海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗關(guān)鍵技術(shù)研究

程鵬飛，趙有松，尹　粟，毛文娟，陳海鵬

(國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心，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)量檢驗關(guān)鍵技術(shù)研究

程鵬飛，趙有松，尹粟，毛文娟，陳海鵬

(國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心，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：在人機交互質(zhì)量檢驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了解決海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗問題的3個關(guān)鍵技術(shù)。首先，提出了目錄組織模型用于質(zhì)量檢驗的自動化檢查方法，該模型支持對各個單位匯交的成果數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)命名和數(shù)據(jù)格式等方面進行檢查，實現(xiàn)了對空間參照系、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成果的檢驗效率；其次，提出了樁點法統(tǒng)計高程中誤差，以取代外業(yè)現(xiàn)場打點檢查DEM高程精度的檢測方法，解決了海島(礁)無法布設(shè)足夠外業(yè)檢查點的技術(shù)難題；最后，開發(fā)了質(zhì)量等級評定工具，實現(xiàn)了DEM成果質(zhì)量檢驗評價結(jié)果的電子化統(tǒng)一管理。通過對3000多幅海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗的工作證實，該技術(shù)提升了質(zhì)量檢驗?zāi)芰托剩ＷC了測繪成果檢驗的正確性和科學(xué)性。

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

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

中圖分類號：P229

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)09-0048-03

收稿日期：2014-09-17

作者簡介：程鵬飛(1964—)，男，研究員，研究方向為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的理論研究和應(yīng)用開發(fā)。E-mail：chengpf@casm.ac.cn

一、引言

海島航空航天遙感測圖成果中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、高程點、水域等數(shù)據(jù)，輔以立體采集的地形特征點線，構(gòu)TIN內(nèi)插、裁切生成。在DEM質(zhì)量檢驗和質(zhì)量控制的研究中，國內(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行粗差點初步檢查， 然后再用擬合法或影像相關(guān)法進一步檢查， 能快速、 準確地發(fā)現(xiàn)并定位DEM中存在的質(zhì)量問題；湯國安等[2]首次提出等高線套合差的概念，通過等高線套合積差、超限區(qū)個數(shù)比、系統(tǒng)偏差3個測算因子定量檢查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個自身的特點[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，不易或不宜登島進行實地測量獲得足夠的檢查點。基于上述分析，傳統(tǒng)的DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗方法不能在很短的時間內(nèi)滿足大規(guī)模海島(礁)DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗的需要。

結(jié)合上述海島(礁)DEM成果特點，在嚴格按照質(zhì)量管理體系的基礎(chǔ)上制定成果檢驗組織實施方案，如圖1所示。本文結(jié)合海島(礁)DEM成果檢驗的特點，從成果檢驗數(shù)字化、高程精度檢測方法、質(zhì)量評定3個方面對海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。3000多幅海島(礁)DEM成果質(zhì)量檢驗的結(jié)果表明，該技術(shù)路線是可行的，質(zhì)量評價結(jié)果是客觀和真實的。

圖1　成果檢驗組織實施

二、關(guān)鍵技術(shù)

海島(礁)DEM成果的處理流程包括數(shù)據(jù)準備、質(zhì)檢方案制作、自動化檢查、人機交互檢查、傾向性問題檢查、質(zhì)量評定，最終形成質(zhì)量檢驗報告。首先，成果檢驗數(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，若出現(xiàn)無法通過自動檢查的內(nèi)容時，可利用軟件的交互檢查工具進行錯誤定位與標識；其次，在自動檢查的基礎(chǔ)上，增加人工干預(yù)對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)量進行檢查；最后，對成果詳查樣本圖幅中發(fā)現(xiàn)的傾向性問題進行批次概查，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)點灰度值無缺失)等。綜上所述，海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢驗過程所采用的關(guān)鍵技術(shù)如圖2所示。

1. 成果檢驗數(shù)字化

(1) 構(gòu)建目錄組織模型

目錄組織模型是用來檢查各個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，還可以進行目錄體系結(jié)構(gòu)的修改，以適應(yīng)變化的要求。基于目錄組織模型的自動檢查實現(xiàn)了批量高效的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，通過設(shè)置不同尺度、不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)成果，可以完成對大批量圖幅(待檢數(shù)據(jù))的

數(shù)據(jù)組織、命名、格式等項目的檢查。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

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3000多幅圖幅，數(shù)據(jù)量大、檢驗工作復(fù)雜。為爭取在較短時間內(nèi)評定成果質(zhì)量，增強成果檢查功能，減輕質(zhì)量檢驗工作強度和重復(fù)性，開發(fā)了相關(guān)的質(zhì)量檢驗軟件。軟件具有目錄模型設(shè)計、檢查項設(shè)計、評價模型設(shè)計、質(zhì)檢方案設(shè)計等功能，實現(xiàn)了批量自動化檢測，大大提高了大規(guī)模海島(礁)數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢驗的工作效率。

