余詠勝，王厚之，朱傳勇，秦思嫻

(武漢市測繪研究院，湖北武漢430022)

一、引 言

地理國情普查是綜合利用現(xiàn)代測繪技術(shù)和已有測繪成果，對地形、交通、水系和地表覆蓋等要素進行全面普查。地表覆蓋分類要素提取工作是地理國情普查的基礎(chǔ)，是全面獲取地理國情信息，掌握地表自然、生態(tài)及人類活動基本情況的重要手段，也是地理國情指標信息統(tǒng)計與發(fā)布的重要依據(jù)。武漢市于2013年啟動第一次地理國情普查及地表覆蓋要素分類等相關(guān)工作，為提高地理國情普查的工作效率，改善現(xiàn)有地表覆蓋分類和解譯方式的不足，縮短作業(yè)周期，本文采用空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)(feature manipulate engineering，F(xiàn)ME)對地表覆蓋分類提取技術(shù)進行了研究和探討。

二、問題分析

武漢市地理國情普查地表覆蓋要素分類和提取工作主要以高分辨率航空數(shù)字正射影像圖為基礎(chǔ)資料進行處理。由于航空影像成果不具備遙感影像自動分類解譯所需的波譜信息，在實際生產(chǎn)中常采用大比例尺地形圖數(shù)據(jù)輔助要素分類的方式來處理。

相對于GIS軟件，AutoCAD系統(tǒng)具有強大的平面圖形編輯功能，工具間切換速度快，捕捉和取點方便，進行地表覆蓋分類數(shù)據(jù)編輯效率較高，但進行多邊形構(gòu)面生成分類圖斑、要素拓撲檢查及圖形和屬性關(guān)聯(lián)等GIS操作時一般需要將DWG數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換至ArcGIS環(huán)境下處理，發(fā)現(xiàn)的問題和錯誤在AutoCAD環(huán)境下編輯和修改時往往需重新定位;不同系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換時，部分圖形或?qū)傩孕畔?如DWG文件的圖層、文字注記等)會發(fā)生變化或丟失;通過ArcGIS的矢量坐標轉(zhuǎn)換工具Project和柵格坐標轉(zhuǎn)換工具Warp From File對分類成果和影像資料進行坐標轉(zhuǎn)換時，難以實現(xiàn)批量化處理。FME可以實現(xiàn)各類GIS及CAD格式數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可通過腳本及批處理模式高效運行。采用FME對地表覆蓋分類數(shù)據(jù)進行編輯和檢查，以及分類成果的坐標轉(zhuǎn)換，綜合TCL腳本語言和命令行批處理方式對數(shù)據(jù)處理進行優(yōu)化，可提高分類要素處理的效率、準確性和適用性。

三、地表覆蓋分類要素的處理

1.地表覆蓋分類數(shù)據(jù)處理流程

地理國情普查地表覆蓋分類要素的提取工作是以高分辨率航空數(shù)字正射影像圖為主要數(shù)據(jù)源，在矢量和柵格數(shù)據(jù)疊加處理的基礎(chǔ)上，采用人機交互的方式進行地表覆蓋分類信息的判讀、解譯，完成植被、房屋建筑、道路、水系及裸露地表等信息的提取，然后對分類提取的數(shù)據(jù)進行空間圖形檢查編輯、屬性信息檢查編輯，形成地表覆蓋分類初步成果，并以此為基礎(chǔ)制作外業(yè)調(diào)查工作底圖。通過實地核查對內(nèi)業(yè)無法準確判讀和解譯的區(qū)域進行補充，對新增和變化區(qū)域進行補調(diào)，同時完成所有識別的地表覆蓋類型的遙感解譯樣本采集工作。基于外業(yè)調(diào)查成果，對地表覆蓋分類數(shù)據(jù)進行編輯修改、拓撲檢查及入庫、坐標轉(zhuǎn)換等相關(guān)工作，形成滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)定要求的地理國情普查地表覆蓋分類成果。地表覆蓋分類數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 地表覆蓋分類要素處理流程

