第三次土地調(diào)查線狀圖斑寬度自動(dòng)提取研究

周 瑞

(爬山虎科技股份有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引 言

第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查(以下簡(jiǎn)稱“三調(diào)”)是一項(xiàng)重大的國(guó)情、國(guó)力調(diào)查。掌握真實(shí)的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)土資源管理的需要[1]?！叭{(diào)”的主要任務(wù)就是，在第二次全國(guó)土地調(diào)查(以下簡(jiǎn)稱“二調(diào)”)成果基礎(chǔ)上，按照國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在全國(guó)范圍內(nèi)利用遙感、測(cè)繪、地理信息、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，統(tǒng)籌利用現(xiàn)有資料，查清各類土地的所有權(quán)和使用權(quán)狀況[2]。全面細(xì)化和完善全國(guó)國(guó)土利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足生態(tài)文明建設(shè)、空間規(guī)劃編制、自然資源管理體制改革和統(tǒng)一確權(quán)登記等各項(xiàng)工作的需要[2]。

“三調(diào)”工作中明確規(guī)定，取消線狀地物，實(shí)地寬度超過2米的線狀地物，按照規(guī)程要求以圖斑形式表示。在“三調(diào)”項(xiàng)目工作中，由于河流、鐵路、公路、管道用地、農(nóng)村道路、林帶和溝渠等線狀地物必須填寫其寬度屬性(線性圖斑寬度填寫線狀地物平均寬度)[3-4]，而且此次調(diào)查也要將“二調(diào)”中的線狀地物進(jìn)行圖斑化，因此線狀地物寬度的填寫將是一項(xiàng)耗時(shí)的工作。為有效地開展工作，能既快又好的順利完成“三調(diào)”工作，本文以某項(xiàng)目中ArcGIS下的DLG數(shù)據(jù)為例，詳細(xì)闡述利用FME軟件實(shí)現(xiàn)線狀地物寬度自動(dòng)提取的技術(shù)方法。

1 計(jì)算原理和方法

線狀圖斑在實(shí)際的采集過程中不是等寬度的采集，甚至線狀地物的寬度在某段也可能變寬或變窄，出現(xiàn)寬度變化的情況，因此國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定線狀圖斑寬度屬性填寫線狀地物平均寬度[5]。為提高線狀圖斑寬度屬性填寫的準(zhǔn)確性，可以在采集圖斑的時(shí)候在線狀地物寬度變化的地方分成不同的圖斑，這樣線狀地物就可假設(shè)為規(guī)則的四邊形，采用面積法、周長(zhǎng)法和面積周長(zhǎng)結(jié)合的方法進(jìn)行線狀圖斑寬度的計(jì)算。

1.1 面積法或周長(zhǎng)法

面積法或周長(zhǎng)法是根據(jù)線狀圖斑的中心線，利用面積或周長(zhǎng)計(jì)算公式來達(dá)到線狀圖斑寬度的自動(dòng)提取。

(1)利用周長(zhǎng)計(jì)算公式及線狀圖斑的中心線長(zhǎng)度計(jì)算寬度信息，公式如下所示。

C=2×(L+W)

(1)

式(1)為周長(zhǎng)計(jì)算公式，C是周長(zhǎng)，L是線狀圖斑長(zhǎng)度，W是線狀圖斑寬度，因此可用周長(zhǎng)計(jì)算公式概略計(jì)算出線狀圖斑的寬度，如下所示。

(2)

(2)使用面積計(jì)算公式及線狀圖斑的中心線長(zhǎng)度計(jì)算寬度信息，公式如下所示。

S=L×W

(3)

式(3)為面積計(jì)算公式，S是面積，L是線狀圖斑長(zhǎng)度，W是線狀圖斑寬度，因此可用面積計(jì)算公式概略計(jì)算出線狀圖斑的寬度，如下所示。

(4)

1.2 面積周長(zhǎng)法

在面狀圖斑不均勻的情況下，利用FME提取的線狀圖斑中心線，會(huì)有很多瑣碎的小分支，單純的使用周長(zhǎng)或面積計(jì)算方法會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確，而且中心線的優(yōu)化方法又比較復(fù)雜，因此本文采用面積和周長(zhǎng)列方程式直接計(jì)算的方法來提取線狀圖斑的寬度，而且還省去了線狀圖斑中心線提取的過程。根據(jù)式(1)和式(2)求解的方式如下所示。

(5)

式(5)為線狀圖斑的寬度計(jì)算方程，C式周長(zhǎng)，S式面積，寬度取L和W中的最小值。

2 線狀圖斑寬度自動(dòng)提取

2.1 FME軟件介紹

FME(英文全拼是Feature Manipulate Engine，簡(jiǎn)稱FME)是加拿大Safe Software公司基于OpenGIS組織提出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念“語義轉(zhuǎn)換”推出的一套空間數(shù)據(jù)處理的軟件產(chǎn)品，可以用于讀、寫、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換各種空間數(shù)據(jù)。它具有以下特點(diǎn)：通過提供在轉(zhuǎn)換過程中重新構(gòu)造數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)了超過325種不同空間數(shù)據(jù)格式(模型)之間的轉(zhuǎn)換；可以直接瀏覽各種格式空間數(shù)據(jù)，包括屬性、坐標(biāo)數(shù)據(jù)[2]；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用圖形化界面，拖拽式轉(zhuǎn)換器工具靈活定制工作流，能夠可視化定義從原始數(shù)據(jù)到目標(biāo)數(shù)據(jù)的圖形與屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系[6]；將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與豐富的 GIS 數(shù)據(jù)處理功能結(jié)合在一起，如坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、疊加分析、屬性合并等；支持海量數(shù)據(jù)處理，大型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通過編寫腳本及批處理模式高效運(yùn)行；適用于各個(gè)技術(shù)水平的用戶，無須編程，就可完成復(fù)雜的轉(zhuǎn)換工作流的配置[2]。

