1：50000矢量地形數(shù)據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)檢查方法

王俊杰

[摘要]隨著遙感、地理信息系統(tǒng)和衛(wèi)星定位技術(shù)在各行各業(yè)日益廣泛的應(yīng)用，對(duì)矢量地理的需求越來(lái)越大，國(guó)家和軍隊(duì)不同的部門(mén)以及公司企業(yè)針對(duì)本部門(mén)的需要經(jīng)常要進(jìn)行大量的地理獲取。如果對(duì)同一地區(qū)同一比例尺的矢量采用不同的數(shù)據(jù)源、不同的空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、特定的數(shù)據(jù)模型和特定的空間物體分類分級(jí)體系進(jìn)行重復(fù)采集就會(huì)造成人力、財(cái)力的巨大浪費(fèi)，還引發(fā)了空間數(shù)據(jù)的多語(yǔ)義性、多時(shí)空性、多尺度性、存儲(chǔ)格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的差異等。對(duì)1：50000矢量地形數(shù)據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行自動(dòng)檢查對(duì)于降低地理數(shù)據(jù)的生產(chǎn)成本，加快現(xiàn)有地理信息更新速度，提高地理數(shù)據(jù)質(zhì)量有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]矢量地形數(shù)據(jù) 拓?fù)潢P(guān)系 自動(dòng)檢查方法

[中圖分類號(hào)] P5 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-257-1

1關(guān)于矢量地形數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)（VectorData）是在直角坐標(biāo)系中，用X、Y坐標(biāo)表示地圖圖形或地理實(shí)體的位置的數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)一般通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式來(lái)盡可能將地理實(shí)體的空間位置表現(xiàn)的準(zhǔn)確無(wú)誤。

矢量數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)中以矢量結(jié)構(gòu)存貯的內(nèi)部數(shù)據(jù)。是跟蹤式數(shù)字化儀的直接產(chǎn)物。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)數(shù)據(jù)可直接用坐標(biāo)值描述；線數(shù)據(jù)可用均勻或不均勻間隔的順序坐標(biāo)鏈來(lái)描述；面狀數(shù)據(jù)（或多邊形數(shù)據(jù)）可用邊界線來(lái)描述。矢量數(shù)據(jù)的組織形式較為復(fù)雜，以弧段為基本邏輯單元，而每一弧段以兩個(gè)或兩個(gè)以上相交結(jié)點(diǎn)所限制，并為兩個(gè)相鄰多邊形屬性所描述。在計(jì)算機(jī)中，使用矢量數(shù)據(jù)具有存儲(chǔ)量小，數(shù)據(jù)項(xiàng)之間拓?fù)潢P(guān)系可從點(diǎn)坐標(biāo)鏈中提取某些特征而獲得的優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)編輯、更新和處理軟件較復(fù)雜。

矢量地形要素?cái)?shù)據(jù)（Digital Line Graphic ，簡(jiǎn)稱DLG）是地形圖上基礎(chǔ)地理要素的矢量數(shù)據(jù)集，且保存各要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息。目前，我國(guó)已建成覆蓋全國(guó)陸地范圍的1：100萬(wàn)、1：25萬(wàn)、1：5萬(wàn)DLG數(shù)據(jù)庫(kù)。

2矢量地形數(shù)據(jù)的空間拓?fù)潢P(guān)系及其意義

空間拓?fù)潢P(guān)系描述的是基本的空間目標(biāo)點(diǎn)、線、面之間的鄰接、關(guān)聯(lián)和包含關(guān)系。GIS傳統(tǒng)的基于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)-弧段-多邊形，用于描述地理實(shí)體之間的連通性、鄰接性和區(qū)域性。這種拓?fù)潢P(guān)系難以直接描述空間上雖相鄰但并不相連的離散地物之間的空間關(guān)系。地圖圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系是對(duì)地圖矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間查詢、分析和質(zhì)量檢查等操作的基礎(chǔ)。拓?fù)潢P(guān)系生成算法主要包括三方面的內(nèi)容：線要素互相交斷鏈、結(jié)點(diǎn)與弧段間關(guān)系的建立、弧段與多邊形間關(guān)系的建立。

空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系對(duì)數(shù)據(jù)處理和空間分析具有重要的意義，因?yàn)椋?/p>

第一，根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定一種空間實(shí)體相對(duì)于另一種空間實(shí)體的位置關(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反應(yīng)實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比集合數(shù)據(jù)具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。

第二，利用拓?fù)潢P(guān)系有利于空間要素的查詢，例如，某條鐵路通過(guò)那些地區(qū)，某縣與那些縣領(lǐng)接。又如，分析河流能為那些地區(qū)的居民提供水源，某些湖泊周?chē)耐恋仡愋图吧飾h(huán)境作出評(píng)價(jià)等。

