基于FME的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)整合與質(zhì)檢方法研究
——以房屋建筑普查為例

邵澤興，張雨，陳鵬，曹建華

（1.湖北省國土測(cè)繪院，湖北 武漢 430010；2.湖北天地云地信科技集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000）

全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查是一項(xiàng)重大的國情國力調(diào)查，是落實(shí)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)以及提高應(yīng)急能力的重要舉措[1]。在普查對(duì)象中，房屋建筑是與人民生命財(cái)產(chǎn)安全最為密切的承災(zāi)體，通過調(diào)查房屋建筑的空間信息和屬性特征建立地理信息數(shù)據(jù)庫，可為國家和地方各級(jí)政府有效開展災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析以及防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急管理和空間發(fā)展規(guī)劃等工作提供科學(xué)決策依據(jù)[2]。

在房屋建筑普查數(shù)據(jù)整合過程中，通常需要經(jīng)過多個(gè)步驟才能達(dá)到要求，且每個(gè)步驟較繁瑣、重復(fù)操作較多。例如，將dwg格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)時(shí)，首先將其導(dǎo)入mdb中，并將幾何屬性轉(zhuǎn)換為點(diǎn)、線、面要素；再將dwg文件的擴(kuò)展屬性轉(zhuǎn)換為表，并關(guān)聯(lián)到mdb中進(jìn)行人工賦值屬性；然后經(jīng)過反復(fù)修改；最后達(dá)到數(shù)據(jù)匯交要求。整個(gè)過程耗時(shí)費(fèi)力，且易導(dǎo)致信息丟失和幾何損壞[3]。為改善人工操作步驟繁瑣、錯(cuò)誤較多的問題，本文采用FME軟件對(duì)工作底圖制作過程中的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。FME是一款用于加載、轉(zhuǎn)換、集成和導(dǎo)出空間與非空間數(shù)據(jù)的產(chǎn)品，在不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)整合、多規(guī)合一數(shù)據(jù)處理、國土空間規(guī)劃平臺(tái)建設(shè)、自然資源空間數(shù)據(jù)融合、測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)檢與入庫等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用[4]，提供了大量數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換器，通過轉(zhuǎn)換器的自由鏈接組合，實(shí)現(xiàn)用戶需求，避免了框架限制和復(fù)雜的代碼編寫工作，提高了數(shù)據(jù)處理的自由度和簡(jiǎn)便性。

1 技術(shù)路線與流程

本文根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查中的房屋建筑普查實(shí)施方案，以FME為載體，從數(shù)據(jù)整合與數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)房屋建筑普查數(shù)據(jù)的清理，其中數(shù)據(jù)整合包括空間幾何數(shù)據(jù)整合與屬性數(shù)據(jù)整合。首先整合空間幾何數(shù)據(jù)，主要包括坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式調(diào)整以及拓?fù)錂z查和重建；然后整合屬性數(shù)據(jù)，利用整合完成的數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)房屋安全信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、農(nóng)村房屋信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及不動(dòng)產(chǎn)登記中心權(quán)調(diào)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對(duì)國家下發(fā)底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充關(guān)聯(lián)掛接，形成自制工作底圖，以此為外業(yè)調(diào)查底圖開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核實(shí)工作，并將外調(diào)成果的屬性信息錄入Excel表格中；再對(duì)表格進(jìn)行邏輯一致性與正確性檢查，并利用關(guān)聯(lián)字段將表格數(shù)據(jù)掛接到底圖數(shù)據(jù)中；最后對(duì)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，導(dǎo)出符合匯交要求的房屋建筑地理信息數(shù)據(jù)庫。房屋建筑普查整理流程如圖1所示。

圖1 房屋建筑普查整體流程圖

2 數(shù)據(jù)整合

2.1 空間幾何數(shù)據(jù)整合

空間幾何數(shù)據(jù)整合主要包括坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、拓?fù)錂z查和數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式調(diào)整[5]。

