基于FME在礦產(chǎn)資源審計(jì)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

段彩梅，王少寧

（1.蘭州市勘察測(cè)繪研究院，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州煤礦設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

自然資源資產(chǎn)審計(jì)是黨中央關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)要求的具體體現(xiàn)，是堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，自然資源審計(jì)可以促進(jìn)自然資源資產(chǎn)節(jié)約利用和生態(tài)環(huán)境安全。目前環(huán)境保護(hù)問題和自然資源合理利用已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，習(xí)近平同志關(guān)于生態(tài)文明思想和自然資源管理的重要論述均明確指出“保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力，改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力”。

自2015年開展自然資源資產(chǎn)審計(jì)以來，我國建立全新的審計(jì)系統(tǒng)，對(duì)自然資源資產(chǎn)有效利用率有明顯提高，與傳統(tǒng)自然資源資產(chǎn)審計(jì)主要以“資產(chǎn)”和“負(fù)債”為主的自然資源資產(chǎn)負(fù)債表為審計(jì)對(duì)象相比，全新一代自然資源資產(chǎn)審計(jì)的資料和對(duì)象往往以地理信息數(shù)據(jù)為主，利用地理信息技術(shù)和測(cè)繪地理信息成果，通過定位、空間分析、影像比對(duì)等方法提取和綜合評(píng)估自然資源資產(chǎn)的數(shù)量、質(zhì)量以及屬性信息等，以客觀數(shù)據(jù)的形式作為審計(jì)對(duì)象，更加直觀、立體，更適用于多維度審計(jì)。

矢量數(shù)據(jù)作為礦山遙感監(jiān)測(cè)最重要的成果數(shù)據(jù)之一，記錄著礦山資源最為重要的空間位置信息及其相應(yīng)的屬性信息［1］。地理信息系統(tǒng)（GIS）在土地、礦產(chǎn)、森林、草原、濕地、水資源、海域資源等重要自然資源資產(chǎn)專項(xiàng)審計(jì)中的利用率越來越高。以A市為例，A市提供的一部分被審計(jì)對(duì)象為xls表格的復(fù)雜文本坐標(biāo)數(shù)據(jù)（礦權(quán)登記范圍.xls），此類數(shù)據(jù)的常規(guī)處理流程為：先將xls表格的復(fù)雜文本坐標(biāo)數(shù)據(jù)空間矢量化后，將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)，再將點(diǎn)轉(zhuǎn)換為線，然后線轉(zhuǎn)面，同時(shí)掛接表格的其他屬性（礦權(quán)名稱、礦權(quán)許可證等），再通過遙感或航空影像對(duì)比，進(jìn)行空間分析，最后輸出對(duì)比成果。如果這項(xiàng)空間矢量化工作人工一一處理，則會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，增加勞動(dòng)工作量，并且由于數(shù)據(jù)繁雜無規(guī)律，導(dǎo)致人為出錯(cuò)率高，數(shù)據(jù)合格率較低，需要多次校對(duì)修改，才能開展下一步工作，這樣也就造成審計(jì)時(shí)間延長，總體工作效率低下。

GIS數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，會(huì)涉及多個(gè)軟件同時(shí)使用和各種煩瑣的操作步驟，在數(shù)據(jù)管理、流程化定制及數(shù)據(jù)維護(hù)方面存在很大的不足，而FME（Feature Manipulate Engine，加拿大Safe Software公司開發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)）基于轉(zhuǎn)換器組合執(zhí)行的定制模板化的任務(wù)工作流，省去數(shù)據(jù)在多個(gè)軟件間進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出、轉(zhuǎn)換等操作步驟，可以有效地縮短GIS數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，大大提高作業(yè)效率。實(shí)時(shí)化的成果導(dǎo)出預(yù)覽，可以快速檢查數(shù)據(jù)輸出的有效性、正確性，如果不滿意可及時(shí)調(diào)整工作流的作業(yè)方案，得到符合用戶需求的最終成果。

