基于FME的地理國情監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)接邊檢查方法的探討

覃東華

(國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 401120)

1 引 言

根據(jù)符合現(xiàn)勢性要求的影像資料按年度對地表覆蓋和重要地理國情要素進(jìn)行更新是地理國情監(jiān)測的重要內(nèi)容，其成果是揭示資源、生態(tài)、環(huán)境、人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等要素在地理空間上內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是滿足國家、部門和地方在生態(tài)文明建設(shè)、國土空間格局優(yōu)化，確保經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長及建設(shè)信息化和諧社會(huì)提供科學(xué)可靠的地理國情信息支撐[1，2]。地理國情監(jiān)測一般以省級(jí)為任務(wù)區(qū)，以縣級(jí)為基本單元對地表覆蓋和重要地理國情要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行更新。如何確保更新后的地理空間數(shù)據(jù)在基本單元接邊處的正確性，是地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)生產(chǎn)和質(zhì)量檢查的重要內(nèi)容。

FME(Feature Manipulate Engine)是加拿大Safe Software開發(fā)的一款用于空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)加載、轉(zhuǎn)換、處理、集成、導(dǎo)出、共享的產(chǎn)品，支持超過300種數(shù)據(jù)格式，是世界領(lǐng)先的空間數(shù)據(jù)交換與共享的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換[3，4]、地理國情普查[5]、地圖制圖[6]、數(shù)據(jù)入庫[7]、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查[8]等。地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)中的地表覆蓋數(shù)據(jù)為面要素，重要地理國情要素包括面要素、線要素和點(diǎn)要素，其中：點(diǎn)要素不涉及接邊，只有面要素和線要素需要接邊，且其接邊包括幾何接邊和屬性接邊。因此，本文利用FME的數(shù)據(jù)處理功能，設(shè)計(jì)了一種針對地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)中面要素和線要素接邊情況的檢查方法，為提高地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量提供了一種思路。

2 算法設(shè)計(jì)

2.1 面要素

2.1.1 幾何接邊檢查

面要素?cái)?shù)據(jù)的幾何接邊檢查包括要素壓蓋、縫隙、錯(cuò)位，如圖1所示，圖中A、B表示接邊處相鄰面要素?cái)?shù)據(jù)。面要素幾何接邊情況的檢查算法如下：

(1)壓蓋是指A與B之間有重疊，可根據(jù)A與B之間的重疊度判斷，當(dāng)重疊度大于1時(shí)，則該處存在重疊。

(2)縫隙是指A與B之間有空洞，當(dāng)A與B融合后，縫隙就以空洞的形式表現(xiàn)出來，此時(shí)提取空洞即可判斷出縫隙位置。

(3)錯(cuò)位是指A與B接邊處的邊的節(jié)點(diǎn)位置不一致：

①分別將A、B轉(zhuǎn)為線要素A1、B1，并分別對其進(jìn)行相交處打斷處理，其結(jié)果分別記為A2、B2；

②分別對A2、B2進(jìn)行融合處理，其結(jié)果分別記為A3、B3；

③分別提取A3、B3的起止節(jié)點(diǎn)，并做去重處理，再與接邊邊界進(jìn)行相交處理，其相交節(jié)點(diǎn)分別記為A4、B4；

④對A4、B4進(jìn)行壓蓋處理，若點(diǎn)要素的重疊度小于1，則該處所在的面要素存在錯(cuò)位。

圖2中●為A4中的點(diǎn)，○為B4中的點(diǎn)，在錯(cuò)位處A4與B4的重疊度小于1，在非錯(cuò)位處重疊度為1。算法流程如圖3所示。

圖1 面要素壓蓋、縫隙、錯(cuò)位示意圖

圖2 面要素錯(cuò)位檢查示意圖

圖3 面要素幾何接邊檢查算法流程圖

2.1.2 屬性接邊檢查

面要素?cái)?shù)據(jù)的屬性接邊是指其指定的屬性項(xiàng)須一致。本文以屬性CC為例進(jìn)行說明。在圖4中，A、B對應(yīng)面要素屬性CC為0411與0412、0120與0110屬性不接邊，0321與0321屬性接邊。面要素屬性接邊情況的檢查算法如下：

