甘迎娟

（1.中煤航測遙感集團(tuán)，陜西 西安 710199）

FME 是加拿大safe Software 公司推出的用于不同數(shù)據(jù)格式之間轉(zhuǎn)換的一款系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)基于OpenGIS組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念“語義轉(zhuǎn)換”,提供轉(zhuǎn)換過程中重新構(gòu)造數(shù)據(jù)功能，實(shí)現(xiàn)了超過500多種數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換，可為規(guī)劃技術(shù)服務(wù)提供快速處理和實(shí)現(xiàn)的解決方案。FME的優(yōu)點(diǎn)是向用戶提供了比同類GIS 軟件更加強(qiáng)大的操作靈活性與自由度，為用戶的技術(shù)處理思路提供了無限可能[1]。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

以原始數(shù)據(jù)庫（GDB）-修測矢量（DLG）-更新成果數(shù)據(jù)庫（MDB）的生產(chǎn)流程為主線，敘述了FME在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)入庫及質(zhì)量檢查過程中的應(yīng)用。通過運(yùn)用上百個∕次Transformers 函數(shù)，在不借助第三方軟件平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)上述流程并取得了較高的成果質(zhì)量和生產(chǎn)效率[2]。多源數(shù)據(jù)修測更新入庫技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 多源數(shù)據(jù)修測更新入庫技術(shù)流程

1.1 數(shù)據(jù)源簡介

多源性一方面表現(xiàn)為數(shù)據(jù)獲取手段的多樣性，另一方面表現(xiàn)為不同采集方法和管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)具有的不同存儲、交換格式[3]。

多源數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是多元異構(gòu)，多元指數(shù)據(jù)來源多樣化。多源數(shù)據(jù)融合是指將各種不同的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合，吸取不同數(shù)據(jù)源的特點(diǎn)，然后從中提取出統(tǒng)一的，比單一數(shù)據(jù)更好、更豐富的信息。項目已有多源數(shù)據(jù)（格式為GDB、DEM、DGN），其中DLG 來源于最新時相的航空影像采集，GDB 來源于地理國情普查成果，DEM來源于農(nóng)村承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)成果。異構(gòu)指數(shù)據(jù)的類型、結(jié)構(gòu)、特征等的不一致性。項目中，DLG 的格式為*.DGN，是一種矢量文件；GDB 的格式為*.GDB，是一種空間數(shù)據(jù)庫集；DEM的格式為*.GRID，是一種數(shù)字高程模型的存儲方式。

使用航空攝影測量方法，借助FME 數(shù)據(jù)重構(gòu)功能，全面修測更新已有的基礎(chǔ)地形地貌數(shù)據(jù)庫。同時，擴(kuò)充一些必要的屬性數(shù)據(jù)，建立空間與非空間數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，為各行業(yè)提供更準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.2 數(shù)據(jù)源預(yù)處理

1.2.1 DEM提取曲線

農(nóng)村承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)DEM成果在項目中有2個應(yīng)用，DEM生成LAS點(diǎn)文件用于地理國情普查成果GDB數(shù)據(jù)庫的高程賦值。DEM同時生成等高線用于立體模型修測。

1.2.2 GDB符號化

通過FME的模板中的“Joiner”函數(shù)，以Excel表中的GB 對應(yīng)項為識別信息碼，掛接FH.xlsx屬性映射對照表，屬性映射對照表由GB 列、符號名列、線型名列組成，并在轉(zhuǎn)換過程中掛接seed.dgn 的種子文件，通過轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)庫中的點(diǎn)狀數(shù)據(jù)符號化，線狀數(shù)據(jù)賦于線型信息。完成從GDB 到DLG 的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，GDB數(shù)據(jù)符號化示意如圖2所示。

圖2 GDB數(shù)據(jù)符號化示意圖

1.2.3 GDB賦Z值

通過符號化作為修測的GDB文件，必須要賦三維值后才能在立體模型中正確顯示和使用。在格式轉(zhuǎn)換過程中，同時進(jìn)行GDB 與DME 生成的LAS 點(diǎn)疊加分析，將LAS 點(diǎn)的三維值（Z 值）賦給GDB 文件。賦值過程中，使用“SurfaceDraper”,“CoordinateExtractor”，“FeatureMerger”,“3DForcer”等關(guān)鍵函數(shù)，最終輸出3D 的矢量DLG 成果。符號化成果賦Z 值示意如圖3所示。

圖3 符號化成果賦Z值示意圖

1.2.4 立體矢量修測

3D 的矢量DLG 成果在最新時相的航空影像立體模型下，根據(jù)相應(yīng)的UCM表進(jìn)行修測更新，修測內(nèi)容包括變化的、新增的、刪除的[4-5]。

2 數(shù)據(jù)入庫

2.1 數(shù)據(jù)庫的原則

統(tǒng)一性：要素內(nèi)容、表達(dá)方式、采集指標(biāo)、數(shù)據(jù)模型、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)容統(tǒng)一，保證數(shù)據(jù)生產(chǎn)與建庫過程中數(shù)據(jù)成果的準(zhǔn)確性和一致性。