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—方案”的質(zhì)檢機制，可以根據(jù)實際數(shù)據(jù)的內(nèi)容和質(zhì)檢標準制定檢查項，對數(shù)據(jù)檢查方法進行擴展和定制，實現(xiàn)了對空間參考系、屬性精度、邏輯一致性、柵格質(zhì)量等質(zhì)量元素的自動質(zhì)量檢查。

2. 高程精度檢測

(1) 野外實測法

利用外業(yè)全站儀或GPS RTK手段實地測量散點的坐標，與DEM同名格網(wǎng)點進行比較，可以得到一組高程較差，通過此方法計算出的中誤差用來評定DEM成果精度。

(2) 樁點法

在立體模型下，用量測高程注記點的方法，測得一組檢測點坐標值，與DEM同名格網(wǎng)點高程相比較，可以得到一組高程較差。在沒有外業(yè)檢測點的情況下，樁點法統(tǒng)計出的中誤差可以作為衡量DEM精度的另一個重要方法。

樁點選點需要遵循一定的原則：首先，DEM高程精度檢測點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、等高線、其他特征點線等構(gòu)建TIN生成DEM的，科學(xué)進行評價檢測點盡可能離高程注記點等稍遠，同時，基塘區(qū)DEM以堤上高程點的高程值適當降低作為區(qū)域的高程，故該區(qū)域不適合采集檢測點。其次，按照《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》(GB/T 24356—2009)[4]和《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》(GB/T 18316—2008)[5]規(guī)定圖類單位成果高程精度檢測、平面位置精度檢測及相對位置精度檢測，檢測點應(yīng)分布均勻、位置明顯。檢測點數(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，按單位成果統(tǒng)計數(shù)學(xué)精度，困難時可以適當擴大統(tǒng)計范圍。為此，海島(礁)DEM成果高程精度檢測采用的兩種方法和工作量見表1。

表1　海島(礁)DEM成果高程精度檢測方法

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

1) 檢測點數(shù)量少于20時，以誤差的算術(shù)平均值代替中誤差；大于20時，按中誤差統(tǒng)計。

2) 高精度檢測時，中誤差計算公式為

3) 同精度檢測時，中誤差計算公式為

式中，m為高程較差；n為檢測點數(shù)。

3. 質(zhì)量評定

依照質(zhì)量評價模型對數(shù)據(jù)成果進行綜合打分，并將數(shù)據(jù)檢查結(jié)果(文檔、圖形)和評價打分結(jié)果等進行輸出。具體做法是：結(jié)合質(zhì)量檢查與驗收相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的質(zhì)量評價指標，將質(zhì)量元素進行統(tǒng)計、分類和分級，可以分為兩部分：一是對各個單項質(zhì)量元素分別評價；二是對各項質(zhì)量元素評價結(jié)果匯總得出整個評價結(jié)果。單位成果質(zhì)量評定依據(jù)為《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》(GB/T 18316—2008)[5]，批成果質(zhì)量等級依據(jù)質(zhì)量評定指標進行評定(詳見GB/T 18316—2008表5)。以上過程由開發(fā)的質(zhì)量等級評定工具自動完成，實現(xiàn)了測圖成果標圖、檢查記錄自動入庫、檢查記錄表自動質(zhì)量評價等功能。成果樣本質(zhì)量評定統(tǒng)計表如圖4所示。

圖4　成果樣本質(zhì)量評定統(tǒng)計表

三、結(jié)束語

基于海島(礁)測圖的特殊性，海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量控制與評價任務(wù)相當繁重，重點對DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢查的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，可以

以減輕質(zhì)量檢查工作量、減少經(jīng)費投入、降低作業(yè)成本。同時，可以提高大批量數(shù)據(jù)成果自動化檢查水平，實現(xiàn)對DEM數(shù)據(jù)成果進行快速、有效的質(zhì)量控制，保證質(zhì)量檢驗評定的科學(xué)性。本文提出的海島(礁)DEM數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢驗方法，可以推廣應(yīng)用到其他數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項目中，對促進測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查技術(shù)的發(fā)展具有一定的意義。

參考文獻：

[1]雷蓉,邱振戈,張士濤.基于遙感影像生成DEM的質(zhì)量檢查[J].測繪通報,2005(4):36-39.

[2]湯國安,陶旸,王春.等高線套合差及在DEM質(zhì)量評價中的應(yīng)用研究[J].測繪通報,2007(7):65-67.

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[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T 18316—2008數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收[S].北京:中國標準出版社,2008.

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