地理国情普查地表覆盖要素处理和优化技术研究

余咏胜，王厚之，朱传勇，秦思娴

(武汉市测绘研究院，湖北武汉430022)

一、引 言

地理国情普查是综合利用现代测绘技术和已有测绘成果，对地形、交通、水系和地表覆盖等要素进行全面普查。地表覆盖分类要素提取工作是地理国情普查的基础，是全面获取地理国情信息，掌握地表自然、生态及人类活动基本情况的重要手段，也是地理国情指标信息统计与发布的重要依据。武汉市于2013年启动第一次地理国情普查及地表覆盖要素分类等相关工作，为提高地理国情普查的工作效率，改善现有地表覆盖分类和解译方式的不足，缩短作业周期，本文采用空间数据转换处理系统(feature manipulate engineering，FME)对地表覆盖分类提取技术进行了研究和探讨。

二、问题分析

武汉市地理国情普查地表覆盖要素分类和提取工作主要以高分辨率航空数字正射影像图为基础资料进行处理。由于航空影像成果不具备遥感影像自动分类解译所需的波谱信息，在实际生产中常采用大比例尺地形图数据辅助要素分类的方式来处理。

相对于GIS软件，AutoCAD系统具有强大的平面图形编辑功能，工具间切换速度快，捕捉和取点方便，进行地表覆盖分类数据编辑效率较高，但进行多边形构面生成分类图斑、要素拓扑检查及图形和属性关联等GIS操作时一般需要将DWG数据成果转换至ArcGIS环境下处理，发现的问题和错误在AutoCAD环境下编辑和修改时往往需重新定位;不同系统之间进行数据交换时，部分图形或属性信息(如DWG文件的图层、文字注记等)会发生变化或丢失;通过ArcGIS的矢量坐标转换工具Project和栅格坐标转换工具Warp From File对分类成果和影像资料进行坐标转换时，难以实现批量化处理。FME可以实现各类GIS及CAD格式数据的相互转换，海量数据转换可通过脚本及批处理模式高效运行。采用FME对地表覆盖分类数据进行编辑和检查，以及分类成果的坐标转换，综合TCL脚本语言和命令行批处理方式对数据处理进行优化，可提高分类要素处理的效率、准确性和适用性。

三、地表覆盖分类要素的处理

1.地表覆盖分类数据处理流程

地理国情普查地表覆盖分类要素的提取工作是以高分辨率航空数字正射影像图为主要数据源，在矢量和栅格数据叠加处理的基础上，采用人机交互的方式进行地表覆盖分类信息的判读、解译，完成植被、房屋建筑、道路、水系及裸露地表等信息的提取，然后对分类提取的数据进行空间图形检查编辑、属性信息检查编辑，形成地表覆盖分类初步成果，并以此为基础制作外业调查工作底图。通过实地核查对内业无法准确判读和解译的区域进行补充，对新增和变化区域进行补调，同时完成所有识别的地表覆盖类型的遥感解译样本采集工作。基于外业调查成果，对地表覆盖分类数据进行编辑修改、拓扑检查及入库、坐标转换等相关工作，形成满足相关技术规定要求的地理国情普查地表覆盖分类成果。地表覆盖分类数据处理流程如图1所示。

图1 地表覆盖分类要素处理流程

2.地表覆盖分类数据的检查与编辑

地表覆盖分类数据的检查修改工作贯穿于地表覆盖分类作业的全过程。数据检查修改工作包括图形检查编辑、属性检查编辑及入库前的检查编辑工作，根据实际工作的需要，各检查内容之间也可以相互重叠和嵌套，其核心检查内容为图形检查编辑和属性检查编辑。

(1)图形检查编辑

图形检查和编辑工作是地表覆盖分类数据检查的核心内容之一，其主要工作是分类图斑的生成和图斑要素的拓扑检查。在AutoCAD中对高分辨率影像进行地表覆盖的人工判读解译分类，通常采用线状要素描绘分类图斑的边线，构面检查处理时通常需要剔除微短线、融合微小面，处理自相交、互相交线要素及重复线要素，去除悬挂线、生成封闭面，合理生成岛面、环面，以及对接边区域的缝隙、压盖进行处理。图形要素检查一般通过TopologyBuilder、AreaBuilder等转换器实现，未构面要素将转换至不同图层，便于返回AutoCAD中编辑修改。

图2 地表覆盖分类数据的检查编辑模型

(2)属性检查编辑

地表覆盖分类的属性项包含地理国情信息分类码(CC字段)和生产标记信息(TAG字段)，在Auto-CAD中进行地表覆盖分类要素的属性标注时，通常以TXT文本注记方式来表达CC代码，对于内业判读存在疑问无法确定覆盖类型的图斑以特殊代码标识，TAG字段通过CC代码状态赋值。分类图斑和属性关联通过PointOnAreaOverlayer转换器实现，没有关联属性的或关联数量超过1个以上的问题图斑作为错误标记;关联的属性代码超过CC代码的值域范围且不属于无法确定覆盖类型的图斑作为错误标记。实际处理中通常需要AttributeValueMapper转换器将CC代码和分类要素类别进行属性映射，以方便数据的核查，该映射字段应在成果数据入库前删除。

