海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

程鵬飛，趙有松，尹　粟，毛文娟，陳海鵬

(國(guó)家測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100830)

Key Technology of Quality Inspection in the Production of Coastal

CHENG Pengfei，ZHAO Yousong，YIN Su,MAO Wenjuan，CHEN Haipeng

海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

程鵬飛，趙有松，尹粟，毛文娟，陳海鵬

(國(guó)家測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100830)

Key Technology of Quality Inspection in the Production of Coastal

Island (Rock) DEM

CHENG Pengfei，ZHAO Yousong，YIN Su,MAO Wenjuan，CHEN Haipeng

摘要：在人機(jī)交互質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了解決海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)問(wèn)題的3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。首先，提出了目錄組織模型用于質(zhì)量檢驗(yàn)的自動(dòng)化檢查方法，該模型支持對(duì)各個(gè)單位匯交的成果數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)命名和數(shù)據(jù)格式等方面進(jìn)行檢查，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間參照系、邏輯一致性等質(zhì)量元素較為全面的檢查，提高了大規(guī)模批量海島(礁)DEM成果的檢驗(yàn)效率；其次，提出了樁點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)高程中誤差，以取代外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)打點(diǎn)檢查DEM高程精度的檢測(cè)方法，解決了海島(礁)無(wú)法布設(shè)足夠外業(yè)檢查點(diǎn)的技術(shù)難題；最后，開(kāi)發(fā)了質(zhì)量等級(jí)評(píng)定工具，實(shí)現(xiàn)了DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的電子化統(tǒng)一管理。通過(guò)對(duì)3000多幅海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)的工作證實(shí)，該技術(shù)提升了質(zhì)量檢驗(yàn)?zāi)芰托?，保證了測(cè)繪成果檢驗(yàn)的正確性和科學(xué)性。

引文格式： 程鵬飛，趙有松，尹粟，等. 海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(9)：48-50.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0276

關(guān)鍵詞：質(zhì)量檢驗(yàn)；海島(礁)DEM成果；目錄組織模型；高程精度檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：P229

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)09-0048-03

收稿日期：2014-09-17

作者簡(jiǎn)介：程鵬飛(1964—)，男，研究員，研究方向?yàn)槿蛐l(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的理論研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。E-mail：chengpf@casm.ac.cn

一、引言

海島航空航天遙感測(cè)圖成果中DEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，是利用DLG產(chǎn)品中等高線(xiàn)、高程點(diǎn)、水域等數(shù)據(jù)，輔以立體采集的地形特征點(diǎn)線(xiàn)，構(gòu)TIN內(nèi)插、裁切生成。在DEM質(zhì)量檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的研究中，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了一些有效的方法，如雷蓉等[1]在探討多種DEM質(zhì)量檢查方法的基礎(chǔ)上，提出了基于遙感影像生產(chǎn)DEM的綜合檢查方法，即采用影像分析算法進(jìn)行粗差點(diǎn)初步檢查， 然后再用擬合法或影像相關(guān)法進(jìn)一步檢查， 能快速、 準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并定位DEM中存在的質(zhì)量問(wèn)題；湯國(guó)安等[2]首次提出等高線(xiàn)套合差的概念，通過(guò)等高線(xiàn)套合積差、超限區(qū)個(gè)數(shù)比、系統(tǒng)偏差3個(gè)測(cè)算因子定量檢查DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量。

與傳統(tǒng)DEM成果相比，海島(礁)DEM成果具有3個(gè)自身的特點(diǎn)[3]：第一，海域面積的比例比其他DEM數(shù)據(jù)大；第二，河流水系、海洋、陸地交界地段的要素更為復(fù)雜；第三，不易或不宜登島進(jìn)行實(shí)地測(cè)量獲得足夠的檢查點(diǎn)?；谏鲜龇治?，傳統(tǒng)的DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)方法不能在很短的時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足大規(guī)模海島(礁)DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)的需要。

結(jié)合上述海島(礁)DEM成果特點(diǎn)，在嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系的基礎(chǔ)上制定成果檢驗(yàn)組織實(shí)施方案，如圖1所示。本文結(jié)合海島(礁)DEM成果檢驗(yàn)的特點(diǎn)，從成果檢驗(yàn)數(shù)字化、高程精度檢測(cè)方法、質(zhì)量評(píng)定3個(gè)方面對(duì)海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。3000多幅海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗(yàn)的結(jié)果表明，該技術(shù)路線(xiàn)是可行的，質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果是客觀(guān)和真實(shí)的。