1）坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。對(duì)于dwg格式的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)方法是先將其轉(zhuǎn)換為GIS格式（shp、mdb、gdb等），再通過ArcGIS等軟件實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，既繁瑣又容易丟失CAD數(shù)據(jù)的附加屬性信息。FME能方便讀取CAD、GIS格式的數(shù)據(jù)并記錄相應(yīng)屬性信息，因此可利用Reprojector轉(zhuǎn)換器[6]，通過定義源坐標(biāo)系、目標(biāo)坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)dwg數(shù)據(jù)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

2）拓?fù)錂z查。房屋建筑普查中的拓?fù)錂z查主要是對(duì)面狀地物的重復(fù)實(shí)體、交叉重疊部分和細(xì)碎面進(jìn)行檢查。通過AreaOnAreaOverlayer轉(zhuǎn)換器檢查面狀數(shù)據(jù)的交叉重疊問題，再利用TestFilter轉(zhuǎn)換器判斷重疊度是否大于等于2，即判斷圖形間是否存在壓蓋，并將存在壓蓋的圖形篩選輸出。利用AreaCalculator計(jì)算多邊形的面積，以此來確定圖層中是否有細(xì)碎面。

3）數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式調(diào)整。根據(jù)房屋建筑普查數(shù)據(jù)建庫標(biāo)準(zhǔn)，房屋建筑矢量數(shù)據(jù)為空間面要素，而現(xiàn)有部分地籍圖存在界址線在拐點(diǎn)處被打斷的問題（圖2a），導(dǎo)致幾何圖形由于線段不閉合而不能實(shí)現(xiàn)面的表達(dá)，因此需要對(duì)這些線要素進(jìn)行拓?fù)渲亟ā＝?jīng)分析，該圖層由線和橢圓兩種幾何要素組成，為了重構(gòu)面要素，首先需將線要素剝離出來，并對(duì)其進(jìn)行延伸，形成閉合線，最終構(gòu)成面要素。

FME實(shí)現(xiàn)該過程所采用的關(guān)鍵模塊為：①GeometryFilter用于根據(jù)幾何類型輸出要素，本文中主要用于提取線要素，結(jié)果如圖2b所示；②LineExtender用于延長(zhǎng)線段，通過反復(fù)試驗(yàn)，找到合適的延伸閾值，結(jié)果如圖2c所示；③Intersector用于計(jì)算輸入線要素相交處的交叉點(diǎn)，并在這些位置創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)；④Area-Builder用于將首尾閉合的線構(gòu)成拓?fù)湔_的多邊形要素，結(jié)果如圖2d所示。

圖2 地籍圖面要素處理前后結(jié)果

2.2 屬性數(shù)據(jù)整合

將城鎮(zhèn)房屋安全信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、農(nóng)村房屋信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、地籍圖數(shù)據(jù)以及不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)中的土地性質(zhì)、產(chǎn)權(quán)人、房屋用途、建筑面積、房屋高度等屬性信息遷移整合到底圖數(shù)據(jù)中，以此基礎(chǔ)屬性信息相對(duì)完善的工作底圖作為外業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)核查的調(diào)查底圖，能有效減少外業(yè)調(diào)查過程中數(shù)據(jù)填寫的工作量；再將調(diào)查結(jié)果填入含有數(shù)據(jù)驗(yàn)證和公式限制的Excel表格中，以改善由于外業(yè)人員對(duì)ArcGIS軟件操作不熟練而導(dǎo)致的效率低下、錯(cuò)誤率高的問題；最后通過宗地ID關(guān)鍵字段將調(diào)查成果掛接到底圖數(shù)據(jù)中，形成屬性信息完整的房屋建筑矢量數(shù)據(jù)。

