FME在國土變更調(diào)查自動化分析中的應(yīng)用研究

龔良雄,劉傳瑞,曹星星

(南昌市測繪勘察研究院有限公司,江西 南昌 330013)

0 引 言

土地變更調(diào)查是在全國土地調(diào)查的基礎(chǔ)上,對土地利用狀況變化情況進行調(diào)查,對調(diào)查結(jié)果定期進行匯總統(tǒng)計的一項基礎(chǔ)性工作。依法開展土地變更調(diào)查與遙感監(jiān)測,掌握真實準(zhǔn)確的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù),是科學(xué)規(guī)劃、合理利用、有效保護國土資源和切實維護群眾權(quán)益的重要前提,是強化建設(shè)用地審批管理、耕地保護責(zé)任目標(biāo)考核、土地督察和執(zhí)法監(jiān)察等國土資源管理工作的依據(jù)[1]。

在開展土地變更調(diào)查及衛(wèi)片執(zhí)法檢查工作前期,通常需要將遙感監(jiān)測圖斑與國土變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(二調(diào)、三調(diào))、農(nóng)轉(zhuǎn)用報批數(shù)據(jù)庫、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)進行套合分析,分析出遙感監(jiān)測圖斑與各類數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)情況,計算監(jiān)測范圍內(nèi)國土變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫中各類地物的面積,并判定監(jiān)測圖斑是否占用基本農(nóng)田、是否已報批、是否符合土地利用總體規(guī)劃等情況。

遙感監(jiān)測圖斑與國土變更調(diào)查等數(shù)據(jù)套合分析若采用人工作業(yè)方式,存在以下幾方面的不足:①人工作業(yè)方式效率偏低及成本高;②套合分析前期工作時間緊,人工作業(yè)方式難以應(yīng)對繁多任務(wù)的工期要求;③將遙感監(jiān)測圖斑與變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫進行套合分析時,遙感監(jiān)測圖斑范圍內(nèi)地類圖斑凈面積(尤其是二調(diào)數(shù)據(jù)庫)人工計算較為復(fù)雜,且容易計算錯誤。為此,提出了一種基于FME的遙感監(jiān)測圖斑與國土變更調(diào)查等數(shù)據(jù)自動化套合分析方法,極大提高了國土變更調(diào)查與衛(wèi)片執(zhí)法項目前期工作效率,為相關(guān)作業(yè)部門及自然資源部門獲取遙感監(jiān)測圖斑的土地利用信息提供了技術(shù)保障。

1 FME簡介

FME(feature manipulate engine)是一套完整的訪問空間數(shù)據(jù)的解決方案,FME基于OpenGIS組織提出的新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換理念—語義轉(zhuǎn)換,不僅能讀、寫、存儲、轉(zhuǎn)換各種空間數(shù)據(jù),而且能通過提供轉(zhuǎn)換函數(shù)(Transforemers)自定義實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理功能[2]。文獻[3]介紹了利用FME軟件對國土調(diào)查數(shù)據(jù)處理分析的技術(shù)流程和方法,并給出了實現(xiàn)過程,實現(xiàn)了對調(diào)查數(shù)據(jù)的自動化分析。文獻[4]在圖斑凈面積計算規(guī)則下,對地類圖斑、線狀地物及零星地物三個圖層的組織結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系展開研究,提出基于FME的空間分析計算圖斑凈面積方法。文獻[5]介紹了利用FME對遙感監(jiān)測圖斑統(tǒng)計分析的方法,利用FME對遙感監(jiān)測圖斑的自動化統(tǒng)計分析有效地提高了工作效率。文獻[6]以第三次全國土地調(diào)查為背景,利用FME對重點地類變化圖斑進行了自動化提取,提高了第三次全國國土調(diào)查的工作效率,為外業(yè)調(diào)查、舉證和最終成果分析提供了有效依據(jù)。文獻[7]以農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記為背景,利用FME提取了每宗地塊的東、南、西、北4個方向的權(quán)屬線,分析了權(quán)屬線與地塊界址線之間的空間拓?fù)潢P(guān)系,批量化對界址線類別進行賦值,在實際項目中提高了數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率。