1 FM E數(shù)據(jù)應(yīng)用

本論述利用FME對(duì)礦產(chǎn)資源資產(chǎn)管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)審計(jì)調(diào)查中被審計(jì)對(duì)象A市所提供的“礦權(quán)登記范圍.xls”表格的復(fù)雜文本坐標(biāo)數(shù)據(jù)及屬性進(jìn)行模板化處理，F(xiàn)ME（Feature Manipulation Engine）是解決數(shù)據(jù)互操作問題的一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和變換工具?；ゲ僮骺梢岳斫鉃橥ㄐ牛╟ommunication）即通過共享和分發(fā)數(shù)據(jù)，透明的使用數(shù)據(jù)的能力。FME是一款用于空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)加載、轉(zhuǎn)換、集成、導(dǎo)出、共享的產(chǎn)品，支持超過325種數(shù)據(jù)格式，是世界領(lǐng)先的空間數(shù)據(jù)交換與共享技術(shù)，支持的數(shù)據(jù)格式覆蓋GIS、CAD、BIM、點(diǎn)云、XML、柵格、數(shù)據(jù)庫等［2］，軟件在礦產(chǎn)數(shù)據(jù)分析過程中充分利用FME技術(shù)對(duì)復(fù)雜xls坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理，減少了人為干預(yù)，提高作業(yè)效率和數(shù)據(jù)正確率?？臻g矢量化工作利用該模板批量處理，再對(duì)比影像，空間分析，輸出最終成果，對(duì)審計(jì)部門開展審計(jì)工作提供高效的、無差錯(cuò)的底層技術(shù)支持。

在“礦權(quán)登記范圍.xls”表格的復(fù)雜文本坐標(biāo)數(shù)據(jù)中，xls列表中多數(shù)情況下是一個(gè)礦權(quán)名稱對(duì)應(yīng)一條信息記錄，一個(gè)礦權(quán)信息記錄所在的單元行中存儲(chǔ)一組坐標(biāo)對(duì)；有時(shí)也存在一個(gè)礦權(quán)名稱對(duì)應(yīng)多個(gè)信息記錄，這是由于該礦權(quán)名稱存在多個(gè)獨(dú)立的范圍面，故一個(gè)礦權(quán)存儲(chǔ)的信息記錄所在單元行中存在多組坐標(biāo)對(duì)，共同構(gòu)成該礦權(quán)的完整范圍?！暗V權(quán)登記范圍.xls”文件見表1所列（本論述樣例坐標(biāo)均以虛擬坐標(biāo)顯示）。

利用FME（Feature Manipulation Engine）研究制作統(tǒng)一模板，對(duì)表1中的4條礦權(quán)信息存儲(chǔ)的坐標(biāo)及屬性進(jìn)行批量處理，減少坐標(biāo)數(shù)據(jù)的人為干預(yù)，極大地降低了出錯(cuò)率，提高了空間化效率及成果準(zhǔn)確率。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

FME模板方法研究之前，需要人工對(duì)“礦權(quán)登記范圍.xls”表格數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使數(shù)據(jù)有規(guī)律性、可循性，研究的模板就有通用性。被審計(jì)對(duì)象A市所提供的“礦權(quán)登記范圍.xls”表格數(shù)據(jù)中，每個(gè)單元格中的坐標(biāo)屬性有的呈規(guī)律性，有的沒有規(guī)律性，有的記錄1個(gè)范圍面，有的記錄多個(gè)范圍面。這樣的表格就會(huì)呈現(xiàn)屬性雜亂，無規(guī)律可循，該數(shù)據(jù)處理起來存在一定難度，需要加入一些特定的字符或字符串，使FME能準(zhǔn)確分辨坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息。

對(duì)“礦權(quán)登記范圍.xls”存儲(chǔ)的一條記錄的坐標(biāo)單元格中存在多個(gè)范圍面的使用特殊符號(hào)“\”（可用其他符號(hào)“//”等替代）標(biāo)識(shí)處理，即在一個(gè)范圍面的最后一個(gè)坐標(biāo)之后手動(dòng)增加“\”（可用其他符號(hào)“//”等替代）符號(hào)。

比如表1中，第一條記錄中的開頭“1，6”表示礦權(quán)范圍由一個(gè)范圍組成，第一個(gè)空間面由6個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)組成；“1，6229646.44，5936523.92”表示第一個(gè)點(diǎn)的X Y坐標(biāo)是“6229646.44，5936523.92”，以此類推；“60，70\1”表示礦權(quán)標(biāo)高60 m～70 m，“1”表示構(gòu)面完成。

