一種利用FME完善道路拓?fù)涞姆椒?/h1>
2021-05-27 05:14:06龔其琛
地理空間信息 2021年5期
龔其琛，李 磊，鄒 威
（1.中南勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000；2.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430070；3.廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院，廣東 廣州 510500）
道路線層數(shù)據(jù)是1∶10 000 DLG核心要素成果的核心，其所存在的拓?fù)鋯?wèn)題將嚴(yán)重影響后續(xù)道路通達(dá)性、最短路徑查找等基于數(shù)據(jù)拓?fù)涞姆治鰞?nèi)容。由于成果采用Shapefile格式存儲(chǔ)，在常規(guī)地理信息處理軟件中，Geoway可實(shí)現(xiàn)Shapefile文件懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)的處理，但因某些未知原因易導(dǎo)致屬性丟失；南方CASS不能處理Shapefile文件；ArcGIS能檢查出懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，但不能自動(dòng)修改。因此，本文選擇FME作為數(shù)據(jù)拓?fù)涮幚砉ぞ撸闷湄S富的地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)建全自動(dòng)的道路數(shù)據(jù)拓?fù)鋯?wèn)題處理方案，針對(duì)數(shù)據(jù)中存在的小短線、懸掛點(diǎn)、偽節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論。
1 數(shù)據(jù)來(lái)源與軟件介紹
1∶10 000 DLG核心要素涉及地形、地貌要素的各個(gè)方面，但核心要素更新只對(duì)交通、水系、居民地以及植被要素進(jìn)行更新。本文僅處理核心要素道路圖層線狀要素類型，圖層名為GD10K_DLG_LRD_LN，要素采集根據(jù)《廣東省1∶5 000 1∶10 000基礎(chǔ)地理信息要素分類代碼與屬性表（試行）》[1]執(zhí)行。
FME是加拿大Safe Software公司開(kāi)發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，是完整的空間ETL解決方案。該方案基于OpenGIS組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念—語(yǔ)義轉(zhuǎn)換，通過(guò)提供在轉(zhuǎn)換過(guò)程中重構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)250種不同空間數(shù)據(jù)格式（模型）之間的轉(zhuǎn)換，為進(jìn)行快速、高質(zhì)量、多需求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了高效、可靠的手段[2]。
2 作業(yè)方法
2.1 作業(yè)思路
總體處理流程如圖1所示，對(duì)于小短線、懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)，處理的先后順序?yàn)樾《叹€—懸掛點(diǎn)—偽節(jié)點(diǎn)[3]。小短線問(wèn)題的處理方式為：刪除線長(zhǎng)為1 m以下的線段，小短線刪除后，小短線問(wèn)題就會(huì)變成懸掛點(diǎn)問(wèn)題，這也是小短線問(wèn)題必須先處理的原因。懸掛點(diǎn)的處理方式為：以線端點(diǎn)為對(duì)象，將數(shù)據(jù)中平面距離在1 m以內(nèi)的線端點(diǎn)移動(dòng)到其中任一個(gè)端點(diǎn)。偽節(jié)點(diǎn)的處理方式為：由于三岔路口以上的道路必須將線條打斷以表達(dá)其空間通達(dá)屬性，因此不能一刀切地將所有相同屬性的道路融合起來(lái)，本文僅融合只有兩條線段相接的道路，三岔路口以上的道路視為已人工核查完畢[4-5]。
圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖
2.2 流程詳解
2.2.1 小短線處理
原始數(shù)據(jù)中存在的小短線問(wèn)題如圖2所示。將小短線定義為長(zhǎng)度小于1 m的小段，數(shù)據(jù)中存在的小短線可直接刪除，線段的起止點(diǎn)可認(rèn)為在現(xiàn)實(shí)情況中是同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將小短線刪除后，小短線問(wèn)題即轉(zhuǎn)化為懸掛點(diǎn)問(wèn)題，可在后面的操作中與懸掛點(diǎn)一起處理。