圖1　成果檢驗(yàn)組織實(shí)施

二、關(guān)鍵技術(shù)

海島(礁)DEM成果的處理流程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、質(zhì)檢方案制作、自動(dòng)化檢查、人機(jī)交互檢查、傾向性問(wèn)題檢查、質(zhì)量評(píng)定，最終形成質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告。首先，成果檢驗(yàn)數(shù)字化涵蓋了DEM數(shù)據(jù)檢查的部分質(zhì)量元素和檢查項(xiàng)，若出現(xiàn)無(wú)法通過(guò)自動(dòng)檢查的內(nèi)容時(shí)，可利用軟件的交互檢查工具進(jìn)行錯(cuò)誤定位與標(biāo)識(shí)；其次，在自動(dòng)檢查的基礎(chǔ)上，增加人工干預(yù)對(duì)DEM成果中的高程中誤差、靜水面置平、套合差、完整性和附件質(zhì)量進(jìn)行檢查；最后，對(duì)成果詳查樣本圖幅中發(fā)現(xiàn)的傾向性問(wèn)題進(jìn)行批次概查，如圖幅拼接的接邊處理一致性、DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量完整性(除海域外的DEM格網(wǎng)點(diǎn)灰度值無(wú)缺失)等。綜上所述，海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程所采用的關(guān)鍵技術(shù)如圖2所示。

1. 成果檢驗(yàn)數(shù)字化

(1) 構(gòu)建目錄組織模型

目錄組織模型是用來(lái)檢查各個(gè)單位匯交的成果在數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)命名和數(shù)據(jù)格式等方面的正確性。目錄模型按照“匯交要求”構(gòu)建的文件組織形式上，還可以進(jìn)行目錄體系結(jié)構(gòu)的修改，以適應(yīng)變化的要求?；谀夸浗M織模型的自動(dòng)檢查實(shí)現(xiàn)了批量高效的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，通過(guò)設(shè)置不同尺度、不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)成果，可以完成對(duì)大批量圖幅(待檢數(shù)據(jù))的

數(shù)據(jù)組織、命名、格式等項(xiàng)目的檢查。海島(礁)DEM數(shù)據(jù)目錄組織模型如圖3所示。

圖3　海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果目錄組織模型

(2) 質(zhì)檢軟件設(shè)計(jì)

海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果共涉及12家生產(chǎn)單位、20批次上交成果，合計(jì)3000多幅圖幅，數(shù)據(jù)量大、檢驗(yàn)工作復(fù)雜。為爭(zhēng)取在較短時(shí)間內(nèi)評(píng)定成果質(zhì)量，增強(qiáng)成果檢查功能，減輕質(zhì)量檢驗(yàn)工作強(qiáng)度和重復(fù)性，開(kāi)發(fā)了相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)軟件。軟件具有目錄模型設(shè)計(jì)、檢查項(xiàng)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)、質(zhì)檢方案設(shè)計(jì)等功能，實(shí)現(xiàn)了批量自動(dòng)化檢測(cè)，大大提高了大規(guī)模海島(礁)數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢驗(yàn)的工作效率。

為了在規(guī)則抽象的基礎(chǔ)上，建立靈活的檢查模型，構(gòu)建了基于“規(guī)則—檢查項(xiàng)—方案”的質(zhì)檢機(jī)制，可以根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的內(nèi)容和質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)制定檢查項(xiàng)，對(duì)數(shù)據(jù)檢查方法進(jìn)行擴(kuò)展和定制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間參考系、屬性精度、邏輯一致性、柵格質(zhì)量等質(zhì)量元素的自動(dòng)質(zhì)量檢查。

2. 高程精度檢測(cè)

(1) 野外實(shí)測(cè)法

利用外業(yè)全站儀或GPS RTK手段實(shí)地測(cè)量散點(diǎn)的坐標(biāo)，與DEM同名格網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行比較，可以得到一組高程較差，通過(guò)此方法計(jì)算出的中誤差用來(lái)評(píng)定DEM成果精度。

(2) 樁點(diǎn)法

在立體模型下，用量測(cè)高程注記點(diǎn)的方法，測(cè)得一組檢測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值，與DEM同名格網(wǎng)點(diǎn)高程相比較，可以得到一組高程較差。在沒(méi)有外業(yè)檢測(cè)點(diǎn)的情況下，樁點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)出的中誤差可以作為衡量DEM精度的另一個(gè)重要方法。

