基于FME的天地圖廣西矢量數據融合質量控制方法研究

廖珊珊

摘 要：為加強天地圖廣西矢量數據融合的質量控制，本文借助FME矢量數據處理方面高效便捷的空間拓撲運算分析能力，按照數字測繪成果質量檢查與驗收的嚴格要求，總結出一套天地圖廣西數據質量控制的方法，著重討論從空間位置、幾何形狀、拓撲關系及屬性要素等方面分析矢量要素的精度指標與邏輯一致性。

關鍵詞：FME 天地圖 數據融合 質量控制 矢量

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（a）-0017-04

天地圖是由國家、省、市三級節點構成的國家地理信息公共服務平臺。隨著天地圖應用的日益廣泛與深入，采用“超鏈接”和“服務聚合”的方式已無法滿足跨?。ㄊ校┯?、跨層級（國家、省、市）的地理實體與地名地址查詢、專題信息掛接、綜合統計分析等應用需求。為此，國家測繪地理信息局于2013年啟動國家、省、市節點同構試點，旨在通過節點間的基礎設施與服務平臺軟件同構與數據融合，實現更深層次的分布式信息資源集成與協同服務，并為未來基于云架構的分布式服務資源動態調度奠定基礎[1]。依據國家統一的數據模型和數據標準，采用最新“天地圖廣西”節點數據、國家主節點數據、數字城市數據、基礎地理信息數據、第一次全國地理國情普查數據以及數據說明資料作為數據源，進行“天地圖廣西”數據融合生產，并根據相關測繪成果保密要求解密，形成符合國家天地圖技術標準的天地圖框架數據集[2]。

開展天地圖廣西數據融合的意義，一是各級政府部門和社會公眾對權威、可靠的地理空間信息服務的需求與日俱增，傳統的GIS系統開發和資源投入方式已不能適應當今信息時代的飛速發展。二是充分融合多源數據，數據融合是節點同構的一項重要基礎性工作，通過整合各級節點的數據資源以達到資源合理配置、豐富數據內容、增強現勢性及實用性的目的，實現國家、省、市數據資源優勢互補，改進測繪地理信息成果的服務方式，進一步提高測繪地理信息公共服務能力和水平。三是省級節點數據融合在廣西尚屬先例，可為市級節點數據融合提供示范性作用及指導性參考。

1 天地圖數據融合內容和質量控制原則

1.1 數據質量控制的內容

天地圖廣西數據融合內容包括矢量數據、影像數據和地名地址數據。由于篇幅關系，本文著重討論矢量融合數據的質量控制。控制矢量數據融合的質量，著重檢測多比例尺下矢量要素空間參考系、空間位置和屬性精度的融合是否達到數據標準。

1.2 數據融合質量控制原則

1.2.1 空間參考系

統一坐標系統、高程基準、地圖投影各參數，經過坐標系統轉換的數據源在平面位置上仍存在較大誤差時，依據精度較高的數據源對精度較低數據源進行幾何糾正。

1.2.2 精度指標

（1）位置精度要求。

不同來源的數據平面位置精度不一致時，原則上以精度高的數據為準。

（2）時間精度要求。

不同來源的數據現勢性不一致時，以現勢性高的數據為準。

（3）屬性精度要求。

屬性精度保留原始數據屬性信息，不同數據源中同名地物要素的相同屬性項取值不一致時，依據現勢性、準確性等進行一致性處理，分類要素與取值范圍符合要求。

1.2.3 邏輯一致性要求

檢查概念一致性、格式一致性、拓撲一致性，各類信息邏輯一致。地理實體數據成果幾何精度整合過程中與源數據精度一致，不同來源的數據幾何表達精細度不一致時，以精細度高的數據為準，同時成果數據要素空間關系正確[3]。

1.2.4 表征質量檢查

幾何表達與地理表達合理。

1.2.5 數據完整性要求

融合處理時利用不同數據源的信息進行要素增補，融合后的成果數據盡可能完整保留數據源中的相關信息，檢查多余或遺漏的矢量要素及其屬性要素。

2 天地圖廣西矢量數據融合質量控制

2.1 技術流程

天地圖廣西矢量數據融合質量控制，是基于FME轉換器，在Workbench中通過可視化建模方式，將兩種不同類型的數據建立映射關系，實現多源矢量數據中線面要素在不同比例尺上的一致性檢測，以及驗證空間及屬性數據在質量控制范圍內的正確性，其技術流程如圖1所示。

