李 歡

(中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

FME軟件是加拿大Safe Software公司開發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉換處理系統(tǒng)，F(xiàn)ME Workbench是定義數(shù)據(jù)轉換和數(shù)據(jù)變換最主要的工具，能實現(xiàn)多種不同空間數(shù)據(jù)格式的轉換、空間數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計及整合。隨著數(shù)字化測圖方法的普及與應用，產(chǎn)生了大量的數(shù)字化地形圖成果，而對其數(shù)學精度的檢測也已成為技術質檢人員面臨的一項亟待高效解決的問題[1-4]。常規(guī)的地形圖精度檢測方法是采用程序軟件或人機交互的方法進行[5]，用人機交互的方法進行數(shù)學精度檢測時，質檢人員需要完成數(shù)據(jù)采集、精度統(tǒng)計、統(tǒng)計結果的整理等一系列瑣碎的工作，對大量的數(shù)字化地形圖成果而言檢測效率太低[6]；而程序軟件具有單一性，程序員一旦寫定程序，質檢人員將無法按照測區(qū)要求靈活的進行更改[7]。為此，基于FME軟件進行地形圖數(shù)學精度檢測，提出實現(xiàn)數(shù)字地形圖數(shù)學精度的批量自動統(tǒng)計和計算，以減少人工繁雜的檢測工作，提高檢測的效率和質量[8]。

1 基于FME的地形圖精度檢測方法

1.1 檢測要求

地形圖數(shù)學精度檢測包括對成果數(shù)據(jù)的高程精度檢測、平面位置精度檢測及相對位置精度檢測，其檢測都是基于外業(yè)實測檢測點來衡量地形圖成果精度(即實測點和成圖點)。檢測點應分布均勻、位置明顯，且每幅圖一般各選取20～50個(對于測區(qū)選點困難地區(qū)，也可選取10～20個點進行該幅圖精度評定)，檢測點(邊)數(shù)量少于20時，以誤差的算術平均值代替中誤差，大于20時按中誤差統(tǒng)計[9]。

1.2 檢測方法設計思路

基于FME Workbench進行3項高精度檢測方法的設計思路，如圖1所示。

圖1 檢測設計流程示意Fig.1 The design process of detection

設A(X1，Y1)為外業(yè)實測點平面坐標、B(X2，Y2)為地形圖成圖點平面坐標；A(H1)為外業(yè)實測高程值；B1(H2)為成圖點高程值；用FME提取其坐標值后采用公式(1)計算其平面點位中誤差

(1)

采用式(2)計算其高程點位中誤差

Δgao=H2-H1

(2)

分別對DLG平面、高程及相對位置精度進行了檢測統(tǒng)計，對于點數(shù)小于20式(3)與多于20式(4)采用不同的計算公式進行粗差率計算

Error 1=[|Δ|]/n

(3)

(4)

在實現(xiàn)了內外業(yè)數(shù)據(jù)提取的基礎上，需運用高精度檢測中誤差計算式(5)編寫轉換器參數(shù)，按測區(qū)要求批量提取檢查記錄表。

(5)

式中，M為該圖幅的高精度檢測高程/平面/相對位置成果中誤差；n為圖幅檢測點(邊)數(shù)；Δi為較差。

2 基于FME的數(shù)學精度檢測難點解決方案

2.1 高程精度檢測

2.1.1 高程精度檢測問題概述

高程精度檢測是對高程點中誤差的檢測，其具體檢測方法是外業(yè)以實測的方法按照地形圖成圖高程點所在位置進行打點實測，并將外業(yè)的實測點與地形圖同位置處的高程點進行高程差比較，計算其高差中誤差。其選點應盡量選在道路硬化路面上或者具有特殊定位意義的特征點上。由于電子地形圖的局限性，人工在實地進行打點時除了部分特征點外，難免會選取與地形圖上同名高程點距離較遠的情況，形成距離高差，造成粗差的出現(xiàn)。一般遇此問題，都需質檢人員人工依次核實圖上點高程位置或重新讀取同名點高程值，從而造成繁重的工作量，降低質檢效率。

2.1.2 基于FME實現(xiàn)自動匹配同名點的高程注記

將地形圖高程點層與實測點高程層讀取至FME軟件，編寫模板，通過設置Neighbor Finder參數(shù)，設置與實測點鄰近的搜索閾值范圍，如圖2所示。應結合測區(qū)地形實際，設置搜索距離，經(jīng)過試驗山區(qū)高山區(qū)地形距離應給小，以防高差超限；平地、丘陵地可適當給大，以保證搜索到對應點，并挑選出實測點相對應的圖上高程點。將范圍內未匹配上的實測點及已匹配但通過TESTER轉換器高差超限的實測點輸出至新的文件圖層，如圖3圓圈位置所示，以供檢測者直觀地進行修改，直至新的文件圖層為空。

圖2 鄰近閾值搜索參數(shù)設置Fig.2 Parameter setting of proximity threshold search

圖3 未匹配上的實測點及高差超限錯誤Fig.3 Unmatched measured points and height difference overrun errors

2.2 平面精度檢測

2.2.1 平面精度檢測問題概述

平面精度主要是對地物點絕對位置中誤差的檢測，其具體檢測方法是外業(yè)以實測的方法均勻測取地形圖圖幅內房角或者具有特殊定位意義的特征點的平面坐標，與地形圖上同名點坐標進行對比，計算得出距離差，并最終計算中誤差是否符合規(guī)范要求。在進行坐標對比時，由于原地形圖上的房角是以線或面的形式存在，這就要求質檢人員需手工抓取同名位置的房角點坐標，若遇到測區(qū)面積大、質檢圖幅多的情況，會造成人工抓點的工作量大從而影響質檢效率。

