廖珊珊

摘 要：為加強天地圖廣西矢量數(shù)據(jù)融合的質(zhì)量控制，本文借助FME矢量數(shù)據(jù)處理方面高效便捷的空間拓?fù)溥\算分析能力，按照數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收的嚴(yán)格要求，總結(jié)出一套天地圖廣西數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的方法，著重討論從空間位置、幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系及屬性要素等方面分析矢量要素的精度指標(biāo)與邏輯一致性。

關(guān)鍵詞：FME 天地圖 數(shù)據(jù)融合 質(zhì)量控制 矢量

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（a）-0017-04

天地圖是由國家、省、市三級節(jié)點構(gòu)成的國家地理信息公共服務(wù)平臺。隨著天地圖應(yīng)用的日益廣泛與深入，采用“超鏈接”和“服務(wù)聚合”的方式已無法滿足跨省（市）域、跨層級（國家、省、市）的地理實體與地名地址查詢、專題信息掛接、綜合統(tǒng)計分析等應(yīng)用需求。為此，國家測繪地理信息局于2013年啟動國家、省、市節(jié)點同構(gòu)試點，旨在通過節(jié)點間的基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)平臺軟件同構(gòu)與數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)更深層次的分布式信息資源集成與協(xié)同服務(wù)，并為未來基于云架構(gòu)的分布式服務(wù)資源動態(tài)調(diào)度奠定基礎(chǔ)[1]。依據(jù)國家統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用最新“天地圖廣西”節(jié)點數(shù)據(jù)、國家主節(jié)點數(shù)據(jù)、數(shù)字城市數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、第一次全國地理國情普查數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)說明資料作為數(shù)據(jù)源，進行“天地圖廣西”數(shù)據(jù)融合生產(chǎn)，并根據(jù)相關(guān)測繪成果保密要求解密，形成符合國家天地圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的天地圖框架數(shù)據(jù)集[2]。

開展天地圖廣西數(shù)據(jù)融合的意義，一是各級政府部門和社會公眾對權(quán)威、可靠的地理空間信息服務(wù)的需求與日俱增，傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)開發(fā)和資源投入方式已不能適應(yīng)當(dāng)今信息時代的飛速發(fā)展。二是充分融合多源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)融合是節(jié)點同構(gòu)的一項重要基礎(chǔ)性工作，通過整合各級節(jié)點的數(shù)據(jù)資源以達(dá)到資源合理配置、豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容、增強現(xiàn)勢性及實用性的目的，實現(xiàn)國家、省、市數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢互補，改進測繪地理信息成果的服務(wù)方式，進一步提高測繪地理信息公共服務(wù)能力和水平。三是省級節(jié)點數(shù)據(jù)融合在廣西尚屬先例，可為市級節(jié)點數(shù)據(jù)融合提供示范性作用及指導(dǎo)性參考。

1 天地圖數(shù)據(jù)融合內(nèi)容和質(zhì)量控制原則

1.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的內(nèi)容

天地圖廣西數(shù)據(jù)融合內(nèi)容包括矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和地名地址數(shù)據(jù)。由于篇幅關(guān)系，本文著重討論矢量融合數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制?？刂剖噶繑?shù)據(jù)融合的質(zhì)量，著重檢測多比例尺下矢量要素空間參考系、空間位置和屬性精度的融合是否達(dá)到數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 數(shù)據(jù)融合質(zhì)量控制原則

1.2.1 空間參考系

統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)、地圖投影各參數(shù)，經(jīng)過坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)源在平面位置上仍存在較大誤差時，依據(jù)精度較高的數(shù)據(jù)源對精度較低數(shù)據(jù)源進行幾何糾正。

1.2.2 精度指標(biāo)

（1）位置精度要求。

不同來源的數(shù)據(jù)平面位置精度不一致時，原則上以精度高的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

（2）時間精度要求。

不同來源的數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性不一致時，以現(xiàn)勢性高的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