小短線處理通過(guò)FME中Tester轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，Tester提供了完善的單條件或多條件屬性篩選要素功能，只需在篩選前計(jì)算線要素長(zhǎng)度即可。篩選后，長(zhǎng)度在1 m以上的線段參與后續(xù)懸掛點(diǎn)與偽節(jié)點(diǎn)處理過(guò)程，1 m以下的線段過(guò)濾掉不作處理。
圖2 典型小短線示例/m
2.2.2 懸掛點(diǎn)處理
懸掛點(diǎn)一般產(chǎn)生于生產(chǎn)過(guò)程中未打開(kāi)數(shù)據(jù)編輯軟件的“捕捉”功能或“捕捉”功能容差設(shè)置過(guò)小，導(dǎo)致線要素端點(diǎn)不與相鄰線要素拓?fù)湎嘟拥那闆r。懸掛點(diǎn)的懸掛距離一般較小，屬于數(shù)據(jù)生產(chǎn)中較難避免的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。懸掛點(diǎn)的表現(xiàn)形式如圖3所示。
圖3 典型懸掛點(diǎn)的表現(xiàn)形式
目前懸掛點(diǎn)的處理一般采取人機(jī)交互的方式，如市場(chǎng)占有率最大的地理信息數(shù)據(jù)處理軟件ArcGIS能通過(guò)拓?fù)錂z查查詢出數(shù)據(jù)中存在的懸掛點(diǎn)位置，但不能自動(dòng)修改，軟件只能協(xié)助檢查，生產(chǎn)效率較低。本文利用FME中Snapper轉(zhuǎn)換器來(lái)解決數(shù)據(jù)懸掛點(diǎn)問(wèn)題。轉(zhuǎn)換器參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示。
圖4 懸掛點(diǎn)處理轉(zhuǎn)換器Snapper參數(shù)設(shè)置界面
Snapper轉(zhuǎn)換器的重要參數(shù)包括Snapping Type、Snapping Distance、Add Additional Vertex等。Snapping Type包含End Point Snapping、Vertex Snapping和Segment Snapping，分別是端點(diǎn)捕捉、節(jié)點(diǎn)捕捉和要素捕捉。捕捉容差由Snapping Distance決定，此處設(shè)為1 m。捕捉模式為空間移動(dòng)，不改變?cè)季€要素中節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和位置，因此Add Additional Vertex參數(shù)設(shè)為Never。道路要素經(jīng)該轉(zhuǎn)換器處理，會(huì)自動(dòng)將懸掛距離小于1 m的懸掛點(diǎn)自動(dòng)移動(dòng)到相鄰線要素上，懸掛距離大于1 m的懸掛點(diǎn)則不予處理，認(rèn)為其為合理懸掛[6-7]。
2.2.3 偽節(jié)點(diǎn)處理
偽節(jié)點(diǎn)為道路線要素中不必要的打斷，但道路線中有些打斷是正常的，如兩條道路相交的路口，為表達(dá)道路空間連通性，將交叉點(diǎn)打斷；反之，空間上不連通的路口則不應(yīng)打斷。對(duì)于路口偽節(jié)點(diǎn)的判斷比較復(fù)雜，必須根據(jù)影像人工判斷路口實(shí)際連通情況才能確定線要素打斷與否，因此批量處理偽節(jié)點(diǎn)不適合處理路口相交處之類的復(fù)雜情況。利用FME批量連通偽節(jié)點(diǎn)兩端線段，需要先挑選出只涉及兩條線段的偽節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)邏輯如圖5所示。很顯然，道路偽節(jié)點(diǎn)處理的難點(diǎn)在于挑選出與之只有兩條線要素相交的偽節(jié)點(diǎn)，其FME實(shí)現(xiàn)思路如圖6所示。
圖5 偽節(jié)點(diǎn)處理邏輯
圖6 FME篩選偽節(jié)點(diǎn)思路
偽節(jié)點(diǎn)篩選緊跟懸掛點(diǎn)處理環(huán)節(jié)，直接利用懸掛點(diǎn)處理后的線要素道路，采用Intersector轉(zhuǎn)換器的Node輸出端口獲取道路線要素的拓?fù)湎嘟还?jié)點(diǎn)，再將交點(diǎn)與道路線要素在PointOnLine Overlayer轉(zhuǎn)換器中空間疊加，然后在Point輸出端口輸出附帶有相接線要素屬性的節(jié)點(diǎn)，ListElement Counter用于計(jì)算相接線要素?cái)?shù)量，Tester限定相接線要素?cái)?shù)量為2的才進(jìn)行輸出。此后只需將輸出的滿足該特定條件的節(jié)點(diǎn)與原始道路線進(jìn)行空間疊加選擇，將道路線按照道路名、代碼等屬性融合即可。經(jīng)測(cè)試，該方法可徹底消除非路口道路線不合理打斷的情況[3,8]。
3 結(jié) 語(yǔ)
本文將道路要素的典型拓?fù)鋯?wèn)題通過(guò)FME建模的方式自動(dòng)檢查、修改、導(dǎo)出，減少了人工作業(yè)量，提高了檢查精度，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的拓?fù)渥詣?dòng)化修改。FME以其豐富全面的轉(zhuǎn)換器和流程化的模塊構(gòu)建理念，在日常地理信息作業(yè)中，與ArcGIS等常規(guī)地理信息處理軟件做到了差異化共存，為很多地理信息工作提供了新的思路。
