基于維思2.0的時(shí)空DLG數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法

張敏，鄭鳳嬌，石淼，李盼盼，魏致富，周旭

(1.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022； 2.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007)

1 引 言

大比例尺數(shù)字地形圖產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市規(guī)劃、國土管理、地理信息系統(tǒng)建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用，其生產(chǎn)過程及數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞直接影響到數(shù)字地形圖產(chǎn)品在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為了獲取準(zhǔn)確性高的數(shù)字地形信息，強(qiáng)化數(shù)字地形圖的生產(chǎn)過程管理，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的檢查校對(duì)，全面、客觀地評(píng)價(jià)數(shù)字地形圖質(zhì)量就成了數(shù)字地形圖生產(chǎn)過程中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)[1，2]。

本文以1∶2 000時(shí)空DLG數(shù)據(jù)為例，介紹了集歷史庫與現(xiàn)勢(shì)庫于一體的時(shí)空數(shù)字地形圖的質(zhì)量檢查內(nèi)容與方法以及它與傳統(tǒng)的DLG數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的不同之處。

2 維思2.0平臺(tái)及1∶2 000時(shí)空DLG數(shù)據(jù)概況

2.1 維思2.0平臺(tái)概況

“維思2.0”是武漢市測(cè)繪研究院在AutoCAD Map 3D軟件下進(jìn)行二次開發(fā)的時(shí)空地理信息智能處理和檢查平臺(tái)，它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和地理信息系統(tǒng)(GIS)結(jié)合在一起，可以維護(hù)地理要素的各種空間和屬性信息，集數(shù)據(jù)采集、編輯、屬性錄入、入庫、質(zhì)檢、出圖等多功能于一體。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)期的時(shí)空地理信息實(shí)時(shí)空間位置定格，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空地理信息采集與數(shù)據(jù)錄入同步以及非時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)模型的歷史數(shù)據(jù)錄入同步，成功地解決了在標(biāo)準(zhǔn)化圖形數(shù)據(jù)生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的時(shí)空地理信息一體化生產(chǎn)問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)檢查的互關(guān)聯(lián)。

2.2 1∶2 000時(shí)空DLG數(shù)據(jù)概況

隨著武漢市城市建設(shè)的快速發(fā)展、各領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔?shù)據(jù)需求的變化以及智慧城市的建設(shè)，建立時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫成為城市時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)的核心和首要任務(wù)。為此，武漢市測(cè)繪研究院在十二五期間組織開展了武漢市系列比例尺數(shù)字地形圖時(shí)空數(shù)據(jù)庫建庫及更新工作。經(jīng)過研究和實(shí)踐，解決了圖形模式和數(shù)據(jù)庫模式互逆表達(dá)的時(shí)空DLG數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)問題，實(shí)現(xiàn)了“先庫后圖、圖庫聯(lián)動(dòng)、聯(lián)動(dòng)更新”的技術(shù)轉(zhuǎn)型。

根據(jù)“圖庫一體，圖庫聯(lián)動(dòng)”模式生產(chǎn)的 1∶2 000時(shí)空DLG，本質(zhì)上是生產(chǎn)一套兼具空間特征、屬性特征、時(shí)間特征的時(shí)空數(shù)據(jù)庫，再通過符號(hào)化輸出直接得到對(duì)應(yīng)的制圖數(shù)據(jù)文件，即只需要生產(chǎn)一套數(shù)據(jù)庫DLG，就可以得到一套數(shù)據(jù)庫成果和一套制圖文件成果。

此DLG數(shù)據(jù)與以往的數(shù)字地形圖最大的不同在于，它實(shí)現(xiàn)了屬性與時(shí)空數(shù)據(jù)的一體化管理，并同時(shí)存儲(chǔ)歷史庫和現(xiàn)勢(shì)庫要素；圖形文件和庫文件本質(zhì)上是一套數(shù)據(jù)，只需生產(chǎn)庫數(shù)據(jù)，就可通過符號(hào)化得到圖形數(shù)據(jù)，大大節(jié)約了因“圖庫分離”造成的分開生產(chǎn)兩套數(shù)據(jù)的產(chǎn)生的時(shí)間和人力成本，提高了生產(chǎn)和更新效率，縮短了更新周期。