FME軟件包含有6個(gè)功能模塊: FME Workbench、FME Universal Translator、FME Universal Viewer、FME Plug-in(SDK)、FME Object API、FME Application Extenders[2]。

本文中主要用到 FME Workbench 模塊，F(xiàn)ME Workbench 是一個(gè)空間 ETL(ETL表示Extract—提取，Transform—轉(zhuǎn)換和Load—加載)創(chuàng)作環(huán)境，可以快速定義圖形化的流程，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、變換和集成。提供了 400 多種(FME 2017)轉(zhuǎn)換函數(shù)，主要數(shù)據(jù)操作包括：幾何要素操作，多源、多類型數(shù)據(jù)組合，屬性數(shù)據(jù)與幾何要素連接，屬性數(shù)據(jù)操作，要素符號(hào)校準(zhǔn)等，用戶可以通過組合不同的函數(shù)功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理功能[2]。

2.2 技術(shù)路線

“三調(diào)”工作中由于河流、鐵路、公路、管道用地、農(nóng)村道路、林帶和溝渠等線狀地物必須填寫寬度屬性(線狀地物圖斑寬度填寫線狀地物平均寬度)[3-4]，為有效地開展工作，提高工作效率，能既快又好地完成“三調(diào)”工作，基于FME軟件研究線狀地物寬度自動(dòng)提取方法，其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

2.3 實(shí)現(xiàn)方法

由于面積周長(zhǎng)方法簡(jiǎn)單方便，而且基本上能滿足工作的需求，因此項(xiàng)目中采用此方法進(jìn)行線狀圖斑寬度的自動(dòng)提取。在FME軟件中定制線狀圖斑寬度自動(dòng)提取模版，模板中主要使用Tester、AreaCalculator、LengthCalculator、AttributeCreator、AttributeRounder等轉(zhuǎn)換器達(dá)到線狀圖斑寬度屬性自動(dòng)提取填寫的目的，其轉(zhuǎn)換模板如圖2所示。

圖2 線狀圖斑寬度自動(dòng)提取模板

(1)FME Workbench中利用讀模塊(Add Reader)讀取“三調(diào)”數(shù)據(jù)庫中的地類圖斑要素。

(2)地類圖斑要素中利用Tester轉(zhuǎn)換器篩選出鐵路、公路、農(nóng)村道路、溝渠等要計(jì)算寬度的線狀圖斑要素。

(3)利用AreaCalculator和LengthCalculator轉(zhuǎn)換器分別計(jì)算篩選出的線狀圖斑的面積和周長(zhǎng)信息并存儲(chǔ)到S和C屬性字段中。

(4)在AttributeCreator轉(zhuǎn)換器中采用公式5計(jì)算方法計(jì)算篩選出的線狀圖斑的長(zhǎng)度和寬度信息并存儲(chǔ)到L和W屬性字段中，寬度取L和W中的最小值。AttributeRounder轉(zhuǎn)換器可以設(shè)置寬度的小數(shù)精度。

(5)通過AttributeCreator轉(zhuǎn)換器的格式屬性fme_db_operation = update和設(shè)置寫模塊(Add Writer)中的Update/Delete Key Fields = OBJECTID參數(shù)(注意更新關(guān)鍵字段必須唯一)更新源數(shù)據(jù)庫中線狀圖斑寬度的屬性。

(6)運(yùn)行“線狀圖斑寬度自動(dòng)提取模板”實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取線狀圖斑的寬度信息，工作完成后選取了50個(gè)圖斑與人工量取的寬度信息進(jìn)行比對(duì)，其中誤差最小為0，最大為±0.89(表1)。

表1 線狀圖斑計(jì)算寬度與量取寬度對(duì)比

3 結(jié) 語

線狀圖斑寬度屬性的填寫是“三調(diào)”工作中必不可少的一項(xiàng)工作任務(wù)，本文著重闡述了利用FME對(duì)“三調(diào)”數(shù)據(jù)進(jìn)行線狀圖斑寬度自動(dòng)提取的技術(shù)路線、計(jì)算方法及在項(xiàng)目中的應(yīng)用，并給出了其實(shí)現(xiàn)過程。使用本文中“線狀圖斑寬度自動(dòng)提取模板”，操作簡(jiǎn)便、快捷、高效、靈活，無須編程即可實(shí)現(xiàn)線狀圖斑寬度屬性信息的自動(dòng)提取，大大減少了人工工作量，提高了工作效率。