龔其琛，李 磊，鄒 威
（1.中南勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000；2.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430070；3.廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院，廣東 廣州 510500）
道路線層數(shù)據(jù)是1∶10 000 DLG核心要素成果的核心，其所存在的拓?fù)鋯?wèn)題將嚴(yán)重影響后續(xù)道路通達(dá)性、最短路徑查找等基于數(shù)據(jù)拓?fù)涞姆治鰞?nèi)容。由于成果采用Shapefile格式存儲(chǔ)，在常規(guī)地理信息處理軟件中，Geoway可實(shí)現(xiàn)Shapefile文件懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)的處理，但因某些未知原因易導(dǎo)致屬性丟失；南方CASS不能處理Shapefile文件；ArcGIS能檢查出懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，但不能自動(dòng)修改。因此，本文選擇FME作為數(shù)據(jù)拓?fù)涮幚砉ぞ撸闷湄S富的地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)建全自動(dòng)的道路數(shù)據(jù)拓?fù)鋯?wèn)題處理方案，針對(duì)數(shù)據(jù)中存在的小短線、懸掛點(diǎn)、偽節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論。
1 數(shù)據(jù)來(lái)源與軟件介紹
1∶10 000 DLG核心要素涉及地形、地貌要素的各個(gè)方面，但核心要素更新只對(duì)交通、水系、居民地以及植被要素進(jìn)行更新。本文僅處理核心要素道路圖層線狀要素類型，圖層名為GD10K_DLG_LRD_LN，要素采集根據(jù)《廣東省1∶5 000 1∶10 000基礎(chǔ)地理信息要素分類代碼與屬性表（試行）》[1]執(zhí)行。
FME是加拿大Safe Software公司開(kāi)發(fā)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)，是完整的空間ETL解決方案。該方案基于OpenGIS組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念—語(yǔ)義轉(zhuǎn)換，通過(guò)提供在轉(zhuǎn)換過(guò)程中重構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)250種不同空間數(shù)據(jù)格式（模型）之間的轉(zhuǎn)換，為進(jìn)行快速、高質(zhì)量、多需求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了高效、可靠的手段[2]。
2 作業(yè)方法
2.1 作業(yè)思路
總體處理流程如圖1所示，對(duì)于小短線、懸掛點(diǎn)和偽節(jié)點(diǎn)，處理的先后順序?yàn)樾《叹€—懸掛點(diǎn)—偽節(jié)點(diǎn)[3]。小短線問(wèn)題的處理方式為：刪除線長(zhǎng)為1 m以下的線段，小短線刪除后，小短線問(wèn)題就會(huì)變成懸掛點(diǎn)問(wèn)題，這也是小短線問(wèn)題必須先處理的原因。懸掛點(diǎn)的處理方式為：以線端點(diǎn)為對(duì)象，將數(shù)據(jù)中平面距離在1 m以內(nèi)的線端點(diǎn)移動(dòng)到其中任一個(gè)端點(diǎn)。偽節(jié)點(diǎn)的處理方式為：由于三岔路口以上的道路必須將線條打斷以表達(dá)其空間通達(dá)屬性，因此不能一刀切地將所有相同屬性的道路融合起來(lái)，本文僅融合只有兩條線段相接的道路，三岔路口以上的道路視為已人工核查完畢[4-5]。
圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖
2.2 流程詳解
2.2.1 小短線處理
原始數(shù)據(jù)中存在的小短線問(wèn)題如圖2所示。將小短線定義為長(zhǎng)度小于1 m的小段，數(shù)據(jù)中存在的小短線可直接刪除，線段的起止點(diǎn)可認(rèn)為在現(xiàn)實(shí)情況中是同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將小短線刪除后，小短線問(wèn)題即轉(zhuǎn)化為懸掛點(diǎn)問(wèn)題，可在后面的操作中與懸掛點(diǎn)一起處理。
小短線處理通過(guò)FME中Tester轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，Tester提供了完善的單條件或多條件屬性篩選要素功能，只需在篩選前計(jì)算線要素長(zhǎng)度即可。篩選后，長(zhǎng)度在1 m以上的線段參與后續(xù)懸掛點(diǎn)與偽節(jié)點(diǎn)處理過(guò)程，1 m以下的線段過(guò)濾掉不作處理。
