自然資源多源矢量數據融合方案的探討

曾明宇，董雅雯，鄭 紅，彭檢貴

(國家林業和草原局中南調查規劃設計院，長沙 410014)

自然資源部門統一管理著包括山、水、林、田、湖、草、沙的自然資源，但現有的自然資源數據來自機構調整前的多個管理部門，各管理部門的標準和側重點存在局部差異，形成了自然資源多源矢量數據。自然資源多源矢量數據生產過程中采用的影像底圖、地理信息標準、行業認定標準、數據處理要求和數據質檢標準等不一致，造成多源矢量數據幾何特征[1-3]、屬性特征的差異[4-7]，大大增加數據融合的難度，現階段的研究只對某種特征不一致的情況，實操性不強，難以形成較為成熟的操作體系。

1 現有技術分析

1)空間數據的融合方法。首先對數據進行預處理，將其轉化為統一格式的數據；然后再對轉換后的數據進行融合與邊緣匹配；最后對處理后的數據進行合并與輸出，掛接原始數據中的屬性。該方案僅能對細小圖斑進行合并，未考慮屬性特征沖突的解決方案，幾何特征融合與屬性特征融合彼此割裂。

2)公路矢量數據的融合更新方法。首先對數據進行預處理，然后通過幾何、語義和拓撲匹配，以及規律性知識匹配進行數據融合，并選取精度高的融合數據來建立路網拓撲關系，最后進行數據發布。此方案未考慮到面數據的融合，直接選取精度較高的數據，從而導致精度較低數據中含有的關鍵信息丟失，數據成果融合不夠充分；也未能考慮屬性特征沖突的解決方案，幾何特征融合與屬性特征融合彼此割裂。

3)海陸矢量地圖數據集成與融合的方法。首先進行數據預處理，然后對數據格式進行轉換，最后將同名實體匹配并合并。該方案包括圖形幾何的匹配，但未考慮圖形的幾何調整，難以保證融合數據的精度，也未能考慮屬性特征沖突的解決方案，幾何特征融合與屬性特征融合彼此割裂。

2 融合方案對比

現有技術均未考慮屬性特征沖突的解決方案，同時幾何特征融合與屬性特征融合彼此割裂，無法完全解決目前自然資源多源矢量數據融合中所存在的問題，需要一種更加優化的方案，解決自然資源多源矢量數據融合。針對現有技術存在的問題，本論文提供了一種自然資源多源矢量數據融合的方法，能夠實現幾何特征融合結果與屬性特征融合結果的聯動調整，并且針對融合數據中存在的細碎圖斑、細長條圖斑、尖銳角圖斑等不合理圖斑分別進行調整，有效的減少了融合結果中的數據冗余。

自然資源多源矢量數據融合方案在保留現有技術的數據預處理、圖形幾何特征匹配、屬性特征匹配的基礎上，再增加了圖形幾何調整、幾何特征與屬性特征聯動調整及融合成果質檢。與現有技術相比，本方案的優點在于：

1)可減少融合數據的數據冗余。本方案在得到幾何特征的融合結果，以及屬性特征融合結果后，進一步將屬性特征具有相似性的圖斑進行合并，從而將自然資源多源矢量數據的幾何特征與屬性特征聯動調整，有效減少了融合數據的數據冗余。

2)能有效保證數據成果的質量和有效性。本方案在幾何特征融合過程中，針對矢量數據融合后所存在的細碎圖斑、細長圖斑及尖銳角圖斑均提出了相應的處理方法，從而保證了數據成果的質量和有效性。

3)保證結果的正確性，同時還可減少人為干擾。本方案在屬性特征融合過程中，針對圖斑的專題數據屬性和基礎數據屬性產生沖突的情況，利用遙感影像的紋理特征進行圖斑屬性的判定，將正確結果替換融合數據中的錯誤信息，確保屬性特征融合結果的正確性，同時減少了人為因素的干擾。

3 融合方案步驟

自然資源多源矢量數據融合方案具體流程包括：數據預處理、圖形幾何特征匹配、圖形幾何調整、屬性特征融合、幾何特征與屬性特征聯動調整和融合成果質檢六大步驟。詳見圖1。

圖1 自然資源多源矢量數據融合方案

3.1 數據預處理

數據預處理包括原始數據檢查和原始數據處理兩個部分。原始數據檢查主要是對自然資源多源矢量數據進行空間拓撲檢查，避免融合成果數據產生拓撲問題，包括露天、多部件、面空隙、面重疊、細碎圖斑、細長圖斑和尖銳角等檢查；原始數據處理主要包括原始數據的拓撲問題修改、標準化及整合。