利用FME Workbench軟件中提供的各類轉(zhuǎn)換器,讀取遙感監(jiān)測圖斑與國土變更調(diào)查等數(shù)據(jù)庫,分析遙感監(jiān)測圖斑與各類數(shù)據(jù)庫的空間關(guān)系,在FME軟件中制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理流程模塊,實現(xiàn)遙感監(jiān)測圖斑與各類數(shù)據(jù)庫套合分析的程序化、自動化。

2 自動化分析流程

基于FME的遙感監(jiān)測圖斑與國土變更調(diào)查等數(shù)據(jù)自動化套合分析如圖1所示,涉及的模塊共有以下五類:

圖1 自動化套合分析流程

(1)遙感監(jiān)測圖斑(JCTB)與二調(diào)數(shù)據(jù)庫中的地類圖斑(DLTB)、線狀地物(XZDW)、零星地物(LXDW)套合分析,同時扣除耕地類中的田坎系數(shù)(TKXS)面積,最后利用PythonCaller轉(zhuǎn)換器匯總各地類面積。

(2)遙感監(jiān)測圖斑(JCTB)與三調(diào)數(shù)據(jù)庫中的地類圖斑(DLTB)套合分析,因三調(diào)數(shù)據(jù)庫已對二調(diào)數(shù)據(jù)庫中的線狀地物(XZDW)、零星地物(LXDW)進行了面狀化,故只需除耕地類中的田坎系數(shù)(TKXS)面積,最后利用PythonCaller轉(zhuǎn)換器匯總各地類及建設(shè)用地(JSYD)、農(nóng)用地(NYD)、未利用地(WLYD)等三大類面積。

(3)遙感監(jiān)測圖斑(JCTB)與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(JBNT)套合分析。

(4)遙感監(jiān)測圖斑(JCTB)與農(nóng)轉(zhuǎn)用數(shù)據(jù)庫(NZY)套合分析。

(5)遙感監(jiān)測圖斑(JCTB)與土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(TDLYGH)套合分析。

2.1 與二調(diào)數(shù)據(jù)庫套合分析

遙感監(jiān)測圖斑與二調(diào)數(shù)據(jù)庫套合分析關(guān)鍵在于如何判定線狀地物、零星地物與遙感監(jiān)測圖斑的空間拓?fù)潢P(guān)系。根據(jù)二調(diào)數(shù)據(jù)庫建庫標(biāo)準(zhǔn)[8],圖斑凈面積的計算規(guī)則如下:

圖斑地類面積=圖斑面積-扣除地類面積-線狀地物面積-零星地物面積。

其中:線狀地物面積=長度×寬度×扣除比例。田坎面積=(圖斑面積-線狀地物面積-零星地物面積)×田坎系數(shù),其中田坎系數(shù)依據(jù)田坎面積與耕地面積的比例確定。

圖斑地類面積的確定主要有以下幾步驟:

(1)線狀地物扣除面積的確定。首先利用Clipper轉(zhuǎn)換器得到遙感監(jiān)測圖斑范圍內(nèi)的線狀地物,利用Chopper轉(zhuǎn)換器將線狀地物拆分成線段,再利用LengthCalculator轉(zhuǎn)換器計算各線段長度,利用CenterPointReplacer轉(zhuǎn)換器獲得各線段的中心點,利用Bufferer轉(zhuǎn)換器對中心點以 0.001 m做緩沖區(qū)分析,再利用SpatialFilter轉(zhuǎn)換器獲得圖斑邊界、內(nèi)部的線狀地物,若線狀地物位于圖斑的邊界上,則扣除一半,扣除比例取0.5,若線狀地物位于圖斑內(nèi)部,則全扣,扣除比例取1.0,最后可確定線狀地物的扣除面積。具體以某個遙感監(jiān)測圖斑為例,如圖2所示。

圖2 線狀地物扣除

(2)零星地物扣除面積的確定。首先利用SpatialRelator轉(zhuǎn)換器獲取監(jiān)測圖斑范圍內(nèi)的零星地物,并利用步驟(1)中的結(jié)果對零星地物面積進行扣除并統(tǒng)計匯總零星地物面積。

