2019FME博客大赛——FME如何下“矢量数据融合”这盘棋

参赛单元：传统GIS数据处理

作者：曹文涛

单位：武汉市测绘研究院

 

一，概述

随着经济社会的不断发展进步,尤其是互联网地图等新型地理空间数据的出现与迅猛发展，各行业对于矢量地理空间数据的现势性和准确性要求越来越高，因此,针对不同现势性、不同精度、不同来源的矢量数据融合技术进行研究具有十分重要的意义。这有利于降低地理空间数据的生产成本，加快其更新速度，提高其质量、精度和现势性，从而促进不同空间数据部门间的合作，推动空间数据的集成与共享，为城市社会发展和规划决策提供必要的技术和数据支持。

堪称数据处理界“瑞士军刀”的FME，对于矢量数据融合这个研究热点来说，会有怎样的表现呢，这盘棋能否下得精彩呢？本文就利用FME对矢量数据融合进行一些探讨。

二、矢量数据融合

2.1融合的条件与内容

首先，当待融合的数据源具有一些特点时，即前提条件,进行数据融合才有一定的意义，才能提高原始数据应用的深度、广度和增值程度。这些条件主要包括以下几个方面：

（1）在空间方面,待融合的数据源具有重叠区域；

（2）在尺度方面，待融合的数据源在尺度方面是相同或相近的；

（3）在时间方面，待融合的数据源是处于同一时期或者相近的时期；

（4）在数据特点方面，待融合的数据源应在精度、属性、现势性、详细程度、数据完整性等方面有所侧重。

当不同数据源符合以上若干条件时，才具备融合的价值和意义。

其次，由于各种矢量数据生产软件的功能、特点和优势等不同，造成矢量数据的格式、组织结构、表达方式等有较大的差异，因此在进行数据融合时，需要考虑空间数据模型、几何图形、实体属性、数据质量等方面的融合，在融合的过程中，一般分为数据预处理、同名实体匹配、几何图形调整和属性信息融合等内容，将在以下章节中进行具体的阐述。

2.2 数据预处理

数据预处理是指对不同的数据源进行规范化处理，使得它们具有相同的格式、坐标系统和地图投影等。在FME 中，数据预处理中的格式统一问题可以忽略，它本来就能兼容读取各种不同格式的矢量数据，而空间位置的统一分为两种情况，如果待融合数据源的坐标系统和投影类型已集成在FME的坐标系统定义文件中，则可直接调用Reprojector转换器；如果未集成，则可通过向LocalCoordSysDefs.fme和MyCoordSysDefs.fme文件中添加坐标系的相关定义描述，然后再调用Reprojector转换器进行坐标转换即可，如图1所示，考虑到篇幅问题，其他预处理内容这里不再描述。

 

                                                             图1 FME中涉及坐标转换的配置文件与转换器

2.3 同名实体匹配

去年参加博客大赛时，写到过多尺度线和面要素的一致性检测内容，其中就涉及到同名实体的匹配，主要从空间位置、几何形状、拓扑关系和语义属性等四个方面进行考虑。设待匹配的要素A和B，二者的要素相似度ObjSim(A,B) 是将空间相似度SA,B 、几何相似度GA,B 、拓扑相似度TA,B 和语义相似度semA,B 等结合在一起，综合评价它们之间的整体相似情况，其值的取值区间为[0,1]，ωS 、ωG 、ωT 和ωsem 分别代表空间、几何、拓扑相似度和语义相似度在评价要素相似度时的权重值，须满足ωS+ωG+ωT+ωsem=1 ，要素相似度ObjSim(A,B) 的计算公式如式（1）所示：

ObjSimA,B=SA,B*ωS+GA,B*ωG+TA,B*ωT+semA,B*ωsem     （1）

从A和B的候选集中选取要素相似度最大的匹配组合，如果其要素相似度大于阈值，则表明这对组合即为最优的要素匹配结果，从而实现了不同数据源之间同名实体的匹配，由于这部分内容在去年的博客大赛参赛文中作了详细的介绍，本文就不再赘述。

2.4 几何图形调整

几何图形调整是在同名实体匹配的基础上，将不同数据源的同名实体空间位置进行的调整，它不仅需要调整已匹配实体的位置,还需要利用已匹配实体去调整未匹配实体的空间位置。首先提到一个“可信度”的概念，它是指矢量数据中要素位置接近“真实位置”的程度。不同数据源间同名实体的位置对融合后的结果图形有不同的影响,因此需要对每个要素进行一个总体上量化的影响度衡量,以确定该要素在不同数据源中的可信度因子。本文选择同名实体对周围地物的影响度、位置的准确度和在不同数据源中的重要性这三个评价因素来决定其位置的可信度。

（1）影响度

本文利用Delaunay三角网来确定各要素对周围地物的影响度，矢量数据中的实体类型分为点、线和面三种，其中线可以理解为由多个有序的点组合而成，而面则是由多条线组合而成，通俗来说，要素对周围地物的影响度是指构成要素的点或点集合与构成其周围要素的点或点集一起构建Delaunay三角网，约束条件为要素本身，在约束三角网中与要素本身的点或点集合相关联的所有三角形面积之和即为要素对周围地物的影响度，如下图2所示：