（3）屬性精度要求。

屬性精度保留原始數(shù)據(jù)屬性信息，不同數(shù)據(jù)源中同名地物要素的相同屬性項取值不一致時，依據(jù)現(xiàn)勢性、準(zhǔn)確性等進行一致性處理，分類要素與取值范圍符合要求。

1.2.3 邏輯一致性要求

檢查概念一致性、格式一致性、拓?fù)湟恢滦?，各類信息邏輯一致。地理實體數(shù)據(jù)成果幾何精度整合過程中與源數(shù)據(jù)精度一致，不同來源的數(shù)據(jù)幾何表達(dá)精細(xì)度不一致時，以精細(xì)度高的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，同時成果數(shù)據(jù)要素空間關(guān)系正確[3]。

1.2.4 表征質(zhì)量檢查

幾何表達(dá)與地理表達(dá)合理。

1.2.5 數(shù)據(jù)完整性要求

融合處理時利用不同數(shù)據(jù)源的信息進行要素增補，融合后的成果數(shù)據(jù)盡可能完整保留數(shù)據(jù)源中的相關(guān)信息，檢查多余或遺漏的矢量要素及其屬性要素。

2 天地圖廣西矢量數(shù)據(jù)融合質(zhì)量控制

2.1 技術(shù)流程

天地圖廣西矢量數(shù)據(jù)融合質(zhì)量控制，是基于FME轉(zhuǎn)換器，在Workbench中通過可視化建模方式，將兩種不同類型的數(shù)據(jù)建立映射關(guān)系，實現(xiàn)多源矢量數(shù)據(jù)中線面要素在不同比例尺上的一致性檢測，以及驗證空間及屬性數(shù)據(jù)在質(zhì)量控制范圍內(nèi)的正確性，其技術(shù)流程如圖1所示。

2.2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)檢查

天地圖省級節(jié)點矢量數(shù)據(jù)的多源節(jié)點同構(gòu)，會出現(xiàn)多種不同坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合情況，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)正確性檢查是基本要求。將其他坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為2000國家大地坐標(biāo)系，編寫基于WKT（Well-Known Text）的定義與轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)的主要代碼，用于表示矢量幾何對象、空間參照系統(tǒng)及空間參照系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。本文使用OGC制定的地理空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式進行編寫：

= GEOGCS[“”，， ，]

主要代碼如下：

GEOGCS["GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000"，

DATUM["D_China_2000"，

SPHEROID[""CGCS2000"，6378137.0，298. 257222101]]]

PEIMEM["Greenwich"，0.0]

UNIT["Degree"，0.0174532925199433]]，

AUTHORITY["EPSG"，4490]]（EPSG空間參照系統(tǒng)ID與OGC標(biāo)準(zhǔn)中空間參照系統(tǒng)的SRID一致，故此處寫入主代碼）

在FME Workbench中調(diào)用CoordinateSystemFetcher轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)的檢查。

2.3 精度指標(biāo)與邏輯一致性檢查

同一地物不同尺度地物呈現(xiàn)不一樣的表現(xiàn)形式。例如，同一條河流，在較大比例尺中呈面狀表示，在較小比例尺中呈單線表示；同一片街區(qū)，在較大比例尺中呈面狀表示，在較小比例尺中呈線狀或點狀表示。因此，要描述同一空間位置不同尺度不同形態(tài)要素的邏輯關(guān)系，進而加入時間維度分析二者間的一致性，得出現(xiàn)勢性最強、位置精度最高的地物要素，必須同時從空間位置、幾何形狀、屬性要素、拓?fù)潢P(guān)系4個方面制定變化標(biāo)準(zhǔn)的判定規(guī)則。

首先定義與判定規(guī)則匹配的4個相似度參數(shù)（Space、Geometry、Topology、Semantic），分別為空間相似度、幾何相似度、拓?fù)湎嗨贫群驼Z義相似度，配置這4個參數(shù)的權(quán)重來計算匹配要素間的要素相似度（Object），通過設(shè)定要素相似度閾值來界定目標(biāo)匹配的情況，從而根據(jù)匹配類型及一致性檢測評價規(guī)則判定一致性檢查結(jié)果。

