第三次土地调查线状图斑宽度自动提取研究

周 瑞

(爬山虎科技股份有限公司，江苏 南京 211102)

0 引 言

第三次全国国土调查(以下简称“三调”)是一项重大的国情、国力调查。掌握真实的土地利用现状数据是社会经济发展和国土资源管理的需要[1]。“三调”的主要任务就是，在第二次全国土地调查(以下简称“二调”)成果基础上，按照国家统一标准，在全国范围内利用遥感、测绘、地理信息、互联网等技术，统筹利用现有资料，查清各类土地的所有权和使用权状况[2]。全面细化和完善全国国土利用基础数据，满足生态文明建设、空间规划编制、自然资源管理体制改革和统一确权登记等各项工作的需要[2]。

“三调”工作中明确规定，取消线状地物，实地宽度超过2米的线状地物，按照规程要求以图斑形式表示。在“三调”项目工作中，由于河流、铁路、公路、管道用地、农村道路、林带和沟渠等线状地物必须填写其宽度属性(线性图斑宽度填写线状地物平均宽度)[3-4]，而且此次调查也要将“二调”中的线状地物进行图斑化，因此线状地物宽度的填写将是一项耗时的工作。为有效地开展工作，能既快又好的顺利完成“三调”工作，本文以某项目中ArcGIS下的DLG数据为例，详细阐述利用FME软件实现线状地物宽度自动提取的技术方法。

1 计算原理和方法

线状图斑在实际的采集过程中不是等宽度的采集，甚至线状地物的宽度在某段也可能变宽或变窄，出现宽度变化的情况，因此国土调查数据库标准中规定线状图斑宽度属性填写线状地物平均宽度[5]。为提高线状图斑宽度属性填写的准确性，可以在采集图斑的时候在线状地物宽度变化的地方分成不同的图斑，这样线状地物就可假设为规则的四边形，采用面积法、周长法和面积周长结合的方法进行线状图斑宽度的计算。

1.1 面积法或周长法

面积法或周长法是根据线状图斑的中心线，利用面积或周长计算公式来达到线状图斑宽度的自动提取。

(1)利用周长计算公式及线状图斑的中心线长度计算宽度信息，公式如下所示。

C=2×(L+W)

(1)

式(1)为周长计算公式，C是周长，L是线状图斑长度，W是线状图斑宽度，因此可用周长计算公式概略计算出线状图斑的宽度，如下所示。

(2)

(2)使用面积计算公式及线状图斑的中心线长度计算宽度信息，公式如下所示。

S=L×W

(3)

式(3)为面积计算公式，S是面积，L是线状图斑长度，W是线状图斑宽度，因此可用面积计算公式概略计算出线状图斑的宽度，如下所示。

(4)

1.2 面积周长法

在面状图斑不均匀的情况下，利用FME提取的线状图斑中心线，会有很多琐碎的小分支，单纯的使用周长或面积计算方法会造成计算结果的不准确，而且中心线的优化方法又比较复杂，因此本文采用面积和周长列方程式直接计算的方法来提取线状图斑的宽度，而且还省去了线状图斑中心线提取的过程。根据式(1)和式(2)求解的方式如下所示。

(5)

式(5)为线状图斑的宽度计算方程，C式周长，S式面积，宽度取L和W中的最小值。

2 线状图斑宽度自动提取

2.1 FME软件介绍

FME(英文全拼是Feature Manipulate Engine，简称FME)是加拿大Safe Software公司基于OpenGIS组织提出的数据转换理念“语义转换”推出的一套空间数据处理的软件产品，可以用于读、写、存储和转换各种空间数据。它具有以下特点：通过提供在转换过程中重新构造数据的功能，实现了超过325种不同空间数据格式(模型)之间的转换；可以直接浏览各种格式空间数据，包括属性、坐标数据[2]；数据转换采用图形化界面，拖拽式转换器工具灵活定制工作流，能够可视化定义从原始数据到目标数据的图形与属性的对应关系[6]；将数据转换与丰富的 GIS 数据处理功能结合在一起，如坐标转换、叠加分析、属性合并等；支持海量数据处理，大型的数据转换通过编写脚本及批处理模式高效运行；适用于各个技术水平的用户，无须编程，就可完成复杂的转换工作流的配置[2]。

FME软件包含有6个功能模块: FME Workbench、FME Universal Translator、FME Universal Viewer、FME Plug-in(SDK)、FME Object API、FME Application Extenders[2]。

本文中主要用到 FME Workbench 模块，FME Workbench 是一个空间 ETL(ETL表示Extract—提取，Transform—转换和Load—加载)创作环境，可以快速定义图形化的流程，进行数据的转换、变换和集成。提供了 400 多种(FME 2017)转换函数，主要数据操作包括：几何要素操作，多源、多类型数据组合，属性数据与几何要素连接，属性数据操作，要素符号校准等，用户可以通过组合不同的函数功能实现复杂的数据转换和数据处理功能[2]。

2.2 技术路线

“三调”工作中由于河流、铁路、公路、管道用地、农村道路、林带和沟渠等线状地物必须填写宽度属性(线状地物图斑宽度填写线状地物平均宽度)[3-4]，为有效地开展工作，提高工作效率，能既快又好地完成“三调”工作，基于FME软件研究线状地物宽度自动提取方法，其实现的技术路线如图1所示。

图1 技术路线

2.3 实现方法

由于面积周长方法简单方便，而且基本上能满足工作的需求，因此项目中采用此方法进行线状图斑宽度的自动提取。在FME软件中定制线状图斑宽度自动提取模版，模板中主要使用Tester、AreaCalculator、LengthCalculator、AttributeCreator、AttributeRounder等转换器达到线状图斑宽度属性自动提取填写的目的，其转换模板如图2所示。

图2 线状图斑宽度自动提取模板

(1)FME Workbench中利用读模块(Add Reader)读取“三调”数据库中的地类图斑要素。

(2)地类图斑要素中利用Tester转换器筛选出铁路、公路、农村道路、沟渠等要计算宽度的线状图斑要素。

(3)利用AreaCalculator和LengthCalculator转换器分别计算筛选出的线状图斑的面积和周长信息并存储到S和C属性字段中。

(4)在AttributeCreator转换器中采用公式5计算方法计算筛选出的线状图斑的长度和宽度信息并存储到L和W属性字段中，宽度取L和W中的最小值。AttributeRounder转换器可以设置宽度的小数精度。

(5)通过AttributeCreator转换器的格式属性fme_db_operation = update和设置写模块(Add Writer)中的Update/Delete Key Fields = OBJECTID参数(注意更新关键字段必须唯一)更新源数据库中线状图斑宽度的属性。

(6)运行“线状图斑宽度自动提取模板”实现自动提取线状图斑的宽度信息，工作完成后选取了50个图斑与人工量取的宽度信息进行比对，其中误差最小为0，最大为±0.89(表1)。

表1 线状图斑计算宽度与量取宽度对比

3 结 语

线状图斑宽度属性的填写是“三调”工作中必不可少的一项工作任务，本文着重阐述了利用FME对“三调”数据进行线状图斑宽度自动提取的技术路线、计算方法及在项目中的应用，并给出了其实现过程。使用本文中“线状图斑宽度自动提取模板”，操作简便、快捷、高效、灵活，无须编程即可实现线状图斑宽度属性信息的自动提取，大大减少了人工工作量，提高了工作效率。