FME實(shí)現(xiàn)該過程所采用的關(guān)鍵模塊為：①FeatureTypeFilter用于根據(jù)原始要素類型，將輸入要素從不同輸出端口輸出；②SpatialRelator用于將地籍圖中的房屋信息和房屋注記層利用空間位置關(guān)系掛接到底圖數(shù)據(jù)中，通過提供者添加到每個(gè)請(qǐng)求者的屬性信息數(shù)量包括地塊中沒有掛接到任何注記信息（_related_candidates=0）、每個(gè)地塊中掛接到一個(gè)注記信息（_related_candidates=1）和每個(gè)地塊中掛接到多個(gè)注記信息（_related_candidates＞1）3種情況（圖3）；③TestFilter用于將上述3種情況分別輸出到不同端口，便于單獨(dú)處理；④FeatureMerger用于根據(jù)公共鍵屬性值宗地ID將Excel文件的屬性信息掛接到底圖數(shù)據(jù)中；⑤StringConcatenator用于將需要合并的屬性值鏈接起來，并輸出為新屬性；⑥AttributeManager用于添加、重命名、復(fù)制、刪除和重新排序要素的屬性信息；⑦ListDuplicateRemover用于去掉列表屬性中所有的重復(fù)值。

圖3 SpatialRelator轉(zhuǎn)換器處理后結(jié)果

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查包括空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系檢查以及屬性數(shù)據(jù)邏輯一致性和正確性檢查。

根據(jù)房屋建筑數(shù)據(jù)建庫標(biāo)準(zhǔn)，拓?fù)潢P(guān)系檢查首先要保證各圖層內(nèi)面要素不重復(fù)，然后保證面狀地物之間不存在自相交，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢查不合理的情況，如細(xì)碎面、多部件等[7]。FME實(shí)現(xiàn)該過程所采用的關(guān)鍵模塊為：①利用AreaOnAreaOverlayer、AreaCalculator、TestFilter等轉(zhuǎn)換器篩選并輸出重復(fù)、壓蓋和細(xì)碎面圖形，便于作業(yè)人員后續(xù)修改；②利用Deaggregator轉(zhuǎn)換器將多部件要素拆分為單部件要素。

屬性數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查主要是對(duì)外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)、最終成果數(shù)據(jù)的邏輯一致性和正確性進(jìn)行檢查。以外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查為例，由于人為因素的影響，錄入的外調(diào)數(shù)據(jù)存在錯(cuò)填漏填現(xiàn)象（圖4），因此需根據(jù)規(guī)范對(duì)表格中每個(gè)有約束的字段進(jìn)行檢查，包括字段值域填寫的規(guī)范性檢查，字段必填、條件必填的檢查等，如當(dāng)“結(jié)構(gòu)類型”選擇“其他”時(shí)，“其他結(jié)構(gòu)類型”則必填。本文利用FME對(duì)外業(yè)調(diào)查成果表格數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，并輸出了含有錯(cuò)誤類型和宗地ID號(hào)的錯(cuò)誤報(bào)告（圖5），主要采用的FME轉(zhuǎn)換器為FeatureMerger、AttributeManager、AttributeKeeper、Test-Filter等。

圖4 表格數(shù)據(jù)錯(cuò)誤示例

圖5 錯(cuò)誤報(bào)告示例

4 結(jié)語

自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查是提升自然災(zāi)害防治能力的基礎(chǔ)性工作，其中房屋建筑調(diào)查是普查中重要的承災(zāi)體之一，摸清我國房屋底數(shù)和抗震設(shè)防總體情況是降低自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的前提條件，且對(duì)于提升我國房屋建筑的防震減災(zāi)水平具有重要意義。針對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過程中數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)多源異構(gòu)等特點(diǎn)，本文充分利用FME可視化預(yù)覽、零代碼維護(hù)、多源數(shù)據(jù)集成等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查中的房屋建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析、整合和質(zhì)檢，改善了因人工錄入而導(dǎo)致的錯(cuò)誤遺漏，減少了繁瑣重復(fù)的數(shù)據(jù)處理過程，操作過程簡(jiǎn)便、高效、靈活，可為自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查工作提供重要的技術(shù)保障，具有廣泛的應(yīng)用前景。