2.2 數學基礎檢查

天地圖省級節點矢量數據的多源節點同構，會出現多種不同坐標系統的數據融合情況，數學基礎正確性檢查是基本要求。將其他坐標系轉為2000國家大地坐標系，編寫基于WKT（Well-Known Text）的定義與轉換坐標系統的主要代碼，用于表示矢量幾何對象、空間參照系統及空間參照系統之間的轉換。本文使用OGC制定的地理空間數據標準格式進行編寫：

= GEOGCS[“”，， ，]

主要代碼如下：

GEOGCS["GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000"，

DATUM["D_China_2000"，

SPHEROID[""CGCS2000"，6378137.0，298. 257222101]]]

PEIMEM["Greenwich"，0.0]

UNIT["Degree"，0.0174532925199433]]，

AUTHORITY["EPSG"，4490]]（EPSG空間參照系統ID與OGC標準中空間參照系統的SRID一致，故此處寫入主代碼）

在FME Workbench中調用CoordinateSystemFetcher轉換器，實現坐標系統的檢查。

2.3 精度指標與邏輯一致性檢查

同一地物不同尺度地物呈現不一樣的表現形式。例如，同一條河流，在較大比例尺中呈面狀表示，在較小比例尺中呈單線表示；同一片街區，在較大比例尺中呈面狀表示，在較小比例尺中呈線狀或點狀表示。因此，要描述同一空間位置不同尺度不同形態要素的邏輯關系，進而加入時間維度分析二者間的一致性，得出現勢性最強、位置精度最高的地物要素，必須同時從空間位置、幾何形狀、屬性要素、拓撲關系4個方面制定變化標準的判定規則。

首先定義與判定規則匹配的4個相似度參數（Space、Geometry、Topology、Semantic），分別為空間相似度、幾何相似度、拓撲相似度和語義相似度，配置這4個參數的權重來計算匹配要素間的要素相似度（Object），通過設定要素相似度閾值來界定目標匹配的情況，從而根據匹配類型及一致性檢測評價規則判定一致性檢查結果。

本節提取天地圖廣西矢量融合水系線面層（HYDLN、HYDPL），參照不同的水系源數據，從空間位置、幾何形狀、屬性要素、拓撲關系4個方面對源數據與目標數據進行一致性匹配分析檢查。將不同尺度水系數據的線與線、面與面、線與面進行對比發現，水系線與面在不同尺度上進行一致性匹配的情況最為復雜，本節將重點討論該情況。首先建立水系目標數據線要素的緩沖區A，接著與源數據水系面要素集B對比匹配，一是空間疊加面積重疊度檢查水系融合要素空間位置精度是否超限；二是空間分析拓撲距離檢查水系融合后拓撲關系是否改變；三是提取源數據水系面中軸線與目標水系數據比對檢查幾何形狀是否變形；四是構建標準屬性結構表匹配相關屬性要素信息檢查屬性要素檢查是否準確，從而分別計算出空間相似度、拓撲相似度、幾何相似度以及語義相似度，進而建立線面要素間匹配目標集，根據匹配類型分析要素變化情況，從而檢測要素的精度指標及一致性。以下將不同尺度的源數據與目標數據的矢量線面要素進行一致性檢查。

2.3.1 空間位置檢查

對天地圖廣西矢量數據進行空間位置分析，可利用FME Workbench建立線要素集緩沖區及計算面要素集面積值的轉換器分別為Buffer和AreaCalculator，而后計算面積重疊度用轉換器AreaOnAreaOverlayer、Tester和AreaCalculator來實現。計算緩沖區面積值轉換器如圖2所示。

轉換器經過函數計算導出檢查結果有可標志性，如圖3所示，高亮顯示的較小比例水系線經計算面積重疊度小于閾值，則認為在空間位置上發生了變化，而右上角的水系線面積重疊度大于閾值，盡管形狀與較大尺度水系面未完全吻合，仍認為在空間位置上未發生變化。