本節(jié)提取天地圖廣西矢量融合水系線面層（HYDLN、HYDPL），參照不同的水系源數(shù)據(jù)，從空間位置、幾何形狀、屬性要素、拓?fù)潢P(guān)系4個方面對源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)進行一致性匹配分析檢查。將不同尺度水系數(shù)據(jù)的線與線、面與面、線與面進行對比發(fā)現(xiàn)，水系線與面在不同尺度上進行一致性匹配的情況最為復(fù)雜，本節(jié)將重點討論該情況。首先建立水系目標(biāo)數(shù)據(jù)線要素的緩沖區(qū)A，接著與源數(shù)據(jù)水系面要素集B對比匹配，一是空間疊加面積重疊度檢查水系融合要素空間位置精度是否超限；二是空間分析拓?fù)渚嚯x檢查水系融合后拓?fù)潢P(guān)系是否改變；三是提取源數(shù)據(jù)水系面中軸線與目標(biāo)水系數(shù)據(jù)比對檢查幾何形狀是否變形；四是構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)屬性結(jié)構(gòu)表匹配相關(guān)屬性要素信息檢查屬性要素檢查是否準(zhǔn)確，從而分別計算出空間相似度、拓?fù)湎嗨贫?、幾何相似度以及語義相似度，進而建立線面要素間匹配目標(biāo)集，根據(jù)匹配類型分析要素變化情況，從而檢測要素的精度指標(biāo)及一致性。以下將不同尺度的源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)的矢量線面要素進行一致性檢查。

2.3.1 空間位置檢查

對天地圖廣西矢量數(shù)據(jù)進行空間位置分析，可利用FME Workbench建立線要素集緩沖區(qū)及計算面要素集面積值的轉(zhuǎn)換器分別為Buffer和AreaCalculator，而后計算面積重疊度用轉(zhuǎn)換器AreaOnAreaOverlayer、Tester和AreaCalculator來實現(xiàn)。計算緩沖區(qū)面積值轉(zhuǎn)換器如圖2所示。

轉(zhuǎn)換器經(jīng)過函數(shù)計算導(dǎo)出檢查結(jié)果有可標(biāo)志性，如圖3所示，高亮顯示的較小比例水系線經(jīng)計算面積重疊度小于閾值，則認(rèn)為在空間位置上發(fā)生了變化，而右上角的水系線面積重疊度大于閾值，盡管形狀與較大尺度水系面未完全吻合，仍認(rèn)為在空間位置上未發(fā)生變化。

2.3.2 幾何形狀檢查

線與面要素進行目標(biāo)匹配時，主要考慮長度特征，獲取線與面要素匹配集中面要素的中軸線長度之和，計算匹配集中線要素長度與面要素中軸線長度之和的差異。線與面要素匹配情況一般發(fā)生在線要素為較小比例尺地形圖中的要素且面要素為較大比例尺地形圖中的要素。

在不同的匹配模式下，對不同的長度參數(shù)變量值之間的比較會導(dǎo)致不同的一致性檢測結(jié)果，幾何相似度的計算是在線面要素匹配集中，線要素與面要素中軸線長度之差與二者中較大長度值的比值，該值與1差值的絕對值即為幾何相似度。在幾何形狀分析過程中，用到了轉(zhuǎn)換器CenterLineReplacer、LengthCalculator、FeatureMerger、GeometryRemover。