圖2 典型小短線示例/m
2.2.2 懸掛點(diǎn)處理
懸掛點(diǎn)一般產(chǎn)生于生產(chǎn)過(guò)程中未打開(kāi)數(shù)據(jù)編輯軟件的“捕捉”功能或“捕捉”功能容差設(shè)置過(guò)小，導(dǎo)致線要素端點(diǎn)不與相鄰線要素拓?fù)湎嘟拥那闆r。懸掛點(diǎn)的懸掛距離一般較小，屬于數(shù)據(jù)生產(chǎn)中較難避免的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。懸掛點(diǎn)的表現(xiàn)形式如圖3所示。
圖3 典型懸掛點(diǎn)的表現(xiàn)形式
目前懸掛點(diǎn)的處理一般采取人機(jī)交互的方式，如市場(chǎng)占有率最大的地理信息數(shù)據(jù)處理軟件ArcGIS能通過(guò)拓?fù)錂z查查詢出數(shù)據(jù)中存在的懸掛點(diǎn)位置，但不能自動(dòng)修改，軟件只能協(xié)助檢查，生產(chǎn)效率較低。本文利用FME中Snapper轉(zhuǎn)換器來(lái)解決數(shù)據(jù)懸掛點(diǎn)問(wèn)題。轉(zhuǎn)換器參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示。
圖4 懸掛點(diǎn)處理轉(zhuǎn)換器Snapper參數(shù)設(shè)置界面
Snapper轉(zhuǎn)換器的重要參數(shù)包括Snapping Type、Snapping Distance、Add Additional Vertex等。Snapping Type包含End Point Snapping、Vertex Snapping和Segment Snapping，分別是端點(diǎn)捕捉、節(jié)點(diǎn)捕捉和要素捕捉。捕捉容差由Snapping Distance決定，此處設(shè)為1 m。捕捉模式為空間移動(dòng)，不改變?cè)季€要素中節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和位置，因此Add Additional Vertex參數(shù)設(shè)為Never。道路要素經(jīng)該轉(zhuǎn)換器處理，會(huì)自動(dòng)將懸掛距離小于1 m的懸掛點(diǎn)自動(dòng)移動(dòng)到相鄰線要素上，懸掛距離大于1 m的懸掛點(diǎn)則不予處理，認(rèn)為其為合理懸掛[6-7]。
2.2.3 偽節(jié)點(diǎn)處理
偽節(jié)點(diǎn)為道路線要素中不必要的打斷，但道路線中有些打斷是正常的，如兩條道路相交的路口，為表達(dá)道路空間連通性，將交叉點(diǎn)打斷；反之，空間上不連通的路口則不應(yīng)打斷。對(duì)于路口偽節(jié)點(diǎn)的判斷比較復(fù)雜，必須根據(jù)影像人工判斷路口實(shí)際連通情況才能確定線要素打斷與否，因此批量處理偽節(jié)點(diǎn)不適合處理路口相交處之類的復(fù)雜情況。利用FME批量連通偽節(jié)點(diǎn)兩端線段，需要先挑選出只涉及兩條線段的偽節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)邏輯如圖5所示。很顯然，道路偽節(jié)點(diǎn)處理的難點(diǎn)在于挑選出與之只有兩條線要素相交的偽節(jié)點(diǎn)，其FME實(shí)現(xiàn)思路如圖6所示。
圖5 偽節(jié)點(diǎn)處理邏輯
圖6 FME篩選偽節(jié)點(diǎn)思路
偽節(jié)點(diǎn)篩選緊跟懸掛點(diǎn)處理環(huán)節(jié)，直接利用懸掛點(diǎn)處理后的線要素道路，采用Intersector轉(zhuǎn)換器的Node輸出端口獲取道路線要素的拓?fù)湎嘟还?jié)點(diǎn)，再將交點(diǎn)與道路線要素在PointOnLine Overlayer轉(zhuǎn)換器中空間疊加，然后在Point輸出端口輸出附帶有相接線要素屬性的節(jié)點(diǎn)，ListElement Counter用于計(jì)算相接線要素?cái)?shù)量，Tester限定相接線要素?cái)?shù)量為2的才進(jìn)行輸出。此后只需將輸出的滿足該特定條件的節(jié)點(diǎn)與原始道路線進(jìn)行空間疊加選擇，將道路線按照道路名、代碼等屬性融合即可。經(jīng)測(cè)試，該方法可徹底消除非路口道路線不合理打斷的情況[3,8]。
3 結(jié) 語(yǔ)
本文將道路要素的典型拓?fù)鋯?wèn)題通過(guò)FME建模的方式自動(dòng)檢查、修改、導(dǎo)出，減少了人工作業(yè)量，提高了檢查精度，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的拓?fù)渥詣?dòng)化修改。FME以其豐富全面的轉(zhuǎn)換器和流程化的模塊構(gòu)建理念，在日常地理信息作業(yè)中，與ArcGIS等常規(guī)地理信息處理軟件做到了差異化共存，為很多地理信息工作提供了新的思路。