3.2 圖形幾何特征匹配

圖形幾何特征匹配采用直接空間疊加分析的方式來進行。圖形幾何特征匹配包括：①設置不參與裁切的基礎數據，自然資源基礎數據中無須根據專題數據進行細化的部分數據，可設置條件不參與裁切；②數據裁切，裁切時圖斑自動打散多部件；③面積計算及平差，本方案中對小班面積等進行數據平差。

3.3 圖形幾何特征調整

圖形幾何調整包括圖斑合理性檢查及不合理圖斑處理兩個部分。圖斑合理性檢查包括細碎圖斑、細長圖斑和含尖銳角圖斑的檢查，具體包括：①選取不合理圖斑，進行細碎圖斑、細長圖斑和含尖銳角圖斑的檢查；②批量處理不合理圖斑，具體包括細碎圖斑、細長圖斑以及含有尖銳角圖斑的處理。處理前后示意圖詳見圖2。

圖2 圖形幾何調整示意圖

3.4 屬性特征融合

屬性特征融合包括相同要素的屬性特征提取、不同要素的屬性特征提取、要素的屬性特征邏輯轉換和不一致圖斑判定四個內容。若基礎數據和專題數據的圖形要素相同，依據融合數據的數據庫結構與數據字典，直接提取每個圖形要素的基礎數據屬性字段和專題數據屬性字段；若基礎數據和專題數據的圖形要素不相同，設置屬性映射傳遞的方案，選取每個圖形要素的專題數據中數據融合需要的字段，并設置融合數據與專題數據的屬性映射傳遞的方案進行屬性傳遞，屬性傳遞過程中通過專題數據的地類信息和緩沖區來篩選可接受傳遞信息的數據，并且數據映射傳遞時進行數據糾正，最后得到映射后的專題數據屬性字段，同時提取對應的基礎數據屬性字段。若同一圖斑對應的所有圖形要素的基礎數據屬性和專題數據屬性沒有沖突，將所述基礎數據屬性和專題數據屬性合并得到所述圖斑的融合數據屬性；若同一圖斑對應的所有圖形要素的基礎數據屬性和專題數據屬性存在沖突，根據圖斑區域遙感影像的紋理信息修改所述專題數據屬性信息，將所述基礎數據屬性和修改后的專題數據屬性合并得到所述圖斑的融合數據屬性。

3.5 幾何特征與屬性特征聯動調整

幾何特征與屬性特征聯動調整，采用對融合成果進行相似屬性歸并的模式，一方面保留基礎數據及專題數據的重要屬性信息的完整性，另一方面對融合成果中專題數據信息部分的重要屬性相似度高的圖形進行歸并，減少數據量。首先設置歸并的分組字段，然后設置需要進行累加的字段，最后將融合數據屬性相似度高的相鄰圖斑合并來進行數據歸并處理，數據歸并過程需要設置條件來限制產生多部件等拓撲錯誤。

3.6 融合結果質檢

數據質檢，是對幾何特征及屬性特征融合后的結果進行數據質量檢查，包括空間檢查、屬性檢查和修改后再質檢。空間檢查就是采取設置規則的圖形拓撲檢查，包括露天、多部件、面空隙、面重疊、細碎面、尖銳角和細長條等檢查，并對檢查的結果進行標識；屬性檢查，需要檢查數據是否符合邏輯關系，并對不符合邏輯關系圖斑進行標識，提示此類圖斑的屬性信息需要人工進行核實并修改；修改后再質檢，對標識的錯誤圖斑進行修改，修改過程中可進行批量處理，再次質檢是為了實現自然資源多源矢量數據融合的正確性。

4 結論與討論

4.1 結論

方案初步形成了較為完整、合理的數據預處理、圖形幾何特征匹配、圖形幾何調整、屬性特征融合、幾何特征與屬性特征聯動調整及融合成果質檢等操作標準和體系。針對圖形幾何融合過程中出現的幾何不一致情況，提出了科學有效的解決方案。其中針對幾何不一致的情況，利用空間疊加分析進行圖形幾何匹配及不合理圖斑處理；針對屬性特征不一致情況，提出相同要素屬性特征提取、不同要素的屬性特征提取、要素的屬性特征融合和不一致圖斑判定的處理等流程。并采用對融合成果進行相似屬性歸并的模式，實現幾何特征與屬性特征聯動調整，從而達到減少人為因素干擾、降低數據生產周期，以及提高工作效率的目標。

4.2 討論

方案未對自然資源多源矢量數據融合中的圖形幾何特征調整方法、屬性特征融合方式以及屬性特征不一致的快速判定方法等進行深入的分析，再接下來的工作中，將針對上述內容進行細致地研究與討論，并整理出相應的論文，以供在此方面有需求的同仁借鑒和參考。