(3)田坎扣除面積的確定。當(dāng)線狀地物面積及零星地物面積確定之后,可依據(jù)田坎面積計算公式計算田坎的扣除面積。

2.2 與三調(diào)等數(shù)據(jù)庫套合分析

因三調(diào)數(shù)據(jù)庫對二調(diào)數(shù)據(jù)庫中的線狀地物及零星地物進行了面狀化,故遙感監(jiān)測圖斑與三調(diào)數(shù)據(jù)庫套合分析較為簡單,只需要對耕地類的田坎系數(shù)面積扣除即可,并且最后利用PythonCaller轉(zhuǎn)換器匯總?cè)箢惖拿娣e。遙感監(jiān)測圖斑與三調(diào)數(shù)據(jù)庫、農(nóng)轉(zhuǎn)用數(shù)據(jù)庫、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫以套合分析主要利用了AreaOnAreaOverlayer、StatisticsCalculator、ListConcatenator、PythonCaller等轉(zhuǎn)換器進行一系列的統(tǒng)計分析處理。

2.3 與土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫套合分析

建設(shè)用地空間管制制度提出了“三界四區(qū)”的概念,即將某一個規(guī)劃區(qū)域劃分為四個區(qū)域,即允許建設(shè)區(qū)、有條件建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)以及禁止建設(shè)區(qū)[9]。

在判定遙感監(jiān)測圖斑是否符合土地利用總體規(guī)劃時,先利用TestFilter轉(zhuǎn)換器提取現(xiàn)狀為建設(shè)用地的監(jiān)測圖斑,現(xiàn)狀非建設(shè)用地的遙感監(jiān)測圖斑不予判定。是否符合土地利用總體規(guī)劃依據(jù)以下原則確定[10]:

(1)若監(jiān)測圖斑位于土地利用規(guī)劃中的允許建設(shè)區(qū),則判定該圖斑符合土地利用總體規(guī)劃。

(2)若監(jiān)測圖斑位于土地利用規(guī)劃中的禁止建設(shè)區(qū)或限制建設(shè)區(qū),則判定該圖斑不符合土地利用總體規(guī)劃。

(3)若監(jiān)測圖斑位于土地利用規(guī)劃中的有條件建設(shè)區(qū),且該監(jiān)測圖斑已取得合法建設(shè)用地審批手續(xù)(如已辦理農(nóng)轉(zhuǎn)用手續(xù)),則判定該圖斑符合土地利用總體規(guī)劃,否則判定該圖斑不符合土地利用總體規(guī)劃。

2.3 模塊的應(yīng)用

以筆者所負(fù)責(zé)的南昌高新區(qū)2021年度國土變更調(diào)查項目為例,國家下發(fā)遙感監(jiān)測圖斑共計651個,自動化處理僅耗時 45 s左右,人工處理耗時 6 h以上,有效地提高了數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率。為驗證自動化分析模塊的準(zhǔn)確性,將人工處理所得的套合成果與自動化模塊所得的套合成果進行比對,二者計算面積最終差值最大僅為 0.02 m2。自動化處理結(jié)果部分樣例如表1所示:

表1 自動化套合分析成果表

3 結(jié) 語

遙感監(jiān)測圖斑與各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的套合分析是開展國土變更調(diào)查或衛(wèi)片執(zhí)法工作的前提,本文闡述了基于FME的遙感監(jiān)測圖斑與國土變更調(diào)查等數(shù)據(jù)自動化套合分析方法,并詳細論述了遙感監(jiān)測圖斑與各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的套合過程。依托于FME強大的數(shù)據(jù)處理能力,套合過程無須借助于其他的專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件及編程語言,將簡單的、便捷的、適應(yīng)性強的數(shù)據(jù)處理流程代替了復(fù)雜的、煩瑣的、靈活性差的數(shù)據(jù)處理過程,有效地提高了作業(yè)單位的數(shù)據(jù)分析與處理的能力及生產(chǎn)效率。