數(shù)字表面模型成果質(zhì)量檢查與評價

王 程 ,王小軍 ,巨小文 ,王 煒 ,張 號

（1.自然資源部陜西測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，陜西 西安 710054；2.四川測繪地理信息局測繪技術(shù)服務(wù)中心，四川 成都 610081）

當(dāng)前，國家或行業(yè)均未發(fā)布DSM成果檢驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，成果檢驗主要參考數(shù)字測繪成果相關(guān)檢驗規(guī)范，雖然這些標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中涉及到DSM檢查相關(guān)內(nèi)容及方法，但缺乏系統(tǒng)性、完整性及針對性，僅能提供部分參考和借鑒，且在成果檢驗中較難實施和采用[1-4]。本文結(jié)合相關(guān)數(shù)字測繪成果檢驗標(biāo)準(zhǔn)，分析質(zhì)量問題，對DSM成果檢查內(nèi)容及方法、技術(shù)要求和質(zhì)量評定等進行分析，提出了更加優(yōu)化且可操作的質(zhì)量評價方案。

1 現(xiàn)有質(zhì)量要求及質(zhì)量評價

1.1 現(xiàn)有質(zhì)量要求

目前，DSM 成果質(zhì)量檢查尚無針對性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可遵循，成果質(zhì)量檢驗主要依據(jù)《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》[5]等相關(guān)測繪成果質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。以《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》為依據(jù)，參考《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000 1∶5 000 1∶10 000 數(shù)字表面模型》、《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶25 000 1∶50 000 1∶100 000數(shù)字表面模型》等DSM成果生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[1,6]，筆者梳理了DSM成果檢查質(zhì)量元素包括空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、格網(wǎng)或點云質(zhì)量及附件質(zhì)量，在質(zhì)量檢驗時主要從以上6個方面展開。

1.1.1 空間參考系

核查成果坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)是否符合規(guī)定要求，分析地圖投影各參數(shù)的正確性及合理性。

1.1.2 位置精度

比對分析或?qū)嵉貦z測并統(tǒng)計DSM成果的高程中誤差，通過核查分析進行同名格網(wǎng)高程值（接邊）檢查。

高程中誤差作為DSM 位置精度的一項重要指標(biāo)，主要是通過采集的檢測點與成果中同名點進行比較，計算DSM內(nèi)插點高程中誤差，檢查其是否符合規(guī)定要求?！稊?shù)字表面模型航天攝影測量生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》中提到，利用多余控制點、外業(yè)點和空中三角測量備查點檢查高程中誤差的符合性[7]，《數(shù)字表面模型機載激光雷達測量技術(shù)規(guī)程》中提到格網(wǎng)類DSM的高程精度還應(yīng)重點關(guān)注是否有插值漏洞以及是否存在特征線缺失引起的異常[8]。根據(jù)DSM成果特點，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5,7-10]，對高程檢測點數(shù)量、分布情況、位置選取、獲取手段及方法、高程中誤差統(tǒng)計等進行了規(guī)范要求。對格網(wǎng)類DSM，需檢查同名格網(wǎng)高程值不符合要求的個數(shù)。

1.1.3 邏輯一致性

核查分析數(shù)據(jù)文件存儲、組織的符合性，數(shù)據(jù)文件格式、文件命名的正確性，數(shù)據(jù)文件有無缺失、多余，數(shù)據(jù)是否可讀。

1.1.4 時間精度

核查分析生產(chǎn)中使用的各種資料及成果是否符合設(shè)計的現(xiàn)勢性要求。

1.1.5 格網(wǎng)或點云質(zhì)量

主要包括格網(wǎng)尺寸、點云密度和數(shù)據(jù)覆蓋范圍3個檢查項的內(nèi)容。核查分析格網(wǎng)實地尺寸、點云密度是否符合要求，檢查格網(wǎng)或點云的起止點坐標(biāo)及圖幅范圍是否符合要求。

1.1.6 附件質(zhì)量

核查分析元數(shù)據(jù)、圖歷簿等文件的命名、格式以及各項內(nèi)容填寫的正確性、完整性。核查分析附屬文檔的完整性、正確性。

1.2 質(zhì)量評價

現(xiàn)有DSM成果質(zhì)量評價主要參考《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》，根據(jù)DSM 成果質(zhì)量特征，結(jié)合此標(biāo)準(zhǔn)，整理出DSM成果質(zhì)量評定指標(biāo)見表1。

2 現(xiàn)有質(zhì)量檢查與評價的不適宜性

2.1 DSM成果主要質(zhì)量問題

2.1.1 位置精度問題

主要包括高程中誤差超限和同名格網(wǎng)高程值（接邊）不符個數(shù)超限等問題。

2.1.2 格網(wǎng)或點云質(zhì)量問題

主要包括格網(wǎng)尺寸、格網(wǎng)的起始坐標(biāo)、結(jié)束坐標(biāo)不正確，圖幅范圍不符合要求等質(zhì)量問題。格網(wǎng)尺寸、數(shù)據(jù)覆蓋范圍等主要是通過軟件設(shè)置進行自動計算、裁切等。