3 1∶2 000時(shí)空DLG數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容與方法

為保障所生產(chǎn)的1∶2 000時(shí)空DLG數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量，武漢市測(cè)繪研究院結(jié)合實(shí)際，建立了健全的項(xiàng)目生產(chǎn)質(zhì)量管理體系，制定項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人、各工序分項(xiàng)負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人和專職檢查員。嚴(yán)格執(zhí)行“二級(jí)檢查一級(jí)驗(yàn)收”制度，自檢互檢要求100%的內(nèi)外業(yè)檢查，專職檢查外業(yè)應(yīng)達(dá)到30%、內(nèi)業(yè)達(dá)100%；院級(jí)檢審要求對(duì)最終成果外業(yè)檢查10%、內(nèi)業(yè)檢審30%，經(jīng)全部檢審合格的成果方可上交。

數(shù)字地形圖的質(zhì)量檢查內(nèi)容主要包括數(shù)學(xué)精度、地理精度、屬性精度、數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)正確性、相互關(guān)系、接邊等幾個(gè)方面[3，4]。從檢查工序來看，分為內(nèi)業(yè)檢查和外業(yè)檢查。內(nèi)業(yè)檢查主要是檢查要素屬性是否完整，邏輯是否一致；檢查地形圖的數(shù)據(jù)內(nèi)容有無缺失；檢查數(shù)據(jù)的分層、顏色、線型、數(shù)據(jù)格式等是否正確，查看符號(hào)、注記、圖面配置等整飾質(zhì)量是否合理。外業(yè)檢查主要是檢查數(shù)據(jù)成果的地理精度，主要通過野外巡查的方式對(duì)圖上所繪地物、注記等內(nèi)容，逐一進(jìn)行檢查核對(duì)，找出被檢查圖紙上地物的差、錯(cuò)、漏以及其坐標(biāo)的精度和各高程點(diǎn)的精度[5]。

對(duì)于各種大比例尺數(shù)字地形圖來說，外業(yè)檢查的方法和要點(diǎn)基本相同；但是針對(duì)不同格式、不同特點(diǎn)的DLG數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)檢查的內(nèi)容、方法以及側(cè)重點(diǎn)就會(huì)有所差異。本文根據(jù) 1∶2 000時(shí)空DLG數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，重點(diǎn)介紹時(shí)空DLG庫數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)質(zhì)量檢查的內(nèi)容和方法。主要采取了人機(jī)交互檢查、程序自動(dòng)檢查及人工對(duì)照檢查等方式進(jìn)行了質(zhì)量檢查，檢查流程及內(nèi)容如圖1所示：

圖1 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查流程圖

3.1 庫數(shù)據(jù)程序檢查

維思2.0平臺(tái)中自帶數(shù)據(jù)檢查功能，如圖2所示，可以對(duì)庫數(shù)據(jù)的投影參數(shù)、坐標(biāo)范圍、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致性、邏輯一致性、要素編碼必填、必填字段、字典型屬性正確性、有向點(diǎn)方向值、無向點(diǎn)方向值、重復(fù)數(shù)字化、幾何錯(cuò)誤、等高線相交等項(xiàng)進(jìn)行批量或單獨(dú)檢查。

圖2 思2.0時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)檢查平臺(tái)

通過“批量圖庫檢查”，可以對(duì)多幅庫數(shù)據(jù)(或圖庫一體數(shù)據(jù))進(jìn)行質(zhì)量檢查。檢查完成后，程序會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)記錄各圖中上述對(duì)應(yīng)檢查錯(cuò)誤數(shù)目的Excel表格，表格中會(huì)對(duì)存在錯(cuò)誤的項(xiàng)自動(dòng)標(biāo)紅，這樣便可直觀地查看整批數(shù)據(jù)的質(zhì)量情況。