表1 礦權(quán)登記范圍表

3 FM E模板設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理流程

本論述利用FME Workbench 2020.0設(shè)計(jì)模板，F(xiàn)ME Workbench是FME（Feature Manipulation Engine）中定義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)變換的最主要工具，它有一個(gè)直觀的圖形界面，將轉(zhuǎn)換方法以圖形方式描述數(shù)據(jù)流。FME中有很多轉(zhuǎn)換器，每次只使用一個(gè)往往并不能得到目標(biāo)數(shù)據(jù)成果，類似于計(jì)算機(jī)編程語言VB（Vi?sual Basic），F(xiàn)ME是結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮?，用戶?jīng)常需要把多個(gè)轉(zhuǎn)換器組合或連接來使用，這樣就可以達(dá)到很好的使用效果。一系列轉(zhuǎn)換器以圖形化的方式表示整體工作流程，是FME中的一個(gè)重要概念，同時(shí)也是數(shù)據(jù)處理流程設(shè)計(jì)最直觀的表達(dá)方式，可以很方便的調(diào)整，增加或者刪減模塊，即將編程語言模式被圖形化的方式替代，如圖1所示。

圖1 FME Workbench界面數(shù)據(jù)流

本論述中處理的要素類型為表格。通過FME研究制作流程模板，對(duì)表格進(jìn)行處理，快速準(zhǔn)確地提取礦權(quán)范圍，研究流程如圖2所示。

圖2 研究流程圖

3.1 模板設(shè)計(jì)

此項(xiàng)工作為FME軟件應(yīng)用中的核心步驟，它不僅體現(xiàn)了作業(yè)人員的數(shù)據(jù)處理思路，同時(shí)把該思路以若干個(gè)轉(zhuǎn)換器相互連接的方式直觀地表現(xiàn)出來。不同的數(shù)據(jù)類型或者格式有不同的處理方法和流程，同一種數(shù)據(jù)類型或者格式用不同流程處理，得到的結(jié)果也往往不一致。因此要求作業(yè)人員思路清晰，目標(biāo)明確，對(duì)常用轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)和功能要有一定程度的掌握，做到能夠熟練運(yùn)用。

3.2 提取坐標(biāo)

（1）利用counter工具（為要素添加一個(gè)數(shù)值屬性并為其賦值。每個(gè)后續(xù)要素的值通過此轉(zhuǎn)換器后依次遞增——即記錄通過的要素個(gè)數(shù)并將其過程值賦給要素）對(duì)XLS中的每條記錄進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)屬性A［3］，以便后續(xù)進(jìn)行屬性掛接（GIS）。如果XLS表有唯一屬性可區(qū)分的，本步驟可忽略。

（2）利用AttributeSplitter工具（把選擇的屬性分離成一個(gè)屬性列表。列表中的每一項(xiàng)都包含一個(gè)從列表中分離出的單獨(dú)分離值。例如，可以用這個(gè)轉(zhuǎn)換器，把一個(gè)含有分隔逗號(hào)列表的屬性分離成幾個(gè)組成部分）對(duì)坐標(biāo)屬性列按照“\”符號(hào)屬性進(jìn)行分割，提取XLS坐標(biāo)列的礦權(quán)范圍面?zhèn)€數(shù)，見表2所列。此時(shí)分離出的列表為C，再對(duì)每個(gè)面C進(jìn)行“counter”唯一標(biāo)識(shí)屬性B（即面序號(hào)）。

表2“坐標(biāo)”屬性值分割列表C

（3）利用ListExploder工具（暴露輸入要素的列表中的每個(gè)成員到各自的要素中）對(duì)上述2的步驟分離出的列表（表2）進(jìn)行一（多）個(gè)面的坐標(biāo)屬性進(jìn)行暴露，暴露出的屬性信息為列表D，見表3所列。

表3 列表C屬性值暴露的列表D

（4）利用AttributeSplitter工具對(duì)列表D按照“，”符號(hào)進(jìn)行屬性分割，分割后的坐標(biāo)列XY坐標(biāo)為列表E，見表4所列。

表4 分割列表D屬性后的列表E

（5）再次將列表E進(jìn)行屬性暴露ListExploder。暴露后通過Tester工具（評(píng)估要素的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試條件，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果決定要素的輸出。判斷可由任何FME允許的操作符組成）提取XY坐標(biāo)，對(duì)XY坐標(biāo)做唯一標(biāo)識(shí)F。經(jīng)過FeatureMerger工具（將屬性/幾何圖形從一個(gè)要素移動(dòng)到另一個(gè)要素）將A、B，F(xiàn)屬性一致的進(jìn)行屬性掛接，將XY分為兩列屬性，見表5所列。