2.1.3 其他主要質(zhì)量問題

其他質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為成果高程值異常，包括靜止水域面未置平，流動水域出現(xiàn)高程逆流，無值區(qū)和海域賦值編輯處理錯誤[11]，地形、地貌表達缺失，DSM地形特征與實際地貌不符，非地面附著物未進行剔除以及點云類DSM成果接邊處地形過渡不自然、地物不真實，存在明顯錯位及變形等。

2.2 現(xiàn)有質(zhì)量檢查與評價分析

2.2.1 檢查內(nèi)容分析

結(jié)合DSM 成果主要質(zhì)量問題可知，空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、格網(wǎng)或點云質(zhì)量及附件質(zhì)量等6 大質(zhì)量元素基本能夠說明成果滿足規(guī)定要求和使用目的，但存在DSM地形特征與實際地貌形態(tài)不符、點云類DSM成果接邊處地物明顯變形等成果編輯情況的質(zhì)量問題。雖然都屬于質(zhì)量元素“格網(wǎng)或點云質(zhì)量”內(nèi)容，但不屬于其子元素“格網(wǎng)或點云參數(shù)”內(nèi)容，成果編輯情況的正確性作為格網(wǎng)或點云質(zhì)量檢查的一項重要內(nèi)容，但現(xiàn)有質(zhì)量要求未對其正確性、合理性的判定提出相應(yīng)的檢查要求。

同名格網(wǎng)高程值檢查項作為接邊檢查的主要內(nèi)容，僅僅適用于格網(wǎng)類DSM成果，并不適用于點云類成果，由此可見，現(xiàn)有質(zhì)量要求中存在缺項，未對點云類成果接邊檢查的內(nèi)容進行規(guī)定。

另外，經(jīng)了解，近年來DSM多個項目均未生產(chǎn)制作圖歷簿，圖歷簿基本上不再作為DSM 成果的一部分。因此，圖歷簿作為質(zhì)量子元素進行檢查已不適應(yīng)DSM成果的質(zhì)檢需求。

2.2.2 質(zhì)量評價分析

現(xiàn)有DSM 成果各項質(zhì)量評定指標(biāo)（表1）中，僅涉及點云類DSM成果的部分質(zhì)量評定指標(biāo)，對于點云質(zhì)量、點云接邊等未做質(zhì)量評定指標(biāo)說明；另外，表1 未對格網(wǎng)或點云本身的編輯質(zhì)量情況進行質(zhì)量評定相關(guān)說明。整體來看，質(zhì)量評定指標(biāo)不完整，針對性及適用性較差。

3 質(zhì)量檢驗方案優(yōu)化

3.1 檢查內(nèi)容

1）圖歷簿，圖歷簿作為DSM 成果質(zhì)量子元素已不適應(yīng)現(xiàn)有DSM成果的質(zhì)檢需求，因此，將圖歷簿及其檢查項等相關(guān)內(nèi)容刪除。

2）編輯質(zhì)量，編輯作為DSM 生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)處理的重要一環(huán)，編輯情況是否正確、合理，高程值是否正確，是DSM成果的一個重要質(zhì)量特征[7,9]，應(yīng)將編輯質(zhì)量作為格網(wǎng)/點云質(zhì)量的一項質(zhì)量子元素加入到其中。編輯質(zhì)量主要通過高程值進行檢查，通過對異常值、噪聲點濾除、靜止水域置平、流動水域過渡、無值區(qū)與海域賦值，地貌及非地面附著物是否錯位、變形等，地形、地貌是否表達完整等進行檢查，確定DSM成果的編輯質(zhì)量是否符合要求。

3）接邊（點云類），檢查同名格網(wǎng)高程值不符合要求的個數(shù)是格網(wǎng)類DSM 成果接邊檢查的主要內(nèi)容，但對于點云類DSM成果不適用，針對點云類成果，結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范及成果實際應(yīng)用情況，增加對點云類DSM接邊的檢查內(nèi)容。通過對其接邊處地形過渡是否自然，地物是否保持真實、有無明顯的錯位與變形等進行檢查，可以反映點云類DSM接邊處成果質(zhì)量情況。

3.2 質(zhì)量評定

DSM成果質(zhì)量評定依據(jù)《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》的質(zhì)量評定原則和計分方法[5]，對各質(zhì)量元素、質(zhì)量子元素及檢查項逐項逐級進行評價。對于質(zhì)量子元素的各檢查項，通過公式計算或判定其是否合格，在各檢查項合格的前提下，計算得到各質(zhì)量元素分值，最終取最低質(zhì)量元素得分作為單位成果質(zhì)量分值（附件質(zhì)量得分不參與計算）。