通過“圖庫檢查”，可以針對(duì)存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的圖幅單獨(dú)進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果不僅有詳細(xì)的錯(cuò)誤說明，還可定位到對(duì)應(yīng)的要素，加粗顯示，以便及時(shí)修改。

需要特殊說明的是時(shí)間邏輯性檢查。時(shí)空數(shù)據(jù)相較于其他空間數(shù)據(jù)而言的一個(gè)顯著特點(diǎn)是數(shù)據(jù)帶有時(shí)間屬性，那么對(duì)于時(shí)空數(shù)據(jù)而言，時(shí)間屬性的邏輯性檢查是必不可少的。維思2.0平臺(tái)中自帶的檢查功能中，有一項(xiàng)是專門進(jìn)行時(shí)間邏輯性檢查。如果被移除的要素、新增加的要素以及原始數(shù)據(jù)中的要素之間存在時(shí)間邏輯錯(cuò)誤，程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)記，且可定位到具體要素以便及時(shí)修改。

3.2 歷史庫完整性檢查

更新后的1∶2 000 DLG時(shí)空庫數(shù)據(jù)集歷史庫和現(xiàn)勢(shì)庫于一體。更新過程中，新增的要素嵌入到庫數(shù)據(jù)中時(shí)會(huì)根據(jù)測(cè)取時(shí)間字段進(jìn)行標(biāo)識(shí)，實(shí)地已改變或不存在的要素不能直接物理刪除，而是需要執(zhí)行移除操作，通過設(shè)置特定的時(shí)間標(biāo)識(shí)將其移入歷史庫中。更新完成后，必須保證歷史庫中要素與之前提供的原始庫保持一致。在維思2.0平臺(tái)中，通過“時(shí)間回溯”操作，可以使當(dāng)前窗口只顯示出更新前的數(shù)據(jù)，再將原始庫數(shù)據(jù)插入到當(dāng)前數(shù)據(jù)中，進(jìn)行比對(duì)，即可發(fā)現(xiàn)歷史庫是否存在要素丟失或者增多，歷史庫完整性檢查如圖3所示。

圖3歷史庫完整性檢查

3.3 數(shù)據(jù)完整性、合理性檢查

首先檢查時(shí)空庫數(shù)據(jù)中各要素的編碼、屬性、圖層、拓?fù)潢P(guān)系等是否符合規(guī)定。由于庫數(shù)據(jù)通過輸出可直接得到制圖數(shù)據(jù)，因此庫數(shù)據(jù)的完整性、合理性直接決定了制圖數(shù)據(jù)的整飾質(zhì)量。將只有點(diǎn)、線、面要素的庫數(shù)據(jù)進(jìn)行圖庫轉(zhuǎn)換，得到圖庫一體的數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)的圖面完整性、合理性。比如圖面注記是否重復(fù)，注記的字大、字色是否符合要求，線劃的顏色、寬度等是否符合規(guī)定，相關(guān)要素表示是否匹配(如不依比例尺的噴水池符合與依比例尺的噴水池范圍線配套表示)，是否存在要素丟漏或缺失(如部分道路缺中心線，部分道路缺邊線，有的地物缺地類界等)，要素之間的相互關(guān)系是否正確(如有的地方要素相互壓蓋、重疊)等等。

3.4 邏輯一致性檢查

主要包括屬性一致性、分層一致性、拓?fù)潢P(guān)系正確性、多邊形閉合等。屬性精度主要檢查各要素屬性代碼、名稱及屬性值的正確性，注記的正確性，數(shù)據(jù)分層的正確性。比如兩個(gè)一般房屋，其要素編碼、名稱以及分層都必須保持一致，且必須閉合構(gòu)面表示。

