FME在栅格数据质量检查中的应用

2019-09-05翟彦放邱月

城市勘测 2019年4期

翟彦放，邱月

(1.自然资源部重庆测绘院，重庆 401120； 2.重庆市勘测院，重庆 401121)

1 引言

栅格数据是以二维矩阵(格网)的形式来表示空间地物或现象分布的数据组织方式，每个矩阵单位称为一个栅格单元，每个像元都包含一个信息值，栅格数据模型是地理空间数据两大基本存储模型之一。目前关于栅格数据质量检查的研究有很多，例如黄建[1]以全数字摄影测量技术为基础，从生产实践的角度探讨了数字高程模型数据的质量检查方法；王佩等[2]分析测绘成果质量评定标准，探讨了数字高程模型(DEM)产品质量检查与评价方法，提高检查效率，实现数据质量的有效控制；郭慧文[3]从几个应用选择相应的规则，对DEM数据进行检查、评判；闵晓凤等[4]讨论了采用数字摄影测量方法对基于遥感影像生成的DEM进行质量检查的方法；雷蓉等[5]详细探讨了多种实用的DEM质量检查方法，并实现问题的快速定位。

FME来自加拿大Safe Software公司的FME(Feature Manipulate Engine)产品，是一套将不同地理信息系统(GIS)数据模型和要素进行整合与同构化的产品，可用于读写存储和转换各种空间数据。FME提供了数十种栅格数据处理的转换器，在栅格数据处理与分析方面的应用潜力很大。目前将FME应用于栅格数据质量检查的还很少。结合实际生产经验，提出一种基于FME进行栅格数据质量检查的方法。

2 检查内容

在全球测图项目DSM、DEM数据生产过程中，技术规程中要求的成果检查内容包括接边检查、逻辑关系检查、空间参考、逻辑一致性、文件命名、格网尺寸等。栅格数据的图幅接边检查在地理空间数据生产中是必不可少的一环。由程序实现的自动接边检查不但可以避免人工作业的疏漏，节约检查时间，而且对于部分人工作业难以发现的异常，也有较好的效果。利用FME可以实现自动批量检查图幅接边质量问题。全球测图项目中，在数字表面模型(DSM)基础上编辑，进行降高处理，将林地、植被、房屋、桥梁等地物的高程降低至地面，得到DEM产品。实际生产中要求DEM高程值小于等于DSM高程值，因此需要检查二者逻辑关系。利用FME丰富的转换器，可以对栅格数据的空间参考、逻辑一致性、文件命名、格网尺寸等多项数据质量进行批量化检查。

3 基于FME的检查实现

3.1 接边检查

使用FME实现栅格数据分幅成果批量接边检查，FME接边检查流程如图1所示。首先根据成果裁切框提取接边检查范围，输入分幅成果裁切框，进行面叠加(AreaOnAreaOverlayer)，根据重叠计数，利用字符串连接器(StringConcatenator)将所有图幅接边图形按两两图幅名称标记，并进行融合(Dissolver)，每4幅相邻分幅框可提取出6对接边范围。接边检查范围提取结果如图2所示。

接边检查范围作为裁切框，分幅栅格成果为被裁切对象，通过Clipper得到接边检查栅格数据，对其进行栅格减运算(RasterCellValueCalculator)，取运算结果最大值、最小值(RasterBandMinMaxExtractor)，当最大值、最小值满足均为0或均为背景值(例如全球测图项目中的-9999)时表明同一格网点高程值一致，即接边正确，否则表示存在不接边问题，对应问题栅格数据将被输出。对于平面换带图幅接边检查，可以设定接边限差(一般为内插点高程精度的2倍)，当最大值或最小值的绝对值大于接边限差表明存在接边问题。

图2 接边检查范围提取

3.2 逻辑关系检查

逻辑关系的检查主要针对DEM比DSM高的情况，在实际生产中，在DSM基础上进行降低高程处理，编辑得到的DEM，质量检查时要求之一为其高程值应小于等于DSM高程值。在FME中，分别输入分幅DSM和DEM成果，根据图幅文件名通过FeatureMerger匹配到同名文件，使用栅格运算器对二者进行减运算，DSM高程值减去同一位置像元的DEM高程值，得到差值结果，提取像元值最小值，判断如果最小值小于0则表明该图幅内存在高程逻辑异常，同时将负值部分转为矢量点图层并输出，便于快速定位错误位置。基于FME实现分幅成果批量检查DSM与DEM逻辑关系流程如图3所示。

图3 DSM和DEM逻辑关系检查

3.3 其他质量检查

在FME中还可以对分幅栅格数据成果的空间参考、逻辑一致性(数据格式、文件命名、目录组织)、格网尺寸、有效范围等质量进行批量检查。FME的坐标系统提取转换器(CoordinateSystemExtractor)可将数据的坐标系统提取出来，用于判断其是否符合要求；通过AttributeExposer将数据的文件名称(fme_basename)、数据存放路径(fme_dataset)等属性提取出来，然后使用SubstringExtractor截取字符串得到数据格式属性、目录组织信息，根据用StringConcatenator转换器设定的规则，判断是否符合要求；使用RasterPropertyExtractor转换器提取栅格数据属性，其中_spacing_x、_spacing_y即格网尺寸参数，在Tester中判断其是否正确；使用RasterBandMinMaxExtractor转换器提取栅格数据最大值、最小值，用于判断数据高程值是否超出有效范围。

3.4 应用评价

在FME中进行栅格数据批量接边检查时，优先提取图幅接边重叠区域，对重叠区域进行栅格运算，数据量小，因此检查效率得到一定提高，例如某区域 1 113幅 1∶50 000标准分幅DEM成果数据，接边检查耗时约 25 min。DSM与DEM逻辑关系批量检查，弥补了项目下发生产质检软件的不足。此外该方法检查出的错误位置可以准确定位，解决了质检软件无法定位的问题。