2.地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的檢查與編輯

地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的檢查修改工作貫穿于地表覆蓋分類作業(yè)的全過程。數(shù)據(jù)檢查修改工作包括圖形檢查編輯、屬性檢查編輯及入庫前的檢查編輯工作，根據(jù)實際工作的需要，各檢查內(nèi)容之間也可以相互重疊和嵌套，其核心檢查內(nèi)容為圖形檢查編輯和屬性檢查編輯。

(1)圖形檢查編輯

圖形檢查和編輯工作是地表覆蓋分類數(shù)據(jù)檢查的核心內(nèi)容之一，其主要工作是分類圖斑的生成和圖斑要素的拓撲檢查。在AutoCAD中對高分辨率影像進行地表覆蓋的人工判讀解譯分類，通常采用線狀要素描繪分類圖斑的邊線，構(gòu)面檢查處理時通常需要剔除微短線、融合微小面，處理自相交、互相交線要素及重復線要素，去除懸掛線、生成封閉面，合理生成島面、環(huán)面，以及對接邊區(qū)域的縫隙、壓蓋進行處理。圖形要素檢查一般通過TopologyBuilder、AreaBuilder等轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，未構(gòu)面要素將轉(zhuǎn)換至不同圖層，便于返回AutoCAD中編輯修改。

圖2 地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的檢查編輯模型

(2)屬性檢查編輯

地表覆蓋分類的屬性項包含地理國情信息分類碼(CC字段)和生產(chǎn)標記信息(TAG字段)，在Auto-CAD中進行地表覆蓋分類要素的屬性標注時，通常以TXT文本注記方式來表達CC代碼，對于內(nèi)業(yè)判讀存在疑問無法確定覆蓋類型的圖斑以特殊代碼標識，TAG字段通過CC代碼狀態(tài)賦值。分類圖斑和屬性關(guān)聯(lián)通過PointOnAreaOverlayer轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，沒有關(guān)聯(lián)屬性的或關(guān)聯(lián)數(shù)量超過1個以上的問題圖斑作為錯誤標記;關(guān)聯(lián)的屬性代碼超過CC代碼的值域范圍且不屬于無法確定覆蓋類型的圖斑作為錯誤標記。實際處理中通常需要AttributeValueMapper轉(zhuǎn)換器將CC代碼和分類要素類別進行屬性映射，以方便數(shù)據(jù)的核查，該映射字段應在成果數(shù)據(jù)入庫前刪除。

(3)入庫前檢查

入庫前檢查主要包括地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的整體完整性檢查、標準正確性檢查及數(shù)據(jù)規(guī)范性檢查。成果數(shù)據(jù)整體完整性檢查根據(jù)地理國情普查相關(guān)技術(shù)規(guī)定，檢查數(shù)據(jù)的目錄結(jié)構(gòu)組織、文件命名、數(shù)據(jù)分層是否正確，數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性、數(shù)據(jù)源時點和普查完成時點根據(jù)實際情況進行控制，數(shù)據(jù)的空間坐標系、投影方式及分幅選擇是否正確，分類成果的范圍與區(qū)級行政界線、市級行政界線是否符合。標準的正確性檢查主要是分類要素屬性是否有多余和遺漏，元數(shù)據(jù)是否有多余和遺漏，分類要素的編碼是否滿足規(guī)范要求，必填屬性字段(CC代碼)是否存在空值，生產(chǎn)標記信息是否符合相關(guān)要求。數(shù)據(jù)的規(guī)范性檢查則涵蓋圖形檢查編輯和屬性檢查編輯的全過程。地表覆蓋分類數(shù)據(jù)檢查處理的主要工作可以在FME環(huán)境下通過數(shù)據(jù)處理模型完成，其模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在圖2地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的檢查編輯模型中，由于該項工作不是成果的最終檢查和數(shù)據(jù)質(zhì)量的等級評定，因此模型中側(cè)重于錯誤的發(fā)現(xiàn)和標識，其檢查結(jié)果不以統(tǒng)計報表方式展示，而是將錯誤部分轉(zhuǎn)換至指定圖層或輸出至Inspector查看器以便對數(shù)據(jù)進行編輯和修改。