2.2.2 基于FME實現(xiàn)自動提取同名位置的房角點坐標

將參與平面實測點匹配的地形圖要素層和實測點進行讀取，通過轉換器Chopper，將參與的要素層內的線面交點輸出為點的形式，如圖4所示。將未匹配上的平面實測點輸出為Pmcw層，如圖5所示，以供檢測者直觀地進行修改，直至Pmcw層為空。

圖4 線面交點輸出為點Fig.4 The intersection of line and surface is output as point

圖5 未匹配上的平面實測點錯誤Fig.5 Error of unmatched plane measured points

2.3 相對位置精度檢測

2.3.1 平面精度檢測問題概述

相對精度主要檢測了地物點間距中誤差。其具體檢測方法是先在地形圖圖幅內均勻選取圖上相鄰兩房角，測量其距離，后外業(yè)在實地選取同名房角進行距離測量，將內外業(yè)分別測取的距離長度進行差值對比，并計算其中誤差。其難點在于外業(yè)量測邊長與圖上相應邊長如何匹配[10-11]。在地形圖上選取圖上相鄰兩房角距離時，為方便外業(yè)識別，可以連線的方式抓取兩房角的角點，即線段長度即為距離，在與外業(yè)測取的長度進行差值對比時，只需識別測量線段長度即可，因而采用批量手段量取線段長度是高效完成相對精度檢測的途徑。

2.3.2 基于FME實現(xiàn)自動量取兩房角間距的長度

將量取的成圖房角點邊線與實測的距離進行讀取，并通過Length Calculator轉換器計算出量取的邊線長度，參數(shù)如圖6所示?？奢敵鼍€劃圖直觀查看，如圖7所示，再進行后續(xù)中誤差計算。

圖6 成圖邊邊長量取Fig.6 Measurement of edge length in mapping

圖7 圖上距離(黑線)及實測距離(數(shù)字)Fig.7 Distance on the graph(brack line)and measured distance(number)

2.4 基于FME實現(xiàn)批量提取檢查記錄表

地形圖精度計算完成后，就需對大量的圖幅檢測計算結果進行統(tǒng)計并提取，對面積較大的測區(qū)而言采用人機交互的方式填寫檢查記錄表耗時耗力，因而批量提取檢查記錄表尤為重要，F(xiàn)ME Workbench可實現(xiàn)對統(tǒng)計表的批量提取，即對每幅圖的圖幅號、點號、成圖點坐標值、實測點坐標值、差值、檢測點數(shù)、點位中誤差、最大及最小較差進行統(tǒng)計，輸出成果檢測表。

3 試驗驗證

為驗證上述基于FME的數(shù)字地形圖數(shù)學精度檢測方法的可行性，特選取1∶1 000大比例尺測區(qū)測繪項目數(shù)字地形圖成果進行3項精度檢測，隨機抽取3項檢查記錄,見表1～表3。其中，DLG平面選取了25個點進行檢測統(tǒng)計：平面位置最大較差為0.1，平面位置最小較差為0.0 m，標準中誤差為±0.6 m，中誤差為0.05 m。DLG高程選取了26個點進行檢測統(tǒng)計：高程最大較差為0.2 m，高程最小較差為0.00 m，標準中誤差為±0.4 m，中誤差為0.1 m。DLG相對位置選取了25條邊進行檢測統(tǒng)計：標準中誤差為±0.8 m，中誤差為0.10 m。以上精度完全滿足1∶1 000地形圖測繪DLG精度要求及項目技術設計書的精度要求[12]，即平面位置中誤差小于0.6 m，高程位置中誤差小于0.4 m，相對位置中誤差小于0.8 m。

表1 DLG平面位置精度檢測統(tǒng)計Table 1 Statistics of DLG plane position accuracy detection

表2 DLG高程精度檢測統(tǒng)計Table 2 Statistics of DLG elevation accuracy detection

表3 DLG平面相對位置精度檢測統(tǒng)計Table 3 Statistics of DLG plane relative position accuracy detection

4 結論

(1)FME軟件的數(shù)據(jù)處理功能已經(jīng)滲入到數(shù)據(jù)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，通過使用基于FME軟件編寫模板程序，實現(xiàn)了自動檢測點位精度與相對精度并輸出統(tǒng)計分析結果，較常規(guī)地形圖精度檢測質檢人員一幅幅手動檢查相比，質檢工作效率成倍提高，同時大大地縮短了質檢周期。此外，應用FME軟件編寫模板程序，其形式具有靈活性，可針對不同測區(qū)不同比例尺精度要求靈活地對精度指標進行更改，在實際工作中也可根據(jù)不同的表格樣式修改輸出字段，在使用程序方面更加靈活方便，質檢人員操作簡單、靈活易實施。

(2)FME軟件基于語義的轉換，通過使用不同語義轉換器函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫對接并減少信息丟失，且能直接轉換成目標格式數(shù)據(jù)，不需要再做額外的數(shù)據(jù)后處理，至少減少30%以上手動修改復雜數(shù)據(jù)的工作量。

(3)FME軟件的應用之廣使得空間數(shù)據(jù)處理的效率大大提高，即可將FME軟件應用于測繪地理信息行業(yè)，以保證項目的順利進行，減少工作量，也為空間數(shù)據(jù)加工項目提供了一個很好的思路。