FME在国土变更调查自动化分析中的应用研究

龚良雄,刘传瑞,曹星星

(南昌市测绘勘察研究院有限公司,江西 南昌 330013)

0 引 言

土地变更调查是在全国土地调查的基础上,对土地利用状况变化情况进行调查,对调查结果定期进行汇总统计的一项基础性工作。依法开展土地变更调查与遥感监测,掌握真实准确的土地利用基础数据,是科学规划、合理利用、有效保护国土资源和切实维护群众权益的重要前提,是强化建设用地审批管理、耕地保护责任目标考核、土地督察和执法监察等国土资源管理工作的依据[1]。

在开展土地变更调查及卫片执法检查工作前期,通常需要将遥感监测图斑与国土变更调查数据库(二调、三调)、农转用报批数据库、基本农田数据库、土地利用总体规划数据库等数据进行套合分析,分析出遥感监测图斑与各类数据的关联情况,计算监测范围内国土变更调查数据库中各类地物的面积,并判定监测图斑是否占用基本农田、是否已报批、是否符合土地利用总体规划等情况。

遥感监测图斑与国土变更调查等数据套合分析若采用人工作业方式,存在以下几方面的不足:①人工作业方式效率偏低及成本高;②套合分析前期工作时间紧,人工作业方式难以应对繁多任务的工期要求;③将遥感监测图斑与变更调查数据库进行套合分析时,遥感监测图斑范围内地类图斑净面积(尤其是二调数据库)人工计算较为复杂,且容易计算错误。为此,提出了一种基于FME的遥感监测图斑与国土变更调查等数据自动化套合分析方法,极大提高了国土变更调查与卫片执法项目前期工作效率,为相关作业部门及自然资源部门获取遥感监测图斑的土地利用信息提供了技术保障。

1 FME简介

FME(feature manipulate engine)是一套完整的访问空间数据的解决方案,FME基于OpenGIS组织提出的新的数据转换理念—语义转换,不仅能读、写、存储、转换各种空间数据,而且能通过提供转换函数(Transforemers)自定义实现复杂的数据转换和数据处理功能[2]。文献[3]介绍了利用FME软件对国土调查数据处理分析的技术流程和方法,并给出了实现过程,实现了对调查数据的自动化分析。文献[4]在图斑净面积计算规则下,对地类图斑、线状地物及零星地物三个图层的组织结构和相互关系展开研究,提出基于FME的空间分析计算图斑净面积方法。文献[5]介绍了利用FME对遥感监测图斑统计分析的方法,利用FME对遥感监测图斑的自动化统计分析有效地提高了工作效率。文献[6]以第三次全国土地调查为背景,利用FME对重点地类变化图斑进行了自动化提取,提高了第三次全国国土调查的工作效率,为外业调查、举证和最终成果分析提供了有效依据。文献[7]以农村土地承包经营权确权登记为背景,利用FME提取了每宗地块的东、南、西、北4个方向的权属线,分析了权属线与地块界址线之间的空间拓扑关系,批量化对界址线类别进行赋值,在实际项目中提高了数据的生产效率。

利用FME Workbench软件中提供的各类转换器,读取遥感监测图斑与国土变更调查等数据库,分析遥感监测图斑与各类数据库的空间关系,在FME软件中制定相应的数据处理流程模块,实现遥感监测图斑与各类数据库套合分析的程序化、自动化。

2 自动化分析流程

基于FME的遥感监测图斑与国土变更调查等数据自动化套合分析如图1所示,涉及的模块共有以下五类:

图1 自动化套合分析流程

(1)遥感监测图斑(JCTB)与二调数据库中的地类图斑(DLTB)、线状地物(XZDW)、零星地物(LXDW)套合分析,同时扣除耕地类中的田坎系数(TKXS)面积,最后利用PythonCaller转换器汇总各地类面积。

(2)遥感监测图斑(JCTB)与三调数据库中的地类图斑(DLTB)套合分析,因三调数据库已对二调数据库中的线状地物(XZDW)、零星地物(LXDW)进行了面状化,故只需除耕地类中的田坎系数(TKXS)面积,最后利用PythonCaller转换器汇总各地类及建设用地(JSYD)、农用地(NYD)、未利用地(WLYD)等三大类面积。