3.5 圖庫一致性檢查

對(duì)于提交的庫數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)，需檢查二者的一致性。由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，會(huì)對(duì)提交的庫數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)多次檢查，然后返改。部分作業(yè)員由于操作原因，并沒有重新利用最終的庫數(shù)據(jù)來輸出制圖數(shù)據(jù)，而是直接上交前期的制圖文件或直接在原制圖文件上進(jìn)行修改，這樣就會(huì)造成圖庫不一致的問題。因此，需要將庫數(shù)據(jù)符號(hào)化，并對(duì)照制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，查看二者是否一致。另外，有的庫數(shù)據(jù)中的要素會(huì)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)被錯(cuò)誤移除或誤刪除，通過圖庫轉(zhuǎn)換符號(hào)化，對(duì)比前期編輯完成的制圖數(shù)據(jù)，可以檢查是否有要素錯(cuò)誤移除或要素漏繪的情況。

3.6 接邊檢查

維思2.0時(shí)空地理信息智能處理平臺(tái)自帶有接邊檢查模塊，如圖4所示，可對(duì)線狀和面狀要素進(jìn)行接邊檢查，并能自動(dòng)批處理一些簡(jiǎn)單的接邊錯(cuò)誤。首先，把待接邊的數(shù)據(jù)拼在一起，執(zhí)行“規(guī)范接邊處理”，程序會(huì)自動(dòng)把相互接邊的要素的“接邊GUID”字段值賦為相同內(nèi)容，以便后期進(jìn)行專題提取融合、縮編融合等。接下來，進(jìn)行“規(guī)范接邊檢查”，目的是對(duì)待接邊要素的幾何拓?fù)浜蛯傩赃M(jìn)行檢查。執(zhí)行完該操作后，會(huì)彈出檢查結(jié)果對(duì)話框，提示用戶待接邊要素的數(shù)據(jù)情況，如未嚴(yán)格相接，可人工編輯使其嚴(yán)格相接。最后，點(diǎn)擊“規(guī)范接邊編輯”，可對(duì)個(gè)別待接邊要素的“接邊GUID”尚未一致的要素進(jìn)行處理。所有接邊問題都處理完后，可以進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)圖幅拆分”，將各圖自動(dòng)拆分成獨(dú)立圖幅。

圖4 接邊檢查與處理模塊

此外，還針對(duì)該數(shù)據(jù)單獨(dú)開發(fā)了功能更加全面的專門接邊檢查程序，可大批量檢查數(shù)據(jù)的接邊問題，并進(jìn)行錯(cuò)誤標(biāo)記。

3.7 檢查結(jié)果分析

從不同區(qū)域、不同復(fù)雜程度、不同地貌類型的 1∶2 000地形圖中挑選出12幅數(shù)據(jù)作為樣本來對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)及分析。

(1)結(jié)果表明，維思2.0平臺(tái)的質(zhì)量檢查效率較高，且程序完成檢查所需的時(shí)間與圖幅的復(fù)雜程度成正比，圖中要素?cái)?shù)量越多，所需檢查時(shí)間越長(zhǎng)。需要指出的是，雖然檢查時(shí)間與要素?cái)?shù)量成正比，但總體來說效率較高，只執(zhí)行圖庫檢查一幅圖的時(shí)間最短只需 3 s，最長(zhǎng)時(shí)間也只要 20 s。

