面向地理國情監測的多源地理信息整合

謝艾伶，楊海明，朱 熙

（1.國家測繪地理信息局 重慶測繪院，重慶 400015）

地理國情監測是利用現代測繪技術，綜合各時期已有測繪成果檔案，對地形、水系、地表覆蓋、道路、城鎮等要素進行動態和定量化、空間化的監測，并統計分析其變化量、變化頻率、分布特征和變化趨勢等，形成反映各類資源、環境、生態、經濟要素的空間分布及其發展變化規律的監測數據、地圖圖形和研究報告[1,2]。

城鎮化進程監測是典型地理國情監測試點內容之一。近年來，面向城市擴張監測的城市建成區和城市用地規模變化分析等研究獲得了有益的成果[3-6]；而隨著地理國情監測工作的開展，基于地理國情監測的城鎮化進程監測也進行了探索性的研究，為重點區域地理國情監測提供了一定的示范作用[7-10]。這些研究基本都是利用多時相的遙感影像數據，借助RS、GIS技術完成城市擴張監測工作的，而目前以基礎地理信息數據和遙感數據為數據源，經過對比分析完成城市擴張監測的研究還較少。本文以充分利用各時期已有的測繪成果數據為目的，結合萬州區中心城區擴張監測，采用FME、RS技術來進行多源異構地理信息數據的快速、無損整合提取研究。

1 城鎮化進程監測內容與指標

1.1 研究區概況

以重慶市萬州區中心城區為研究區（見圖1）。萬州是長江十大港口之一，三峽庫區經濟、教育、文化、交通樞紐中心。全區幅員面積3 457 km2，轄 52個鄉鎮、街道；總人口175萬人，城區人口80萬人，是重慶市人口最多、城市體量最大、管理單元最多的區縣，為重慶第二大城市。近年來，萬州區的城鎮化建設快速發展，城市面貌日新月異，針對萬州區中心城區開展城鎮化進程監測具有重要意義。

1.2 監測內容與指標

根據萬州區城鎮化進程監測工作的實際，確定其監測內容為：典型城市用地類型的變化、中心城區的建成區變化和交通路網的布局密度變化，監測指標見表1。

表1 監測內容與指標表

參照萬州區城鎮化進程監測的內容和指標，分析得出：通過對多源異構地理信息數據進行整合研究，需獲得的整合成果包括典型城市用地、行政區劃界線、建成區、交通路網數據和人口經濟等專題數據。

2 多源地理信息數據整合方案

多源地理信息數據是指不同行業或部門因各自需求，在不同時間、通過不同手段，針對同一區域獲得的不同尺度的矢量數據、遙感影像數據以及屬性數據[11]。集成多源地理信息數據的方法有數據格式轉換法、數據互操作法和直接數據訪問法3種，都是利用GIS軟件已有功能或基于GIS軟件進行二次開發來實現的，且都存在各自的弊端[12]。本文提出一種基于FME、RS技術實現多源地理信息數據整合的技術方案。

2.1 FME簡介

FME是加拿大Safe Software公司開發的海量空間數據轉換處理系統，可用于讀、寫、存儲和各種空間數據、屬性數據轉換。FME基于OpenGIS組織提出了新的數據轉換理念“語義轉換”，通過提供在轉換過程中重構數據的功能，實現了超過250種不同空間數據格式（模型）之間的轉換。利用FME實現多源地理信息數據的整合是目前最佳的選擇。

2.2 整合技術流程

通過對數據源的分析研究，采用FME、RS技術，實現了萬州區中心城區城鎮化進程監測的多源數據整合，如圖2所示。

2.3 多源地理信息數據整合

2.3.1 數據源

以覆蓋萬州區中心城區的基礎測繪成果數字化地形圖和高分辨率遙感影像為數據源，包括1∶2 000 dwg格式的DLG成果，坐標系統為萬州獨立坐標系；1∶10 000 dgn格式的DLG成果，其坐標系統為西安1980的3°帶坐標系，DLG成果數據的生產時間為2003年；影像分辨率0.5 m的WorldView遙感影像，成像時間為2012年；從相關職能部門收集的人口、經濟等專題數據。

2.3.2 數據預處理

數據預處理主要針對2001年監測年點的DLG成果，進行數據范圍統一、數據格式轉換、數據檢查、數據拼接、數據修改完善、空間坐標系統統一、要素類型分類代碼設計等工作，其中要素類型的分類代碼參照GB/T 13923-2006《基礎地理信息要素分類與代碼》進行編制。預處理工作是利用編寫FME方案實現的，下面以數據的坐標系統轉換為例說明FME方案編寫工作。采用的DLG成果有2種坐標系統：萬州獨立坐標系和西安1980的3°帶坐標系；從相關職能部門收集了2套坐標系統轉換的公共點，存為Excel格式；在FME Workbench里面編寫方案，主要采用AffineWarper（仿射變換）函數實現，轉換后數據可存為dwg或shp文件，也可直接入庫成gdb文件，見圖3。

2.3.3 DLG數據整合提取

DLG數據整合提取的數據源為經過數據預處理后的1∶2 000和1∶10 000的DLG數據，文件格式為dwg，空間參考由西安1980的1∶2 000 DLG數據整合獲得。