(3)遥感监测图斑(JCTB)与基本农田数据库(JBNT)套合分析。

(4)遥感监测图斑(JCTB)与农转用数据库(NZY)套合分析。

(5)遥感监测图斑(JCTB)与土地利用规划数据库(TDLYGH)套合分析。

2.1 与二调数据库套合分析

遥感监测图斑与二调数据库套合分析关键在于如何判定线状地物、零星地物与遥感监测图斑的空间拓扑关系。根据二调数据库建库标准[8],图斑净面积的计算规则如下:

图斑地类面积=图斑面积-扣除地类面积-线状地物面积-零星地物面积。

其中:线状地物面积=长度×宽度×扣除比例。田坎面积=(图斑面积-线状地物面积-零星地物面积)×田坎系数,其中田坎系数依据田坎面积与耕地面积的比例确定。

图斑地类面积的确定主要有以下几步骤:

(1)线状地物扣除面积的确定。首先利用Clipper转换器得到遥感监测图斑范围内的线状地物,利用Chopper转换器将线状地物拆分成线段,再利用LengthCalculator转换器计算各线段长度,利用CenterPointReplacer转换器获得各线段的中心点,利用Bufferer转换器对中心点以 0.001 m做缓冲区分析,再利用SpatialFilter转换器获得图斑边界、内部的线状地物,若线状地物位于图斑的边界上,则扣除一半,扣除比例取0.5,若线状地物位于图斑内部,则全扣,扣除比例取1.0,最后可确定线状地物的扣除面积。具体以某个遥感监测图斑为例,如图2所示。

图2 线状地物扣除

(2)零星地物扣除面积的确定。首先利用SpatialRelator转换器获取监测图斑范围内的零星地物,并利用步骤(1)中的结果对零星地物面积进行扣除并统计汇总零星地物面积。

(3)田坎扣除面积的确定。当线状地物面积及零星地物面积确定之后,可依据田坎面积计算公式计算田坎的扣除面积。

2.2 与三调等数据库套合分析

因三调数据库对二调数据库中的线状地物及零星地物进行了面状化,故遥感监测图斑与三调数据库套合分析较为简单,只需要对耕地类的田坎系数面积扣除即可,并且最后利用PythonCaller转换器汇总三大类的面积。遥感监测图斑与三调数据库、农转用数据库、基本农田数据库以套合分析主要利用了AreaOnAreaOverlayer、StatisticsCalculator、ListConcatenator、PythonCaller等转换器进行一系列的统计分析处理。

2.3 与土地利用规划数据库套合分析

建设用地空间管制制度提出了“三界四区”的概念,即将某一个规划区域划分为四个区域,即允许建设区、有条件建设区、限制建设区以及禁止建设区[9]。

在判定遥感监测图斑是否符合土地利用总体规划时,先利用TestFilter转换器提取现状为建设用地的监测图斑,现状非建设用地的遥感监测图斑不予判定。是否符合土地利用总体规划依据以下原则确定[10]:

(1)若监测图斑位于土地利用规划中的允许建设区,则判定该图斑符合土地利用总体规划。

(2)若监测图斑位于土地利用规划中的禁止建设区或限制建设区,则判定该图斑不符合土地利用总体规划。

(3)若监测图斑位于土地利用规划中的有条件建设区,且该监测图斑已取得合法建设用地审批手续(如已办理农转用手续),则判定该图斑符合土地利用总体规划,否则判定该图斑不符合土地利用总体规划。

2.3 模块的应用

以笔者所负责的南昌高新区2021年度国土变更调查项目为例,国家下发遥感监测图斑共计651个,自动化处理仅耗时 45 s左右,人工处理耗时 6 h以上,有效地提高了数据的生产效率。为验证自动化分析模块的准确性,将人工处理所得的套合成果与自动化模块所得的套合成果进行比对,二者计算面积最终差值最大仅为 0.02 m2。自动化处理结果部分样例如表1所示:

表1 自动化套合分析成果表

3 结 语

遥感监测图斑与各类基础数据的套合分析是开展国土变更调查或卫片执法工作的前提,本文阐述了基于FME的遥感监测图斑与国土变更调查等数据自动化套合分析方法,并详细论述了遥感监测图斑与各类基础数据的套合过程。依托于FME强大的数据处理能力,套合过程无须借助于其他的专业数据处理软件及编程语言,将简单的、便捷的、适应性强的数据处理流程代替了复杂的、烦琐的、灵活性差的数据处理过程,有效地提高了作业单位的数据分析与处理的能力及生产效率。