樁點(diǎn)選點(diǎn)需要遵循一定的原則：首先，DEM高程精度檢測(cè)點(diǎn)要求選擇在非人工地物、高程變化不大的自然地表。考慮到生產(chǎn)作業(yè)主流作業(yè)方式是利用高程注記點(diǎn)、等高線(xiàn)、其他特征點(diǎn)線(xiàn)等構(gòu)建TIN生成DEM的，科學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)檢測(cè)點(diǎn)盡可能離高程注記點(diǎn)等稍遠(yuǎn)，同時(shí)，基塘區(qū)DEM以堤上高程點(diǎn)的高程值適當(dāng)降低作為區(qū)域的高程，故該區(qū)域不適合采集檢測(cè)點(diǎn)。其次，按照《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》(GB/T 24356—2009)[4]和《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》(GB/T 18316—2008)[5]規(guī)定圖類(lèi)單位成果高程精度檢測(cè)、平面位置精度檢測(cè)及相對(duì)位置精度檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)分布均勻、位置明顯。檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量視地物復(fù)雜程度、比例尺等具體情況確定，每幅圖一般各選取20～50個(gè)，按單位成果統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)精度，困難時(shí)可以適當(dāng)擴(kuò)大統(tǒng)計(jì)范圍。為此，海島(礁)DEM成果高程精度檢測(cè)采用的兩種方法和工作量見(jiàn)表1。

表1　海島(礁)DEM成果高程精度檢測(cè)方法

建立DEM精度模型，利用以上兩種方法計(jì)算得到的DEM檢查點(diǎn)誤差，均能從整體上描述DEM高程和其真值的離散程度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DEM成果質(zhì)量和精度作出科學(xué)評(píng)價(jià)。具體采用的DEM精度檢測(cè)模型為：

1) 檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量少于20時(shí)，以誤差的算術(shù)平均值代替中誤差；大于20時(shí)，按中誤差統(tǒng)計(jì)。

2) 高精度檢測(cè)時(shí)，中誤差計(jì)算公式為

3) 同精度檢測(cè)時(shí)，中誤差計(jì)算公式為

式中，m為高程較差；n為檢測(cè)點(diǎn)數(shù)。

3. 質(zhì)量評(píng)定

依照質(zhì)量評(píng)價(jià)模型對(duì)數(shù)據(jù)成果進(jìn)行綜合打分，并將數(shù)據(jù)檢查結(jié)果(文檔、圖形)和評(píng)價(jià)打分結(jié)果等進(jìn)行輸出。具體做法是：結(jié)合質(zhì)量檢查與驗(yàn)收相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，將質(zhì)量元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)和分級(jí)，可以分為兩部分：一是對(duì)各個(gè)單項(xiàng)質(zhì)量元素分別評(píng)價(jià)；二是對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量元素評(píng)價(jià)結(jié)果匯總得出整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果。單位成果質(zhì)量評(píng)定依據(jù)為《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》(GB/T 18316—2008)[5]，批成果質(zhì)量等級(jí)依據(jù)質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定(詳見(jiàn)GB/T 18316—2008表5)。以上過(guò)程由開(kāi)發(fā)的質(zhì)量等級(jí)評(píng)定工具自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)了測(cè)圖成果標(biāo)圖、檢查記錄自動(dòng)入庫(kù)、檢查記錄表自動(dòng)質(zhì)量評(píng)價(jià)等功能。成果樣本質(zhì)量評(píng)定統(tǒng)計(jì)表如圖4所示。

圖4　成果樣本質(zhì)量評(píng)定統(tǒng)計(jì)表

三、結(jié)束語(yǔ)

基于海島(礁)測(cè)圖的特殊性，海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)任務(wù)相當(dāng)繁重，重點(diǎn)對(duì)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢查的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，可以

以減輕質(zhì)量檢查工作量、減少經(jīng)費(fèi)投入、降低作業(yè)成本。同時(shí)，可以提高大批量數(shù)據(jù)成果自動(dòng)化檢查水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)DEM數(shù)據(jù)成果進(jìn)行快速、有效的質(zhì)量控制，保證質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定的科學(xué)性。本文提出的海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢驗(yàn)方法，可以推廣應(yīng)用到其他數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項(xiàng)目中，對(duì)促進(jìn)測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查技術(shù)的發(fā)展具有一定的意義。

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