依據(jù)《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》，通過對DSM成果質(zhì)量特征及質(zhì)量問題分析，本文提出了適合DSM的成果檢驗的優(yōu)化方案。對于DSM成果不適宜的質(zhì)量子元素，直接將其及檢查項、檢查內(nèi)容進行刪除，不作為成果質(zhì)量評定指標(biāo)。對于新增的質(zhì)量子元素、檢查項及檢查內(nèi)容，根據(jù)指標(biāo)特征，對檢查方法、技術(shù)要求、合格條件及計分方法等進行調(diào)整，優(yōu)化完善DSM成果質(zhì)量評定指標(biāo)。

1）圖歷簿，DSM 屬于數(shù)字測繪成果，其質(zhì)量評定依據(jù)《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》的質(zhì)量評定原則和計分方法，所以圖歷簿質(zhì)量子元素及其相關(guān)質(zhì)量評定指標(biāo)刪除后，不會影響附件質(zhì)量的質(zhì)量評定結(jié)果。

2）編輯質(zhì)量，質(zhì)量元素格網(wǎng)/點云質(zhì)量中新增質(zhì)量子元素編輯質(zhì)量，對DSM 成果高程值進行檢查。DSM屬于數(shù)字柵格成果，高程值檢查項可參考數(shù)字正射影像圖中對影像特征質(zhì)量子元素的檢查方法、技術(shù)要求、合格條件及計分方法；考慮到格網(wǎng)及點云類DSM成果不同的表現(xiàn)形式，確定了以單位成果錯誤面積或點數(shù)為統(tǒng)計對象，同時參考《全球地理信息資源建設(shè)與維護更新成果質(zhì)量檢驗規(guī)定》，設(shè)定錯誤率限值為1%，并對這一指標(biāo)進行了驗證[12]，結(jié)果滿足質(zhì)量控制的需求。

3）接邊，新增接邊檢查項，涵蓋了全部類型DSM 成果（格網(wǎng)類及點云類）接邊處質(zhì)量檢查的內(nèi)容。對于格網(wǎng)類成果接邊的檢查內(nèi)容、技術(shù)要求、合格條件及計分方法均按照表2 執(zhí)行。針對點云類成果表現(xiàn)形式的特點，其接邊質(zhì)量判定無法通過量化數(shù)值來進行統(tǒng)計，參考《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》中關(guān)于影像特征質(zhì)量子元素的評分方法，對出現(xiàn)普遍性或整體性現(xiàn)象而又不影響成果使用的質(zhì)量問題的處理原則，提出了分段閾值評分法進行點云類成果接邊質(zhì)量評定。不滿足合格條件時，指標(biāo)評定結(jié)果為不符合；在滿足合格條件的前提下，分值范圍設(shè)定為大于等于60小于等于100分之間。當(dāng)出現(xiàn)普遍性輕微接邊但不連續(xù)現(xiàn)象且高程中誤差符合而又不影響使用時，分值在大于等于60 小于等于90 分之間，具體分值根據(jù)接邊總體質(zhì)量情況給定。未出現(xiàn)上述情況，說明接邊處總體質(zhì)量好，得分在大于90小于等于100分之間。

4）粗差率，將“統(tǒng)計粗差率”作為高程中誤差的檢查內(nèi)容引入到DSM質(zhì)量評定指標(biāo)中，并參考《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》中對單位成果質(zhì)量評定的要求，單位成果高程精度檢測的粗差比例超過5%時，判定其為不合格[10]，對DSM高程中誤差的粗差率限差設(shè)置為5%，即統(tǒng)計的粗差點數(shù)與單位成果檢測點數(shù)之比小于等于5%，作為此項的合格條件。

4 結(jié)語

本文闡述了DSM 成果的當(dāng)前質(zhì)量要求，分析了DSM 成果的質(zhì)量特征及主要質(zhì)量問題，探討了當(dāng)前DSM成果質(zhì)量評價相關(guān)規(guī)范的不完善之處，提出質(zhì)量評價的優(yōu)化方案，主要有以下幾點：

1）DSM 成果質(zhì)量檢驗宜按6個質(zhì)量元素10個質(zhì)量子元素進行。質(zhì)量元素包括：空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、格網(wǎng)或點云質(zhì)量、附件質(zhì)量；質(zhì)量子元素包括：大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、地圖投影、高程精度、格式一致性、現(xiàn)勢性、格網(wǎng)/點云參數(shù)、編輯質(zhì)量、元數(shù)據(jù)、附屬文檔。

2）新增質(zhì)量子元素編輯質(zhì)量，主要通過檢查異常高程值判斷格網(wǎng)或點云質(zhì)量情況。采用數(shù)字正射影像圖中對影像特征質(zhì)量子元素的檢查方法、技術(shù)要求、合格條件及計分方法；并確定以單位成果錯誤面積或點數(shù)為統(tǒng)計對象，設(shè)定錯誤率限值為1%。

3）新增接邊檢查項，增加了對點云類DSM 接邊檢查的內(nèi)容，完善了接邊檢查內(nèi)容的全類型成果覆蓋。結(jié)合點云類DSM成果特點，提出分段閾值評分法進行點云類成果接邊質(zhì)量評定。