(3)入库前检查

入库前检查主要包括地表覆盖分类数据的整体完整性检查、标准正确性检查及数据规范性检查。成果数据整体完整性检查根据地理国情普查相关技术规定，检查数据的目录结构组织、文件命名、数据分层是否正确，数据的现势性、数据源时点和普查完成时点根据实际情况进行控制，数据的空间坐标系、投影方式及分幅选择是否正确，分类成果的范围与区级行政界线、市级行政界线是否符合。标准的正确性检查主要是分类要素属性是否有多余和遗漏，元数据是否有多余和遗漏，分类要素的编码是否满足规范要求，必填属性字段(CC代码)是否存在空值，生产标记信息是否符合相关要求。数据的规范性检查则涵盖图形检查编辑和属性检查编辑的全过程。地表覆盖分类数据检查处理的主要工作可以在FME环境下通过数据处理模型完成，其模型结构如图2所示。

在图2地表覆盖分类数据的检查编辑模型中，由于该项工作不是成果的最终检查和数据质量的等级评定，因此模型中侧重于错误的发现和标识，其检查结果不以统计报表方式展示，而是将错误部分转换至指定图层或输出至Inspector查看器以便对数据进行编辑和修改。

3.地表覆盖分类数据的坐标转换

根据地理国情普查成果汇交要求，地表覆盖分类成果数据需采用CGCS2000国家大地坐标系，实际生产中采用的坐标系为1954北京坐标系，为此需要进行地表覆盖分类相关数据的坐标系转换工作。相对其他软件，FME支持多种不同数据格式的坐标转换，可以通过坐标系间的七参数进行坐标转换，也可以坐标格网的偏移参数通过仿射变换进行转换。根据实际需要，本文采用AffineWarper转换器实现1954北京坐标系和2000国家大地坐标系之间的转换。

进行地表覆盖数据的坐标转换之前，应先根据坐标格网的偏移值生成控制线文件，可以通过VertexCreator转换器以坐标展点连线方式生成，控制线生成后可作为坐标转换的基准数据直接应用于AffineWarper转换器，矢量数据载入时通常需要通过Affine转换器对坐标进行平移处理才能进行转换。地表覆盖矢量数据的坐标转换模型如图3所示。

图3 地表覆盖数据的坐标转换模型

标准分幅的数字正射影像图数据经坐标转换后，图幅内影像数据产生了不规则的平移、旋转和错切，影像边缘将产生0值填充的黑边，转换后的影像数据需要重新进行分幅处理才能满足要求，因此图3中坐标转换模型不能直接用于影像数据的坐标转换。根据投影变换的坐标偏移规律，可以通过相邻图幅影像参与处理实现标准分幅影像的坐标转换:首先对当前图幅和西侧图幅、西北侧图幅、北侧图幅4幅相邻影像通过RasterMosaicker转换器进行影像镶嵌，然后对镶嵌后的影像进行整体坐标转换，再按原始影像的图幅矩形范围通过Clipper转换器对转换后的影像进行裁切处理，最后生成按标准图幅裁切的坐标转换成果。标准分幅的影像坐标转换模型如图4所示。

图4 标准分幅影像的坐标转换模型

四、地表覆盖数据的批量优化处理

在利用FME模板进行地表覆盖分类数据处理的过程中，经常存在多文件夹、多数据文件转换的情况，FME提供了一种通过BAT和TCL脚本方式实现批量数据文件的快速处理。在FME Workbench环境中，可通过Batch Deploy向导生成缺省的BAT和TCL脚本文件，BAT文件内容只有一行，即以FME命令方式调用TCL文件，TCL脚本中存储了FMW模板运行所需的各项参数，包括数据源的格式、数据源文件名、输出数据格式、输出数据的路径名称、日志文件等内容。该文件可以通过记事本、UltraEdit等文本工具进行编辑，在输出路径不变的情况下仅需要指定输入数据路径全名，其格式如下:

其中，sourceDatasets为数据源文件名列表;lappend函数为该列表增加元素。对不同路径下的多个数据文件进行批量操作时，只需要将该部分的脚本替换为对应的数据文件的路径全名即可，该部分脚本可以通过DOS命令行指令自动实现，其命令格式如下:

其中，for/r循环表示对当前目录及所有子目录下的DWG文件进行遍历，将DWG文件路径名保存至变量%c中，然后以TCL脚本所需的格式进行输出;@echo表示不显示echo字符。在使用DOS命令行指令前，必须将工作目录切换至需处理的原始数据文件所在的文件夹下。将该DOS指令输出文本复制到TCL文件中替换对应部分的脚本，然后以管理员身份运行BAT文件，即可自动处理所需的CAD文件，处理后的成果文件自动保存至模板指定的输出目录。成果文件经检查无误后需替换原始目录下的DWG文件，也可以通过DOS命令行指令自动处理，其命令格式如下:

其中，copy/y表示以覆盖模式进行拷贝;d: estdst为FME输出数据的路径名称;变量%c为DWG文件的路径全名;变量%～nxc为DWG文件的文件名加后缀名。该命令可以自动将处理后的CAD数据文件批量覆盖到原始路径下，可避免通过人工方式复制、粘贴操作。

五、结束语

本文利用FME的数据处理和分析功能实现了地表覆盖分类数据的空间检查编辑、属性检查编辑和入库检查，避免了在AutoCAD和ArcGIS系统间的数据传输和转换，实现了分类矢量成果和影像数据的坐标转换，同时通过BAT、TCL脚本和DOS命令文件实现了多目录、多文件的自动数据处理，避免了FME环境下频繁采用向导模式进行数据处理及人工方式进行数据回写覆盖操作，提高了地表覆盖分类数据处理的效率和质量。本文提出的方法和技术在武汉市第一次地理国情普查地表覆盖要素分类处理工作中得到较好的应用，也可以为其他城市地理国情普查工作提供重要的技术参考。

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