兼容性：滿足該省1∶10 000DLG 數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫和應(yīng)用的需要，統(tǒng)籌兼顧數(shù)據(jù)庫快速出圖的要求，以及其他行業(yè)的需求?？蓴U(kuò)展性：預(yù)留數(shù)據(jù)層、要素代碼和要素屬性的擴(kuò)充空間，要素代碼和屬性項應(yīng)與規(guī)范相銜接。

2.2 數(shù)據(jù)分層要求

數(shù)據(jù)分層的命名采用5 個字符，第一個字符為數(shù)據(jù)比例尺代碼（G為1∶10 000，H為1∶5 000）,第二個至第四個字符為數(shù)據(jù)內(nèi)容的縮寫，第五個字符代表幾何類型（A:面，L:線，P:點(diǎn)）數(shù)據(jù)分層見表1所示。

表1 1∶10 000DLG數(shù)據(jù)分層表

2.3 數(shù)據(jù)入庫的思想

使用FME Workbench入庫非常便捷，通過前期的數(shù)據(jù)分析、修測整理、編寫映射文件及模板，實(shí)現(xiàn)使用FME完成一鍵入庫。流程簡潔、操作簡便、交互性好。FME修測入庫流程如圖4所示。

圖4 FME修測入庫流程圖

屬性映射文件內(nèi)容包含修測矢量文件的層、色、粗度及屬性庫的層、GB碼等信息，通過GB碼的唯一性提取數(shù)據(jù)庫并填寫相應(yīng)的屬性信息。屬性映射文件見表2所示。

表2 屬性映射文件

2.4 Workbench模板編寫

數(shù)據(jù)入庫的基本思路為在Bently 公司的microstationv8 軟件下，進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)修測并整理為以點(diǎn)、線、面為表達(dá)格式的矢量文件。在FME軟件下，通過編寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模板，運(yùn)用“joiner”，“ExpressionEvaluator”，“AttributeCreator”，“CoordinateExtractor”，等69 個∕次Transformers 函數(shù)完成數(shù)據(jù)庫的提取。

數(shù)據(jù)庫最終成果需添加投影信息。一般情況是在ArcGIS使用ArcTOOLBOX下的工具就能實(shí)現(xiàn)，但對于大數(shù)據(jù)量來說，F(xiàn)ME的批量操作更高效。FME中Esri-Reprojector轉(zhuǎn)換器的思想為使用ESRI重投影庫，把要素坐標(biāo)從一個坐標(biāo)系統(tǒng)重投影到另一個坐標(biāo)系統(tǒng)，使用Batch Deploy命令批量完成投影變換。

3 質(zhì)量檢查

3.1 質(zhì)量要求

3.1.1 數(shù)據(jù)處理原則

規(guī)范性（要素分類、數(shù)據(jù)分層、屬性項定義、要素屬性等需與國標(biāo)一致），一致性（DLG 數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)、拓?fù)潢P(guān)系、格式概念須一致），完整性（數(shù)據(jù)層、覆蓋區(qū)域以及內(nèi)部文件必須滿足完整性要求），正確性（數(shù)據(jù)在滿足圖形拓?fù)潢P(guān)系的同時，各屬性項順序、名稱、長度、類型、分類、屬性等相關(guān)內(nèi)容必須正確）。

3.1.2 圖形要求

所有面、線要素中均不允許存在圓弧、B 樣條曲線和Multiline的線串，源數(shù)據(jù)中如果存在該類型的線串，則需處理為與源形狀基本一致的多段線類型。

3.1.3 拓?fù)湟?/p>

各類點(diǎn)、線、面狀要素都不能有自重疊。點(diǎn)、線、面要素之間也不能有不合理的相互重疊。線、面要素不能存在自相交、折返線。構(gòu)面要素與原始構(gòu)面邊線應(yīng)保持線面的節(jié)點(diǎn)套合，最大誤差不超過0.01 m。

3.1.4 屬性要求

必填屬性不得為空，要素圖形表示與“分類代碼”屬性保持一致；圖形的名稱、類型等屬性與圖面注記一致。

對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查是獲取精確性較高的矢量數(shù)據(jù)的必要手段[6]。根據(jù)上述質(zhì)量檢查內(nèi)容及質(zhì)量要求結(jié)合項目本身的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查設(shè)計過程中，以要素類型為研究對象，從點(diǎn)、線、面3 個方面，重點(diǎn)關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容。數(shù)據(jù)質(zhì)檢內(nèi)容見圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)質(zhì)檢內(nèi)容

3.2 質(zhì)量檢查實(shí)現(xiàn)