表5 XY坐標(biāo)分為兩列屬性表

3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)面

利用VertexCreator工具（將坐標(biāo)附加到null、點(diǎn)、文本、線和弧段幾何圖形上，或用點(diǎn)對(duì)象替換已有幾何對(duì)象）對(duì)暴露的每條記錄轉(zhuǎn)為矢量空間點(diǎn)（即ArcGIS中“添加XY坐標(biāo)”工具），LineBuilder工具（將點(diǎn)或線連接為更長的線，不移除有重大意義的結(jié)點(diǎn)）將點(diǎn)按A、B創(chuàng)建線（即ArcGIS中“點(diǎn)集轉(zhuǎn)線”工具），LineCloser工具（通過添加起始節(jié)點(diǎn)作為終節(jié)點(diǎn)，將輸入的線要素轉(zhuǎn)換成面）將線進(jìn)行面閉合（即ArcGIS中“要素轉(zhuǎn)面”工具），然后將成果輸出為shp或gdb格式［4］，如圖3～5所示。

圖3 空間矢量化流程圖

圖4 空間矢量化成果示意圖

圖5 空間矢量化成果在ArcGIS中的示意圖

4 實(shí)例小結(jié)

本次數(shù)據(jù)以被審計(jì)對(duì)象A市提供的“礦權(quán)登記范圍.xls”表格的4條復(fù)雜文本坐標(biāo)數(shù)據(jù)及屬性表為例，通過對(duì)表格的預(yù)處理、分割、暴露、關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)點(diǎn)、轉(zhuǎn)線、轉(zhuǎn)面等方法，研究制作本模板，批量對(duì)xls中不規(guī)則坐標(biāo)列進(jìn)行空間矢量化。應(yīng)用結(jié)果表明，使用FME軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，表格至空間矢量數(shù)據(jù)僅耗時(shí)11.1 s，快速、高效、準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，有效解決了實(shí)際問題，極大地提高了工作效率。

圖6 FEM處理數(shù)據(jù)耗時(shí)圖

5 結(jié)論

本論述列舉了FME軟件在表格數(shù)據(jù)處理中的一些常見應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)FME在表格（GIS）數(shù)據(jù)處理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。流程化作業(yè)、可視化預(yù)覽、零代碼維護(hù)、實(shí)時(shí)性更新、多源數(shù)據(jù)集成等特點(diǎn)使得FME在提高表格（GIS）數(shù)據(jù)處理作業(yè)效率及成果質(zhì)量、降低數(shù)據(jù)維護(hù)更新成本等方面發(fā)揮重要作用。利用FME軟件進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新和探索，能為各種項(xiàng)目提供快速的數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)及輸出，規(guī)避因大量人工參與而導(dǎo)致的效率低且易錯(cuò)遺漏等問題，有效解決人工重復(fù)、煩瑣的數(shù)據(jù)處理、比對(duì)分析及錄入輸出等過程，能大大提高作業(yè)人員的工作效率，節(jié)省寶貴的時(shí)間和人工成本［5］。

FME具有模塊化、可視化等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)用戶的不同需求，對(duì)處理方式、處理過程進(jìn)行自主組合［6］，通過研究制作數(shù)據(jù)流模板，經(jīng)過數(shù)據(jù)拆分、組合、轉(zhuǎn)換，快速、準(zhǔn)確、高效地將表格數(shù)據(jù)無損、無錯(cuò)誤地轉(zhuǎn)換為空間矢量數(shù)據(jù)，提高了自然資源資產(chǎn)審計(jì)工作中數(shù)據(jù)整合效率，為自然資源資產(chǎn)審計(jì)工作提供了高效快速的解決方案。

通過本次實(shí)踐，在實(shí)施自然資源資產(chǎn)審計(jì)時(shí)，利用FME方法，對(duì)礦產(chǎn)資源的范圍、類型、空間分布情況以及圖斑變化情況進(jìn)行空間分析，并以空間地圖的方式呈現(xiàn)分析結(jié)果。通過地理信息技術(shù)發(fā)現(xiàn)、核實(shí)審計(jì)區(qū)域內(nèi)自然資源資產(chǎn)管理利用出現(xiàn)的問題，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，借助地理信息技術(shù)，提高審計(jì)工作效率，實(shí)現(xiàn)自然資源資產(chǎn)審計(jì)方法的轉(zhuǎn)型升級(jí)［7］。