3.地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換

根據(jù)地理國情普查成果匯交要求，地表覆蓋分類成果數(shù)據(jù)需采用CGCS2000國家大地坐標系，實際生產(chǎn)中采用的坐標系為1954北京坐標系，為此需要進行地表覆蓋分類相關(guān)數(shù)據(jù)的坐標系轉(zhuǎn)換工作。相對其他軟件，F(xiàn)ME支持多種不同數(shù)據(jù)格式的坐標轉(zhuǎn)換，可以通過坐標系間的七參數(shù)進行坐標轉(zhuǎn)換，也可以坐標格網(wǎng)的偏移參數(shù)通過仿射變換進行轉(zhuǎn)換。根據(jù)實際需要，本文采用AffineWarper轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)1954北京坐標系和2000國家大地坐標系之間的轉(zhuǎn)換。

進行地表覆蓋數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換之前，應先根據(jù)坐標格網(wǎng)的偏移值生成控制線文件，可以通過VertexCreator轉(zhuǎn)換器以坐標展點連線方式生成，控制線生成后可作為坐標轉(zhuǎn)換的基準數(shù)據(jù)直接應用于AffineWarper轉(zhuǎn)換器，矢量數(shù)據(jù)載入時通常需要通過Affine轉(zhuǎn)換器對坐標進行平移處理才能進行轉(zhuǎn)換。地表覆蓋矢量數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換模型如圖3所示。

圖3 地表覆蓋數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換模型

標準分幅的數(shù)字正射影像圖數(shù)據(jù)經(jīng)坐標轉(zhuǎn)換后，圖幅內(nèi)影像數(shù)據(jù)產(chǎn)生了不規(guī)則的平移、旋轉(zhuǎn)和錯切，影像邊緣將產(chǎn)生0值填充的黑邊，轉(zhuǎn)換后的影像數(shù)據(jù)需要重新進行分幅處理才能滿足要求，因此圖3中坐標轉(zhuǎn)換模型不能直接用于影像數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換。根據(jù)投影變換的坐標偏移規(guī)律，可以通過相鄰圖幅影像參與處理實現(xiàn)標準分幅影像的坐標轉(zhuǎn)換:首先對當前圖幅和西側(cè)圖幅、西北側(cè)圖幅、北側(cè)圖幅4幅相鄰影像通過RasterMosaicker轉(zhuǎn)換器進行影像鑲嵌，然后對鑲嵌后的影像進行整體坐標轉(zhuǎn)換，再按原始影像的圖幅矩形范圍通過Clipper轉(zhuǎn)換器對轉(zhuǎn)換后的影像進行裁切處理，最后生成按標準圖幅裁切的坐標轉(zhuǎn)換成果。標準分幅的影像坐標轉(zhuǎn)換模型如圖4所示。

圖4 標準分幅影像的坐標轉(zhuǎn)換模型

四、地表覆蓋數(shù)據(jù)的批量優(yōu)化處理

在利用FME模板進行地表覆蓋分類數(shù)據(jù)處理的過程中，經(jīng)常存在多文件夾、多數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換的情況，F(xiàn)ME提供了一種通過BAT和TCL腳本方式實現(xiàn)批量數(shù)據(jù)文件的快速處理。在FME Workbench環(huán)境中，可通過Batch Deploy向?qū)扇笔〉腂AT和TCL腳本文件，BAT文件內(nèi)容只有一行，即以FME命令方式調(diào)用TCL文件，TCL腳本中存儲了FMW模板運行所需的各項參數(shù)，包括數(shù)據(jù)源的格式、數(shù)據(jù)源文件名、輸出數(shù)據(jù)格式、輸出數(shù)據(jù)的路徑名稱、日志文件等內(nèi)容。該文件可以通過記事本、UltraEdit等文本工具進行編輯，在輸出路徑不變的情況下僅需要指定輸入數(shù)據(jù)路徑全名，其格式如下:

其中，sourceDatasets為數(shù)據(jù)源文件名列表;lappend函數(shù)為該列表增加元素。對不同路徑下的多個數(shù)據(jù)文件進行批量操作時，只需要將該部分的腳本替換為對應的數(shù)據(jù)文件的路徑全名即可，該部分腳本可以通過DOS命令行指令自動實現(xiàn)，其命令格式如下:

其中，for/r循環(huán)表示對當前目錄及所有子目錄下的DWG文件進行遍歷，將DWG文件路徑名保存至變量%c中，然后以TCL腳本所需的格式進行輸出;@echo表示不顯示echo字符。在使用DOS命令行指令前，必須將工作目錄切換至需處理的原始數(shù)據(jù)文件所在的文件夾下。將該DOS指令輸出文本復制到TCL文件中替換對應部分的腳本，然后以管理員身份運行BAT文件，即可自動處理所需的CAD文件，處理后的成果文件自動保存至模板指定的輸出目錄。成果文件經(jīng)檢查無誤后需替換原始目錄下的DWG文件，也可以通過DOS命令行指令自動處理，其命令格式如下:

其中，copy/y表示以覆蓋模式進行拷貝;d: estdst為FME輸出數(shù)據(jù)的路徑名稱;變量%c為DWG文件的路徑全名;變量%～nxc為DWG文件的文件名加后綴名。該命令可以自動將處理后的CAD數(shù)據(jù)文件批量覆蓋到原始路徑下，可避免通過人工方式復制、粘貼操作。

五、結(jié)束語

本文利用FME的數(shù)據(jù)處理和分析功能實現(xiàn)了地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的空間檢查編輯、屬性檢查編輯和入庫檢查，避免了在AutoCAD和ArcGIS系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了分類矢量成果和影像數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換，同時通過BAT、TCL腳本和DOS命令文件實現(xiàn)了多目錄、多文件的自動數(shù)據(jù)處理，避免了FME環(huán)境下頻繁采用向?qū)Ｊ竭M行數(shù)據(jù)處理及人工方式進行數(shù)據(jù)回寫覆蓋操作，提高了地表覆蓋分類數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量。本文提出的方法和技術(shù)在武漢市第一次地理國情普查地表覆蓋要素分類處理工作中得到較好的應用，也可以為其他城市地理國情普查工作提供重要的技術(shù)參考。

［1］張鵬程，方鋒.基于FME的多平臺數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)開發(fā)及實現(xiàn)［J］.地理空間信息，2008，6(2):25-27.

［2］席險峰，謝安全.FME在地形地籍測繪中的運用［J］.測繪與空間地理信息，2010，33(5):189-191.

［3］李瑞霞，楊敏，鄧喀中.基于FME的GIS到CAD數(shù)據(jù)“無損”轉(zhuǎn)換［J］.測繪通報，2009(5):55-59.

［4］李德仁，眭海剛，單杰.論地理國情監(jiān)測的技術(shù)支撐［J］.武漢大學學報:信息科學版，2012，37(5):505-512.

［5］羅名海.武漢市地理國情普查的基本思路［J］.地理空間信息，2013，11(6):1-2.

［6］程滔，周旭，劉若梅.面向地理國情監(jiān)測的地表覆蓋信息提取方法［J］.測繪通報，2013(8):84-86.

［7］湯育紅.地理國情普查地表覆蓋與國情要素信息的提取方法探討［J］.測繪與空間地理信息，2013，36(12):89-91，95.