2.3.3 拓?fù)潢P(guān)系檢查

線與面要素的拓?fù)潢P(guān)系是在待匹配候選集中的線要素構(gòu)建緩沖區(qū)之后，線要素緩沖區(qū)與待匹配候選集中面要素之間的拓?fù)渚嚯x。拓?fù)湎嗨贫鹊挠嬎阈枰猅D（A，B）和經(jīng)驗參數(shù)，比對空間分析結(jié)果，對拓?fù)渚嚯x進行賦值，從而計算拓?fù)湎嗨贫?，用來表征線與面要素之間的拓?fù)潢P(guān)系變化。經(jīng)過空間疊加分析后，結(jié)合待匹配的線面拓?fù)潢P(guān)系，建立線面要素間目標(biāo)匹配候選集以備映射匹配。

拓?fù)潢P(guān)系包括單層線要素之間、單層面要素之間、多層線要素間、多層面要素間以及多層線面要素間的關(guān)系，在目標(biāo)匹配候選集里，計算拓?fù)湎嗨贫?，輸出檢查結(jié)果如圖4所示，可檢查出水系面要素之間拓?fù)溴e誤。

2.3.4 屬性要素檢查

根據(jù)天地圖省級節(jié)點數(shù)據(jù)屬性要求，定義線和面要素的相關(guān)屬性字段，建立標(biāo)準(zhǔn)屬性結(jié)構(gòu)表。

源數(shù)據(jù)中不同尺度的線面要素的屬性字段及要素編碼有相似的部分，因而必須對語義相似度進行分析。利用Levenshtein距離算法，計算兩個字符串間的差異程度的字符串度量。Levenshtein距離就是從一個字符串修改到另一個字符串時，其中編輯單個字符（比如修改、插入、刪除）所需要的最少次數(shù)。

通過匹配語義相似度，可以檢查出屬性精度的分類正確性及屬性正確性，檢查出要素分類代碼與屬性值錯漏的個數(shù)，必填項和特殊項均寫入代碼檢查出來。

2.3.5 要素相似度

要素相似度由空間相似度、幾何相似度、拓?fù)湎嗨贫群驼Z義相似度這4個參數(shù)加權(quán)平均得出的，對于不同的權(quán)重分配，會得到不同的要素相似度值，從而獲取不同的最佳目標(biāo)匹配要素。文中不同尺度的源數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后設(shè)定不同的數(shù)據(jù)參數(shù)，且依據(jù)天地圖廣西數(shù)據(jù)融合項目要求，比對不同尺度的矢量數(shù)據(jù)實際差異情況經(jīng)測試和驗證，得到與實際圖形情況相符效果最好的一組權(quán)重分配取值。

2.4 表征質(zhì)量檢查

表征質(zhì)量檢查的是，幾何形態(tài)反映的準(zhǔn)確度及對要素地理形態(tài)反映的準(zhǔn)確度，也要考慮到符號及注記使用的正確性，該項檢查人工干預(yù)比較大，此處不贅述。

2.5 數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性可以使用轉(zhuǎn)換器將源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)寫入Workbench加進工作流對比分析，可檢查出含有多余或缺少應(yīng)包含的要素。

3 結(jié)語

綜上所述，筆者生產(chǎn)實踐后，運用FME能在數(shù)據(jù)再加工及處理的過程中，高效地控制天地圖省級節(jié)點矢量融合數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在天地圖各級節(jié)點融合項目的開展中，將上述轉(zhuǎn)換器封裝成一個檢查平臺，將檢查平臺與數(shù)據(jù)處理工作有效地結(jié)合，能使檢查結(jié)果具有實效性和可標(biāo)記性，在滿足成果精度要求的基礎(chǔ)上，節(jié)約了檢查工作的時間成本和人工成本，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和工作效率，為天地圖融合項目的順利實施提供了質(zhì)量保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家測繪地理信息局.天地圖分布式數(shù)據(jù)中心建設(shè)與數(shù)據(jù)融合示范[Z].

[2] 國家信息局測繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所.GB/T 18316-2008，數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3] 熊登亮，貴仁義，趙俊三.基于FME的空間數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)[J].四川測繪，2015（6）：19-21.

[4] 邱新忠，朱俊.天地圖省市數(shù)據(jù)融合若干關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2018（1）：55-57.