DLG 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MDB 格式后，需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行面折刺檢查，空間關(guān)系合理性檢查，復(fù)合要素檢查等及投影變換等。質(zhì)量檢查可以通過ArcGIS 實(shí)現(xiàn)，也可通過FME 編寫模板實(shí)現(xiàn)，使用FME 編寫檢查模板有3 個方面的優(yōu)點(diǎn)：第一，交互性好且檢查效率高，輸出結(jié)果僅需數(shù)秒且可直接導(dǎo)入矢量數(shù)據(jù)修改。第二，可進(jìn)行一對一的定制，對于拓?fù)潢P(guān)系檢查，在模板中寫定拓?fù)湟?guī)則，操作時無需選擇層及規(guī)則。第三，對于有的錯誤項檢查過程即修改過程，運(yùn)行完檢查模板后自動修復(fù)錯誤項。加快制圖更新速度、推進(jìn)生產(chǎn)單位整體工作效率，不斷提高數(shù)據(jù)成果質(zhì)量[7]。

3.2.1 位置關(guān)系檢查

面折刺在ArcGIS檢查的思想為通過ArcTOOLBOX完成要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)和要素轉(zhuǎn)線，然后在Arccatalog 下創(chuàng)建屬性字段，通過python編寫腳本計算出各個折次點(diǎn)的角度。根據(jù)屬性表中的角度字段篩選出最小銳角進(jìn)行排查折次。實(shí)現(xiàn)過程非常繁瑣，且無法自動修改。

FME 下“SpikeRemover”轉(zhuǎn)換器的思想為每一對由3 個連續(xù)不同的點(diǎn)組成的線段。如果兩線段角（度）小于或等于指定的最大角度，那么中間點(diǎn)（為尖銳）被刪除。函數(shù)原理如圖6所示。使用FME檢查模板僅數(shù)秒就完成了面折刺的檢查和修改。

圖6 SpikeRemover函數(shù)原理

自 相 交 使 用“SelfIntersector”, “Intersector”,“Tester”等函數(shù)篩選。自相交檢查模板如圖7所示。

圖7 自相交檢查模板

偽節(jié)點(diǎn)使用“chopper”,“PointOnPointOverlayer”,“DuplicateRemover”,“SpatialFilter”,“Tester”等函數(shù)篩選。偽節(jié)點(diǎn)模板如圖8所示。其余描述線懸掛、線相交、小面檢查、面重疊檢查等位置關(guān)系錯誤模板不再一一敘述。

圖8 偽節(jié)點(diǎn)檢查模板

3.2.2 拓?fù)潢P(guān)系檢查

拓?fù)潢P(guān)系檢查功能通過使用ArcGIS 軟件中與拓?fù)涮幚硐嚓P(guān)的組件實(shí)現(xiàn)，過程為設(shè)置容差、添加投影信息、添加拓?fù)湟?guī)則等一系列。該檢查方式操作繁瑣，且只能檢查SHP、MDB等庫體數(shù)據(jù)，交互性和操作性差，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

以曲線穿過房屋、比高點(diǎn)及高程點(diǎn)落水2 種情況描述FME中實(shí)現(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系檢查的過程：使用“LineOn-AreaOverlayer”，“PointOnAreaOverlayer”，“Tester”3個轉(zhuǎn)換器，通過點(diǎn)、線、面不同類型GB 碼的空間分析疊加，以及疊加結(jié)果的關(guān)系判斷完成曲線是否穿過房屋面檢查和比高點(diǎn)及高程點(diǎn)是否落入至水系面檢查，并根據(jù)測試的結(jié)果以DWG 格式的矢量文件輸出錯誤要素。同樣，模板運(yùn)行時間僅數(shù)秒就完成該項拓?fù)潢P(guān)系的檢查。

復(fù)合要素檢查。ArcGIS 下處理復(fù)合要素非常容易，但是檢查出復(fù)合要素需要借助python編寫腳本才能實(shí)現(xiàn)，這對沒有編程基礎(chǔ)的測繪工作者實(shí)現(xiàn)起來有些難度。

FME使用“AggregateFilter”轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的思想為根據(jù)聚合體的幾何圖形的類型、或者根據(jù)輸出單個幾何對象，過濾出不同的要素。將原始數(shù)據(jù)庫輸入至FME檢查模板中，使用該轉(zhuǎn)換函數(shù)篩選出非法線聚合體和非法面聚合體，同樣數(shù)秒即可輸出檢查結(jié)果。

3.2.3 屬性完整性檢查

點(diǎn)狀符號數(shù)據(jù)完整性檢查主要是在數(shù)據(jù)庫的提取過程中，對必填項進(jìn)行強(qiáng)制賦值。以高程點(diǎn)為例，高程點(diǎn)屬性結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 高程點(diǎn)屬性結(jié)構(gòu)表

上表中的必填項GB、ELEV，其中GB 為唯一標(biāo)識碼。在數(shù)據(jù)庫提取中通過函數(shù)“AttributeRenamer”重命名獲得高程值屬性字段?，F(xiàn)勢性通過函數(shù)“AttributeCreator”派生創(chuàng)建更新狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫、版本標(biāo)識屬性字段。

4 結(jié) 語

使用FME模板極大地提高了數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量，節(jié)約了人力資源，是多源數(shù)據(jù)庫修測更新的強(qiáng)大技術(shù)支撐。同時，項目所取得的數(shù)據(jù)成果現(xiàn)勢性好、質(zhì)量優(yōu)良，對于滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的需要，提高測繪地理信息的服務(wù)保障能力具有十分重要的作用和價值[8]。