1）行政境界。受10 a前制圖規范、方式和表達的限制，1∶10 000 DLG成果中的行政境界線存在一定程度的跳繪、斷繪情況，導致其界線不連貫。提取行政界線的首要工作就是在dwg文件中把界線不連貫的地方根據相應的要素走向進行連接處理，然后參照圖廓間的境界、線界端注記生成文字注記，放置到相應的政區范圍內；再參考最新的萬州區政區和境界資料進行更新處理，以保證其現勢性；最后利用FME定制方案，通過構面、屬性掛靠處理獲得政區、境界數據。

2）典型城市用地。結合數據源的實際情況，選取的典型城市用地主要分為水系、道路、植被和居民地4大類。整合前的數據為*.dwg數據，該類數據是以多種要素的外圍線合起來表示面狀要素的，并沒有真正的面狀要素，FME程序不能自動判斷哪些要素的外圍線能構成哪類面狀要素；對于這種合圍的面狀要素，很多地方并沒有閉合，從圖面看并不是封閉的面要素。因此，對于典型城市用地的整合提取，需對原始的*.dwg數據進行構面預處理。

基于AutoCAD和FME開發的典型城市用地的整合提取流程如下：①按照不同類的典型城市用地進行分層處理，采用基于AutoCAD二次開發的構面預處理模塊，將相關的要素外圍線提取復制到相應圖層，對不封閉的要素需添加輔助線，保證外圍線閉合[13]；②基于FME編寫構面提取入庫程序，并附加相關的要素屬性，將各類典型城市用地的要素結構和要素屬性分層寫入gdb數據庫中；③在FME里面編寫要素間的拓撲關系檢查程序，包括面重疊和面縫隙檢查，并針對拓撲錯誤編寫自動批量修改程序，對于粗差需人工干預修改。

3）建成區。嚴格參照GB/T 50280-98《城市規劃基本術語標準》中對城市建成區的定義，針對萬州區的布局特點，在已經獲得的典型城市用地的基礎上，采用FME編寫程序進行建成區的提取：①設定面積閾值，把面積大于閾值的居民地面要素提取出來；②利用空間關系判定SpatialRelator函數把提取的居民地面相鄰的道路面提取出來；③把提取的居民地面和道路面合圍起來的水系面、植被面提取出來，但需扣除長江；④將提取后的各面要素合并，形成初始建成區，最后參照1∶2 000 DLG數據，對初始建成區進行外圍局部修改，獲得萬州區中心城區的建成區范圍。

4）路網數據。為了便于城鎮化進程監測的交通路網統計分析，所用路網數據是以道路中心線表示的。路網數據提取也在已經獲得的典型城市用地的基礎上進行，針對其中的道路面，在FME方案中主要用CenterLineReplacer函數來提取道路面的中心線，然后進行局部修改即可。比起直接在AutoCAD中畫道路中心線，該方法能較大幅度地縮短生產時間。

2.3.4 遙感影像分類提取

針對2012年的WorldView遙感影像，利用1∶10 000地形圖數據，經過幾何精校正、影像配準、圖像鑲嵌等影像預處理后，采用最大似然監督分類方法對圖像進行典型城市用地分類提取，同樣將地物分為水系、道路、植被和居民地，在分類提取后，再對分類結果圖像根據設定的閾值進行小面元去除處理。最大似然監督分類方法也是提取建成區的另一有效手段，針對0.5 m分辨率的WorldView影像，其提取精度較高。對于路網數據，同樣采用FME編寫程序，在基于影像分類獲得的典型城市用地中的道路面的基礎上提取道路中心線而來。

2.3.5 專題數據整合

基于萬州區城鎮化進程監測的內容和指標，針對收集的人口、經濟等專題數據，采用FME定制程序，建立空間匹配模型，實現面、線狀統計數據的空間化，對于點狀統計數據，建立統一的地理編碼和地物編碼，實現點狀統計數據的空間化；針對需要和區縣級行政區劃、鄉鎮級行政區劃進行整合分析的統計數據，通過疊加分析和屬性掛接來實現數據整合；對專題空間數據，進行數據格式轉換、坐標系統統一和實體化整合，并制定空間統一要素編碼，實現要素一致性管理。

2.3.6 數據入庫與管理

采用FME定制方案，將DLG數據整合提取成果數據、遙感影像分類提取成果數據、整合后的專題數據，按照統一、規范的數據庫入庫要求，完成數據入庫工作，分別形成gdb格式的本底數據庫、監測數據庫和專題數據庫，2個監測年點的建成區如圖4、圖5所示；并采用Oracle數據庫和ArcSDE集中統一管理各成果數據，提高數據管理和數據利用的效率。

3 結 語

結合萬州區中心城區的城鎮化進程監測，利用FME具有的可快速處理多源和海量地理信息數據、能定制重復利用的程序方案等特性和先進的遙感圖像處理技術，簡要介紹了多源異構地理信息數據的整合提取方案和技術流程。研究表明，該整合提取方法是一種高效實用的數據處理方法，可為典型地理國情監測提供多源異構地理國情信息整合方面的技術支持，有效推進地理國情監測事業的發展。

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