大比例尺地形圖在1∶10 000 DLG數(shù)學(xué)精度檢測中的應(yīng)用

紀(jì)冬華，付 超，牛海鵬

(江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013)

0 引 言

1∶10 000地形圖是我國基本比例尺用圖，是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要支撐，其數(shù)據(jù)精度和現(xiàn)勢性直接決定了政府決策是否正確[1]。數(shù)學(xué)精度是評價地形圖質(zhì)量高低的關(guān)鍵因素，主要包括高程精度、平面位置精度及相對位置精度。傳統(tǒng)檢測方法通過GPS-RTK配合全站儀進(jìn)行實(shí)地散點(diǎn)法檢測平面位置和高程精度。該方法因獨(dú)立獲取檢測數(shù)據(jù)，故精度高，檢測結(jié)果可靠，但在大范圍使用時，需要投入大量人員和儀器設(shè)備，且檢測周期長[2]。

江蘇省已于2016年全面完成所有縣(市、區(qū))級數(shù)字城市建設(shè)，其基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)是基于無人機(jī)航測法配合全野外法測制的1∶1 000數(shù)字線劃圖，數(shù)據(jù)精度高，成果可靠。筆者從政府權(quán)威部門收集了現(xiàn)勢性強(qiáng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，提出了一種基于大比例尺地形圖的1∶10 000 DLG數(shù)學(xué)精度檢測方法。

1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

收集到的大比例尺地形圖坐標(biāo)系統(tǒng)有CGCS2000獨(dú)立坐標(biāo)系和西安80地方坐標(biāo)系2種形式，而1∶10 000 DLG是基于CGCS2000的3°分帶高斯坐標(biāo)系測制，此時需要將大比例尺地形圖的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到CGCS2000的3°分帶高斯坐標(biāo)系下，以便于2套數(shù)據(jù)的疊加分析。為控制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的誤差累積，本文以ArcGIS為平臺，實(shí)現(xiàn)對獨(dú)立坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系向CGCS2000坐標(biāo)系的嚴(yán)格轉(zhuǎn)換?；贏rcGIS平臺，在“Projections and Transformations”工具中，通過“Create Custom Geographic Transformation”與“Feature-Project”2個步驟，即可完成原始坐標(biāo)系統(tǒng)向CGCS2000的3°分帶高斯坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，下面以西安80地方坐標(biāo)系向CGCS2000的3°分帶高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為例，闡述基于ArcGIS軟件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法(圖1)。

其中定義目標(biāo)坐標(biāo)系可在ArcToolbox中選擇“Create Custom Geographic Transformation”工具，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前的相關(guān)參數(shù)定義。值得注意的是，中央子午線須選擇CGCS2000的3°分帶的中央子午線，七參數(shù)方法須選擇Coordinate_Frame，并輸入前期通過西安80和CGCS2000兩套坐標(biāo)系的公共點(diǎn)求解的轉(zhuǎn)換七參數(shù)。然后再選擇“Feature-Project”工具，分別輸入需轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)圖層、輸出數(shù)據(jù)圖層名稱及已定義的地理坐標(biāo)變換名稱，即可實(shí)現(xiàn)西安80地方坐標(biāo)系向CGCS2000的3°分帶高斯坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換[3-4]。

2 精度檢測要求與流程

2.1 精度檢測要求

(1)檢測點(diǎn)點(diǎn)位選取要求：檢測點(diǎn)應(yīng)分布均勻、位置明顯[4]。平面位置檢測點(diǎn)一般采集獨(dú)立地物、線狀地物交點(diǎn)或地物拐點(diǎn)上(拐角應(yīng)在30°～150°之間)，弧形地物不能作為目標(biāo)；高程檢測點(diǎn)一般選在地勢平緩的線狀地物交會處、地角等，在山區(qū)常選在平山頂以及坡度變化較緩的圓山頂、鞍部等處，狹溝、太尖的山頂和高程急劇變化的斜坡不宜作為目標(biāo)[6]。

圖1 基于ArcGIS軟件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程圖

(2)檢測點(diǎn)數(shù)量要求：每幅圖平面和高程檢測點(diǎn)各選取20～50個[5]。

(3)檢測點(diǎn)精度指標(biāo)：地物點(diǎn)相對附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差和高程中誤差精度見表1。

表1 地物點(diǎn)平面及高程精度指標(biāo)