圖4 面要素屬性接邊示意圖

①分別將A、B中的面要素轉(zhuǎn)為點(diǎn)要素，其結(jié)果分別記為A′、B′；

②按指定屬性對A、B做融合處理，其結(jié)果記為AB；

③用A′、B′對AB進(jìn)行壓蓋處理，若面要素的重疊度小于2，則該面要素屬性不接邊。

圖5中●為A′、B′中的點(diǎn)，面要素與點(diǎn)要素做壓蓋處理后，CC碼為0321的面要素重疊度等于2，其他的面要素的重疊度小于2，小于2的面要素屬性不接邊。算法流程如圖6所示。

圖5 面要素屬性接邊檢查示意圖

圖6 面要素屬性接邊檢查算法流程圖

2.2 線要素

(1)幾何接邊檢查

線要素幾何接邊主要為位置接邊，即：A、B接邊處線要素端點(diǎn)坐標(biāo)是否一致，如圖7所示。線要素幾何接邊情況的檢查算法如下：

①分別提取A、B中線要素的起止點(diǎn)，并做去重處理，其結(jié)果分別記為A1、B1；

②A1、B1與接邊邊界進(jìn)行相交處理，相交的點(diǎn)要素記為AB2；

③對AB2做點(diǎn)要素壓蓋處理，若重疊度小于1，則該點(diǎn)要素所在的線要素幾何不接邊。線要素幾何接邊檢查算法流程如圖8所示。

圖7 線要素幾何接邊

圖8 線要素幾何接邊檢查算法流程圖

(2)屬性接邊檢查

線要素?cái)?shù)據(jù)的屬性接邊是指其指定的屬性須一致。本文以屬性CC為例進(jìn)行說明，在圖9中，A、B對應(yīng)線要素屬性CC為1012與1011屬性不接邊，1011與1011屬性接邊。屬性若一致，則A、B對應(yīng)線要素可融合為一條線，否則不能融合，因此，線要素屬性接邊情況的檢查算法如下：

①將A、B按指定屬性做融合處理，其結(jié)果記為AB；

②提取AB的起止點(diǎn)，并做去重處理，其結(jié)果記為AB′；

③AB′與接邊邊界進(jìn)行相交處理，若AB′的重疊度大于0，則該處的線要素屬性不接邊。

線要素屬性接邊檢查算法流程如圖10所示。

圖9 線要素屬性接邊

圖10 線要素屬性接邊檢查算法流程圖

3 算法實(shí)現(xiàn)

基于FME平臺(tái)，可快速編寫地理國情監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)接邊檢查工具。首先，根據(jù)算法設(shè)計(jì)，調(diào)用相關(guān)FME函數(shù)，搭建接邊檢查處理流程；其次，根據(jù)數(shù)據(jù)特性，設(shè)置函數(shù)參數(shù)，形成完善的接邊檢查工具。算法流程中關(guān)鍵操作與FME函數(shù)對照關(guān)系如表1所示。

算法流程關(guān)鍵操作與FME函數(shù)對照表 表1

4 結(jié) 論

本文利用FME平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)面要素、線要素的接邊檢查，兩類要素的檢查項(xiàng)均包含幾何接邊、屬性接邊檢查，其中：面要素的幾何接邊檢查包含重疊、縫隙和錯(cuò)位檢查；線要素的幾何接邊檢查包含錯(cuò)位檢查。用相鄰兩幅1∶5萬分幅大小的模擬數(shù)據(jù)對本文算法進(jìn)行測試，其中接邊處的面要素共137個(gè)、線要素共26個(gè)，結(jié)果顯示，由算法編寫的工具檢查用時(shí)不到 2 min，共檢查出面要素幾何不接邊12處、屬性不接邊5處，線要素幾何不接邊5處，屬性不接邊3處；人工檢查用時(shí) 28 min，共檢查出面要素幾何不接邊10處、屬性不接邊5處，線要素幾何不接邊5處，屬性不接邊2處；經(jīng)核實(shí)，前者檢查結(jié)果無錯(cuò)漏。由此可知，本文算法在檢查速度和準(zhǔn)確率方面較人工方法均有較大優(yōu)勢。在實(shí)際生產(chǎn)中，本算法應(yīng)用于貴州省、重慶市等省市的地理國情監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)接邊檢查，提高了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。