第三，可以根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系重建地理實(shí)體。例如，根據(jù)弧段構(gòu)建多邊形，實(shí)現(xiàn)道路的選取，進(jìn)行最佳的路徑的選擇等。

3 1：50000矢量地形數(shù)據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)檢查方法

在空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中，拓?fù)潢P(guān)系的檢查是質(zhì)量檢查的重點(diǎn)。矢量地圖數(shù)據(jù)通過(guò)坐標(biāo)值精確描述地理實(shí)體的空間位置，屬性描述其特征，拓?fù)湫畔⒚枋銎淇臻g關(guān)系，它可表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中各種復(fù)雜的地理實(shí)體，便于深層次的分析。因此矢量地圖數(shù)據(jù)是一種應(yīng)用最廣和最重要的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

1：50000矢量地形數(shù)據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)檢查要做到：

（1）確定其技術(shù)路線?；谝?guī)則的空間拓?fù)潢P(guān)系檢查，首先要獲取空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的知識(shí)和規(guī)則，依據(jù)點(diǎn)集拓?fù)淅碚撝械目臻g關(guān)系分析，總結(jié)歸納空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則，建立知識(shí)與規(guī)則庫(kù)。知識(shí)庫(kù)專家系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量檢查的系統(tǒng)，可以判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否符合 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。建立專家知識(shí)規(guī)則庫(kù)可以有效的對(duì)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系判斷和檢查，保障空間數(shù)據(jù)質(zhì)量。

建立這個(gè)知識(shí)與規(guī)則庫(kù)時(shí)，要做到如下幾點(diǎn)：

第一，對(duì)空間實(shí)體依據(jù)點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué)理論及空間拓?fù)潢P(guān)系的判斷，進(jìn)行規(guī)則的設(shè)置。

第二，將地物要素按照：點(diǎn)要素、線要素、面要素進(jìn)行分類。

制定點(diǎn)要素、線要素和面要素的拓?fù)湟?guī)則。

第三，依據(jù)拓?fù)湟?guī)則對(duì)地物要素進(jìn)行分析判斷，建立空間關(guān)系表，作第四，為空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 的判定依據(jù)。

（2）做好數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。數(shù)據(jù)是構(gòu)成地理信息系統(tǒng)的四大要素之一。隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量提出了更高的要求。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，它的質(zhì)量控制應(yīng)分環(huán)節(jié)實(shí)施。

第一，明確空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系?？臻g實(shí)體點(diǎn)、線、面之間 的六種組合表達(dá)了實(shí)體間拓?fù)潢P(guān)系的相鄰性、連續(xù)性、閉合性、包含性、一致性等關(guān)系，是地理空間數(shù)據(jù)處理分析的依據(jù)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)幾何數(shù)據(jù)的計(jì)算可以隨時(shí)構(gòu)造拓?fù)潢P(guān)系，所以，拓?fù)鋽?shù)據(jù)是必須的。譬如綜合分析和連通性分析就是很費(fèi)時(shí)的運(yùn)算，如果有明確的拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)作依據(jù)，這些問(wèn)題的復(fù)雜度將會(huì)大大減少。

第二，做好空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制?？臻g數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制是針對(duì)空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的，空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要包括數(shù) 據(jù)完整性、數(shù)據(jù)邏輯一致性、數(shù)據(jù)位置精度、數(shù)據(jù)屬性精度、數(shù)據(jù)時(shí)間精度以及一些關(guān)于數(shù)據(jù)的說(shuō)明。

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的檢查方法主要有：

（1）傳統(tǒng)的手工方法。主要是人工將數(shù)字化的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源進(jìn)行比較，圖形部分（空間數(shù)據(jù)位置精度）的檢 查方法有目視法和圖形法檢查。手工方法檢查的質(zhì)量受人為因素影響較大，在對(duì)大數(shù)據(jù)量的檢查或復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)檢查時(shí)存在困難。

（2）數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制法。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)，利用軟件自身的顯示、查詢和修改功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和質(zhì)量控制，有一定的效果。

（3）軟件檢查法，即將所檢查的內(nèi)容定制到軟件中進(jìn)行檢查，根據(jù)空間數(shù)據(jù)的圖形與圖形、圖形與屬性、 屬性與屬性之間的關(guān)系和規(guī)律編制程序，將數(shù)據(jù)中不符合規(guī)律、邏輯關(guān)系矛盾的要素自 動(dòng)挑選出來(lái)，使用人機(jī)交互等方式進(jìn)行修改。

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