2.3.2 幾何形狀檢查

線與面要素進行目標匹配時，主要考慮長度特征，獲取線與面要素匹配集中面要素的中軸線長度之和，計算匹配集中線要素長度與面要素中軸線長度之和的差異。線與面要素匹配情況一般發生在線要素為較小比例尺地形圖中的要素且面要素為較大比例尺地形圖中的要素。

在不同的匹配模式下，對不同的長度參數變量值之間的比較會導致不同的一致性檢測結果，幾何相似度的計算是在線面要素匹配集中，線要素與面要素中軸線長度之差與二者中較大長度值的比值，該值與1差值的絕對值即為幾何相似度。在幾何形狀分析過程中，用到了轉換器CenterLineReplacer、LengthCalculator、FeatureMerger、GeometryRemover。

2.3.3 拓撲關系檢查

線與面要素的拓撲關系是在待匹配候選集中的線要素構建緩沖區之后，線要素緩沖區與待匹配候選集中面要素之間的拓撲距離。拓撲相似度的計算需要TD（A，B）和經驗參數，比對空間分析結果，對拓撲距離進行賦值，從而計算拓撲相似度，用來表征線與面要素之間的拓撲關系變化。經過空間疊加分析后，結合待匹配的線面拓撲關系，建立線面要素間目標匹配候選集以備映射匹配。

拓撲關系包括單層線要素之間、單層面要素之間、多層線要素間、多層面要素間以及多層線面要素間的關系，在目標匹配候選集里，計算拓撲相似度，輸出檢查結果如圖4所示，可檢查出水系面要素之間拓撲錯誤。

2.3.4 屬性要素檢查

根據天地圖省級節點數據屬性要求，定義線和面要素的相關屬性字段，建立標準屬性結構表。

源數據中不同尺度的線面要素的屬性字段及要素編碼有相似的部分，因而必須對語義相似度進行分析。利用Levenshtein距離算法，計算兩個字符串間的差異程度的字符串度量。Levenshtein距離就是從一個字符串修改到另一個字符串時，其中編輯單個字符（比如修改、插入、刪除）所需要的最少次數。

通過匹配語義相似度，可以檢查出屬性精度的分類正確性及屬性正確性，檢查出要素分類代碼與屬性值錯漏的個數，必填項和特殊項均寫入代碼檢查出來。

2.3.5 要素相似度

要素相似度由空間相似度、幾何相似度、拓撲相似度和語義相似度這4個參數加權平均得出的，對于不同的權重分配，會得到不同的要素相似度值，從而獲取不同的最佳目標匹配要素。文中不同尺度的源數據經過數據分析后設定不同的數據參數，且依據天地圖廣西數據融合項目要求，比對不同尺度的矢量數據實際差異情況經測試和驗證，得到與實際圖形情況相符效果最好的一組權重分配取值。

2.4 表征質量檢查

表征質量檢查的是，幾何形態反映的準確度及對要素地理形態反映的準確度，也要考慮到符號及注記使用的正確性，該項檢查人工干預比較大，此處不贅述。

2.5 數據完整性

數據完整性可以使用轉換器將源數據與目標數據寫入Workbench加進工作流對比分析，可檢查出含有多余或缺少應包含的要素。

3 結語

綜上所述，筆者生產實踐后，運用FME能在數據再加工及處理的過程中，高效地控制天地圖省級節點矢量融合數據的質量。在天地圖各級節點融合項目的開展中，將上述轉換器封裝成一個檢查平臺，將檢查平臺與數據處理工作有效地結合，能使檢查結果具有實效性和可標記性，在滿足成果精度要求的基礎上，節約了檢查工作的時間成本和人工成本，提高了數據質量和工作效率，為天地圖融合項目的順利實施提供了質量保證。

參考文獻

[1] 國家測繪地理信息局.天地圖分布式數據中心建設與數據融合示范[Z].

[2] 國家信息局測繪標準化研究所.GB/T 18316-2008，數字測繪成果質量檢查與驗收[M].中國標準出版社，2008.

[3] 熊登亮，貴仁義，趙俊三.基于FME的空間數據處理實現[J].四川測繪，2015（6）：19-21.

[4] 邱新忠，朱俊.天地圖省市數據融合若干關鍵技術研究及應用[J].測繪與空間地理信息，2018（1）：55-57.