來提取道路面的中心線，然后進(jìn)行局部修改即可。比起直接在AutoCAD中畫道路中心線，該方法能較大幅度地縮短生產(chǎn)時(shí)間。

2.3.4 遙感影像分類提取

針對2012年的WorldView遙感影像，利用1∶10 000地形圖數(shù)據(jù)，經(jīng)過幾何精校正、影像配準(zhǔn)、圖像鑲嵌等影像預(yù)處理后，采用最大似然監(jiān)督分類方法對圖像進(jìn)行典型城市用地分類提取，同樣將地物分為水系、道路、植被和居民地，在分類提取后，再對分類結(jié)果圖像根據(jù)設(shè)定的閾值進(jìn)行小面元去除處理。最大似然監(jiān)督分類方法也是提取建成區(qū)的另一有效手段，針對0.5 m分辨率的WorldView影像，其提取精度較高。對于路網(wǎng)數(shù)據(jù)，同樣采用FME編寫程序，在基于影像分類獲得的典型城市用地中的道路面的基礎(chǔ)上提取道路中心線而來。

2.3.5 專題數(shù)據(jù)整合

基于萬州區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測的內(nèi)容和指標(biāo)，針對收集的人口、經(jīng)濟(jì)等專題數(shù)據(jù)，采用FME定制程序，建立空間匹配模型，實(shí)現(xiàn)面、線狀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的空間化，對于點(diǎn)狀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的地理編碼和地物編碼，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的空間化；針對需要和區(qū)縣級行政區(qū)劃、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)劃進(jìn)行整合分析的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過疊加分析和屬性掛接來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合；對專題空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一和實(shí)體化整合，并制定空間統(tǒng)一要素編碼，實(shí)現(xiàn)要素一致性管理。

2.3.6 數(shù)據(jù)入庫與管理

采用FME定制方案，將DLG數(shù)據(jù)整合提取成果數(shù)據(jù)、遙感影像分類提取成果數(shù)據(jù)、整合后的專題數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)庫入庫要求，完成數(shù)據(jù)入庫工作，分別形成gdb格式的本底數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和專題數(shù)據(jù)庫，2個(gè)監(jiān)測年點(diǎn)的建成區(qū)如圖4、圖5所示；并采用Oracle數(shù)據(jù)庫和ArcSDE集中統(tǒng)一管理各成果數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)利用的效率。

3 結(jié) 語

結(jié)合萬州區(qū)中心城區(qū)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程監(jiān)測，利用FME具有的可快速處理多源和海量地理信息數(shù)據(jù)、能定制重復(fù)利用的程序方案等特性和先進(jìn)的遙感圖像處理技術(shù)，簡要介紹了多源異構(gòu)地理信息數(shù)據(jù)的整合提取方案和技術(shù)流程。研究表明，該整合提取方法是一種高效實(shí)用的數(shù)據(jù)處理方法，可為典型地理國情監(jiān)測提供多源異構(gòu)地理國情信息整合方面的技術(shù)支持，有效推進(jìn)地理國情監(jiān)測事業(yè)的發(fā)展。

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