FME软件在第三次土地调查中的应用

张瑜伟， 王 丹， 朱 文

(1.江苏省地质测绘院 江苏 南京 211102；2. 江苏省地质勘查技术院 江苏 南京 211102)

0 引 言

第三次全国国土调查(简称“三调”)的主要任务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，统筹现有资料，查清各类土地的所有权和使用权情况。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工作的需求。相比于“二调”，“三调”技术标准中数学基础的平面坐标系、土地分类、线状地物(“二调”中的线需转为“三调”中的面)等发生了较大变化。如要有效的开展工作，顺利的提供外业调查工作地图，那么首先要解决坐标转换和地类代码转换的问题。本文以某项目中ArcGIS下的DLG数据为例，详细阐述坐标和地类代码转换在FME软件中实现的技术方法。

1 FME简介

FME(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。

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。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(FME2017)转换函数，主要数据处理过程包括：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 坐标转换

坐标转换就是采用适用的转换模型和转换参数，将大地测量控制点坐标从某一坐标系转换到另一坐标系。坐标转换通常包含坐标系变换和基准变换两部分内容。其中，坐标系变换是在同一地球椭球下，空间点的不同坐标表示形式间进行变换，不涉及基准面变换，参数是既定的，不受外部误差影响；基准变换是空间点在不同的椭球间的坐标变换，变换参数内拟合模型确定，受测量误差影响。 “二调”中的1980西安坐标系到“三调”中2000国家大地坐标系的转换实质上是不同基准之间的转换。FME软件中提供了通过自定义坐标系、仿射变换和控制点纠正的方法实现坐标转换。

2.1 自定义坐标系

定义坐标系需要确定这个坐标系的椭球体参数，基准面参数以及投影参数。在FME中，自定义坐标系参数定义涉及两个文件LocalCoordSysDefs.fme和MyCoordSysDefs.fme。在LocalCoordSysDefs.fme文件中定义椭球体参数和基准面参数；在MyCoordSysDefs.fme文件中定义投影参数。具体椭球体、基准面和投影参数定义可以参考FME帮助文档，需要注意的是基准面参数中定义的转换模型参数(四参数、七参数等)，是所定义坐标系与WGS84坐标系之间的转换关系。如果要完成2个非WGS84坐标系之间的转换，就需要完成两组坐标系的定义即可。例如，从1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的7参数是一组值：dx，dy，dz，rx，ry，rz，bs。先用这组参数定义1980西安坐标系到WGS84的坐标系定义；然后再用0，0，0，0，0，0，1这样一组7参数，完成2000国家大地坐标系到WGS84的坐标系定义。但是这种定义方式，只能用于这两个坐标系之间的转换，而不能用于和其他坐标系的变换。

自定义坐标系文件中参数定义完成后，在FME转换模版中，对原始数据和目标数据分别设置坐标系，FME在进行数据转换的时候，可以自动进行坐标系的变换。

或者可以使用FME Workbench中的Reprojector转换器或EsriReprojector转换器或CsmapReprojector转化器对已有数据进行坐标转换。在转换器中分别选择源数据坐标系和目标数据坐标系，确定后，即可进行坐标系的变换。

2.2 仿射变换

FME Workbench有两个坐标仿射变换转换器Affiner和3DAffiner，其转换模型如式(1)、式(2)所示。

(1)

式(1)中：x1,y1为源坐标系下的坐标；x2,y2为目标坐标系下的坐标；A、B、C、D、E、F 为仿射变换的系数。

(2)

式(2)中：X1、Y1、Z1为源坐标系中坐标；X2、Y2、Z2为目标坐标系中坐标；A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L 为仿射变换的系数。

实际应用中，二维、三维仿射变换系数可以通过与之对应的四参数、七参数(布尔莎)转换模型计算求出。其四参数、七参数转换模型，如式(3)、式(4)所示。

(3)

式(3)中：x1、y1为源坐标系中坐标；x2、y2为目标坐标系中坐标；Δx、Δy为平移参数；α为旋转参数；m为尺度因子。

(4)

式(4)中：X1、Y1、Z1为源坐标系中坐标；X2、Y2、Z2为目标坐标系中坐标；Tx、Ty、Tz为平移参数；Rx、Ry、Rz为旋转参数；D为尺度因子。

由上述式(1)和式(3)，式(2)和式(4)可以分别计算出二维、三维仿射变换系数，如表1所示。

表1 二维、三维仿射变换系数

2.3 控制点纠正

对于地方坐标(或坐标系未知的坐标)，如果未提供转换参数，通常利用控制点进行坐标几何纠正，从而达到坐标转换的目的。利用控制点坐标转换时，为保证转换成果的精度，控制点应尽量均匀地分布，同时，观测数据不要离控制点太远。此外，增加控制点对的个数也能提高转换精度。但增加控制点对会损失计算效率。

在FME Workbench中，提供了AffineWarper转换器，实现控制点坐标转换(图1)。

图1 AffineWarper转换器

由于AffineWarper转换器是根据控制向量定义的仿射变换，然后应用到观测数据(Observed)，它并没有其他参数的输入要求，只包括输入端口和输出端口。①输入端口： AffineWarper的Control端口输入控制向量。控制向量为初始坐标系的控制点，到目标坐标系对应控制点的连线； AffineWarper的Observed端口输入观测数据。观测数据的仿射变换由控制向量给出。②输出端口： AffineWarper的Corrected端口输出经过校正的观测数据。使用AffineWarper转换器构建的坐标转换模版(图2)。

图2 AffineWarper坐标转换模版

综上所述，在已知坐标转换参数的情况下，可以使用自定义坐标系或仿射变换的方法实现坐标转换，但自定义坐标系支持的转换模型更多，如4参数、7参数、布尔莎、莫洛坚斯基等模型；在已知同名控制点对的情况下，可以直接使用控制点纠正的方法实现坐标转换，也可以通过其他软件计算出转换参数后，再由自定义坐标系或仿射变换的方法实现坐标转换。

3 地类代码转换

按照《第三次土地调查土地工作分类》标准，需要将“二调”及年度变更调查成果中地类代码转换为“三调”土地工作分类的地类代码，其转换流程如图3所示。

图3 地类代码转换流程

地类代码转换应建立在土地分类对照表基础之上，对各地类进行对照转换、检查，经调整、补充调查后转换成符合“三调”要求的分类。在FME Workbench中，提供了DatabaseJoiner转换器，利用其构建的地类代码转换模版可以实现上述地类代码转换的过程(图4)。

图4 DatabaseJoiner地类代码转换模版

4 结 语

坐标转换和地类代码转换是“三调”工作中两项重要的任务，本文介绍了利用FME软件对“二调”数据进行坐标和地类代码转换的技术方法，并给出实现过程。使用 “自定义坐标系转换模版”、“EsriReprojector坐标转换模版”、“Affine坐标转换模版”、“AffineWarper坐标转换模版”和“DatabaseJoiner地类代码转换模版”进行坐标和地类代码转换，操作简便、高效、灵活，可提高工作效率，对其他空间数据转换具有很好的借鉴意义。