(2)上面提到的各項(xiàng)檢查中，除了歷史庫完整性、圖庫一致性這幾項(xiàng)需要人機(jī)互動(dòng)來進(jìn)行檢查以外，其余都是平臺(tái)自動(dòng)檢查的。對(duì)于圖庫檢查、邏輯一致性檢查、數(shù)據(jù)完整性合理性等檢查，平臺(tái)內(nèi)部定義好各種規(guī)則算子，程序只需執(zhí)行對(duì)應(yīng)的檢查項(xiàng)就可得到檢查結(jié)果，且檢查的準(zhǔn)確率高達(dá)99%以上。對(duì)于接邊檢查，檢查結(jié)果跟設(shè)定的接邊閾值有關(guān)，如果閾值設(shè)定過大，則檢查結(jié)果中會(huì)包含一些非錯(cuò)誤的結(jié)果；如果閾值設(shè)定過小，則檢查精度較高，但也可能會(huì)遺漏一些接邊錯(cuò)誤。正常情況下，使用程序默認(rèn)的閾值，檢查結(jié)果精度即可滿足需要。

4 與傳統(tǒng)DLG質(zhì)檢的不同之處

通過分析對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，針對(duì)在維思2.0平臺(tái)進(jìn)行更新得到的圖庫一體時(shí)空數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查方法與內(nèi)容，與常規(guī)的數(shù)字地形圖有較大不同。主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)歷史庫檢查

常規(guī)的數(shù)字地形圖不存在時(shí)間、歷史庫概念，但對(duì)于具有歷史庫的時(shí)空庫數(shù)據(jù)，除了要檢查現(xiàn)勢(shì)庫中的要素以外，還要檢查歷史庫的要素。不僅要對(duì)歷史庫要素進(jìn)行屬性、拓?fù)涞葯z查，還需要檢查更新后的數(shù)據(jù)中的歷史庫要素是否與更新前提供的歷史庫一致。因?yàn)楦虑昂螅兓闹皇切略龌蛐薷牡囊?，?duì)于實(shí)地已經(jīng)不存在的要素，是不會(huì)直接進(jìn)行物理刪除的，而是通過設(shè)置時(shí)間標(biāo)識(shí)移除到歷史庫中。通過時(shí)間回溯操作，可還原顯示更新前的歷史庫要素。

(2)時(shí)間邏輯性檢查

由于時(shí)空數(shù)據(jù)庫比常規(guī)數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)多了時(shí)間屬性，所以在進(jìn)行質(zhì)量檢查的時(shí)候，必須對(duì)各要素的時(shí)間邏輯性進(jìn)行檢查。如果各要素的時(shí)間屬性相互矛盾或存在不合理的情況，那么無法正確體現(xiàn)歷史庫、現(xiàn)勢(shì)庫的區(qū)別，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性也無法保證。

(3)圖庫一致性檢查

常規(guī)的數(shù)字地形圖一般都是圖庫分離的狀態(tài)，圖文件和庫文件是獨(dú)立存在的。而圖庫一體時(shí)空數(shù)據(jù)庫，只需要生產(chǎn)一套數(shù)據(jù)庫文件，就可以通過輸出操作得到制圖文件，即一套數(shù)據(jù)兩套成果。因此，原則上來說，最終的制圖文件和庫文件應(yīng)該是保持一致的。但由于操作不當(dāng)或其他原因，可能存在圖庫不一致的情況。所以，必須對(duì)最終提交的兩套成果進(jìn)行圖庫一致性檢查。如果二者不一致，則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，重新輸出制圖文件，保持圖庫一致性。

5 結(jié) 論

數(shù)字地形圖的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域越來越廣，數(shù)字地形圖的質(zhì)量對(duì)城市的發(fā)展發(fā)揮著越來越重要的作用。數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查是進(jìn)行數(shù)據(jù)成果質(zhì)量控制的關(guān)鍵步驟，在數(shù)字地形圖生產(chǎn)、更新過程中必不可少。對(duì)于新的時(shí)空數(shù)據(jù)、圖庫一體數(shù)據(jù)，其質(zhì)量檢查過程有著更高的要求。為了保證數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量，必須建立完善的質(zhì)量監(jiān)控體系，形成科學(xué)、合理的質(zhì)量檢查方法與流程，嚴(yán)格把控質(zhì)量檢查的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)成果的應(yīng)用范圍和使用效率。