特殊困難地區(qū)(大面積的森林、沼澤等)地物點(diǎn)平面位置中誤差不得大于圖上0.75 mm，高程中誤差按上表相應(yīng)地形類別放寬0.5倍，以兩倍中誤差值為限差。

2.2 精度檢測流程

(1)平面位置檢測流程：在ArcGIS中，添加1∶10 000 DLG中的以下圖層，按照GB碼篩選待校點(diǎn)，如是面層RESA層數(shù)據(jù)，則可直接拾取無投影一側(cè)房角點(diǎn)。值得注意的是，篩選待校點(diǎn)時，須在原圖層字段中做好標(biāo)記，最終需按標(biāo)記導(dǎo)出待校點(diǎn)。將導(dǎo)出的待校點(diǎn)數(shù)據(jù)與大比例尺地形圖數(shù)據(jù)疊加分析，逐一比對并從大比例尺地形圖中提取其對應(yīng)的檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)，如提取出的大比例尺地形圖數(shù)據(jù)是線或面層數(shù)據(jù)，則需先計(jì)算線或面的幾何中心點(diǎn)，再與待校點(diǎn)較差計(jì)算(表2)。

(2)高程檢測流程：在1∶10 000 DLG中篩選有高程注記的山頂、鞍部、谷底平地和明顯地物點(diǎn)后與大比例尺地形圖數(shù)據(jù)疊加并通過緩沖區(qū)分析，關(guān)聯(lián)2套數(shù)據(jù)的高程值再較差計(jì)算。

2.3 精度評定

根據(jù)《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》(GB/T24356—2009)的規(guī)定，高精度檢測時，中誤差計(jì)算公式為：

表2 1∶10 000 DLG中待校點(diǎn)名稱與GB碼對應(yīng)表

(1)

式中，Δi為檢測點(diǎn)與待校點(diǎn)較差，n為檢測點(diǎn)總數(shù)。經(jīng)計(jì)算，得到1：10 000 DLG樣本圖幅的平面位置和高程中誤差統(tǒng)計(jì)(表3)。

表3 1∶10 000 DLG檢測精度統(tǒng)計(jì)

從表3可以看出，除第7批檢測樣本高程中誤差超出標(biāo)準(zhǔn)中誤差外，其他檢測樣本的平面位置和高程檢測中誤差均小于標(biāo)準(zhǔn)中誤差，經(jīng)圖面分析和進(jìn)一步求證后得知：因原1∶10 000 DLG中的高程采用雷達(dá)測高數(shù)據(jù)，在山區(qū)雷達(dá)激光未穿透植被而呈現(xiàn)出偽高程所致，通過GPS-RTK在原點(diǎn)附近驗(yàn)證，該點(diǎn)確為偽高程，用真實(shí)值計(jì)算的高程檢測中誤差為±1.978，小于標(biāo)準(zhǔn)中誤差，滿足現(xiàn)有國家規(guī)范的要求。

3 結(jié) 語

(1)利用ArcGIS軟件將大比例尺地形圖坐標(biāo)系統(tǒng)向CGCS2000的3°分帶高斯坐標(biāo)系的嚴(yán)格轉(zhuǎn)換，控制了誤差累積，為基于大比例尺地形圖的1∶10 000 DLG數(shù)學(xué)精度檢測奠定了基礎(chǔ)。

(2)檢測高程精度時，須注意剔除原10 000 DLG中因雷達(dá)激光未穿透植被而出現(xiàn)的偽高程，以免檢測精度超限。

(3)基于大比例尺地形圖的1∶10 000 DLG的平面位置和高程檢測中誤差均小于標(biāo)準(zhǔn)中誤差，滿足現(xiàn)有國家規(guī)范的要求，可用于對1∶10 000 DLG的數(shù)學(xué)精度檢測。另與傳統(tǒng)檢測方法相比，本文使用的方法極大地減少測量人員和儀器設(shè)備的投入，且檢測周期大幅縮短，值得應(yīng)用與推廣。

(4)利用大比例尺地形圖檢測1∶10 000 DLG的數(shù)學(xué)精度與大比例尺地形圖的比例尺和現(xiàn)勢性有關(guān)，比例尺越大，檢測結(jié)果越可靠；現(xiàn)勢性越強(qiáng)，抽樣檢測樣本越豐富。