地理信息空間數(shù)據(jù)的誤差分析及其質(zhì)量控制

李楠+趙建軍

摘 要：筆者通過多年來在GIS空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查驗收工作中積累的一些實(shí)踐方法、經(jīng)驗與體會，闡述了地理信息數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題，提出了地理信息空間數(shù)據(jù)誤差的來源和形成原因，并對產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出了地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價體系以及方法。通過制定有效的質(zhì)量控制方法，最終保證地理信息空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為地理信息的廣泛應(yīng)用和發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：地理信息空間數(shù)據(jù) 誤差分析 質(zhì)量控制

中圖分類號：O21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0023-03

Error Analysis and Quality Control of Spatial Data

Li Nan Zhao Jianjun

（Xi`An Institute of Prospecting and Mapping，Xi`An Shaanxi，710054，China）

Abstract：Practice and experience method， through the experience accumulated over the years in the work of quality inspection and acceptance of GIS spatial data， describes the quality problem of geographic information data， the source of geographical information and spatial data error and the causes， and the reasons for analysis， put forward the spatial data quality evaluation system and methods. Through the development of effective quality control methods， and ultimately to ensure the quality of geospatial data， geographic information for the wide application and development of the basic protection.

Key Words：GIS spatial data；Error analysis；Quality control

近年來地理信息系統(tǒng)（GIS）應(yīng)用日益廣泛，用戶對地理空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。空間數(shù)據(jù)是GIS的核心與操作對象，數(shù)據(jù)質(zhì)量在極大程度上決定GIS應(yīng)用和決策的成效。對于數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響GIS分析及應(yīng)用結(jié)果的可靠性，如果不考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量，當(dāng)用戶發(fā)現(xiàn)GIS的結(jié)論與實(shí)際的地理狀況相差較大時，GIS就會得出錯誤的信息結(jié)論，失去應(yīng)用價值。因此，空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是GIS生存和發(fā)展的保障[1]。該文主要根據(jù)筆者在數(shù)據(jù)檢查驗收工作中，獲得的一些經(jīng)驗與建議，與同行一起交流、探討地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價，誤差來源、質(zhì)量控制方法等。

1 地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量基本概念

地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本概念包括以下幾個方面，在地理信息空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須從數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本方面加強(qiáng)人員培訓(xùn)和技術(shù)管理，從源頭上保障空間數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（1）數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。即一個記錄值（測量或觀察值）與它的真實(shí)值之間的接近程度。空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性經(jīng)常是根據(jù)所指的位置、拓?fù)浠蚍强臻g屬性來分類的。它可用誤差來衡量。

（2）數(shù)據(jù)精度。即對象描述的詳細(xì)程度。精度要求測量能以最好的準(zhǔn)確性來記錄，但是這可能誤導(dǎo)提供了較大的精度，因為超出一個測量儀器的已知準(zhǔn)確度的數(shù)字在效率上是冗余的。

（3）空間數(shù)據(jù)的分辨率。指兩個可測量數(shù)值之間最小的可辨識的差異，可以看作記錄變化的最小距離。

（4）比例尺。是地圖上一個記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實(shí)世界”的距離之間的一個比例。

（5）誤差。定義出一個所記錄的測量和它的事實(shí)之間的準(zhǔn)確性以后，很明顯對于大多數(shù)目的而言，它的數(shù)值是不準(zhǔn)確的。誤差包括，位置誤差、屬性誤差、位置和屬性之間的誤差。

（6）不確定性。GIS的不確定性包括空間位置的不確定性、屬性不確定性、時域不確定性、邏輯上的不一致及數(shù)據(jù)的不完整性[2]。

（7）數(shù)據(jù)的相容性。是指兩個來源的數(shù)據(jù)在同一個應(yīng)用中使用的難易程度。譬如土地利用圖中相鄰圖斑的接邊，如果兩塊圖的相容性好， 則接邊容易且正確性高，則相容性好，反之則相容性差。

（8）數(shù)據(jù)的一致性。是指空間數(shù)據(jù)在表達(dá)相同要素時的相同性，一致性，例如：在總體規(guī)劃圖上的行政區(qū)劃和土地利用圖上的行政區(qū)劃應(yīng)當(dāng)一致且相同，則一致性好。如果由于編制人員不同或更新時間不同則造成行政區(qū)劃不能很好重合，則一致性差。

（9）數(shù)據(jù)的完整性。指空間數(shù)據(jù)在屬性描述及范圍上是否表現(xiàn)完整。 隨著地理信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，不同行業(yè)對數(shù)據(jù)的要求呈現(xiàn)多樣化，詳細(xì)化趨勢，對地理信息的空間數(shù)據(jù)的描述也要求越來越高。完整性好的地理信息數(shù)據(jù)提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用度。

2 地理信息空間數(shù)據(jù)中的誤差

地理信息空間數(shù)據(jù)的空間性決定了其具有空間坐標(biāo)和位置精度要求，地理信息空間數(shù)據(jù)的誤差是直接影響地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要因素，如何保證數(shù)據(jù)的位置正確性，形狀正確性，都和誤差控制有關(guān)，地理信息空間數(shù)據(jù)的誤差，按其來源可以分為原始數(shù)據(jù)誤差和空間數(shù)據(jù)庫建庫所引入的誤差。其中原始數(shù)據(jù)誤差是主要誤差，地理信息空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程是從測繪外業(yè)作業(yè)，內(nèi)業(yè)采集編繪，數(shù)字化、矢量化作業(yè)的復(fù)雜過程，每一環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生誤差，需要嚴(yán)格滿足作業(yè)規(guī)范要求。將原始數(shù)據(jù)誤差控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，是地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要保證。空間數(shù)據(jù)庫建庫所引入的誤差，只要選擇科學(xué)、先進(jìn)的建庫方案，作業(yè)流程，以及進(jìn)行誤差分析，建立誤差控制流程，可以將其控制在合理的范圍內(nèi)。

（1）原始數(shù)據(jù)誤差。是指在空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)時所需要的基礎(chǔ)地理信息數(shù)字化數(shù)據(jù)，包括矢量化數(shù)據(jù)、柵格影像數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等，這時候的地理信息數(shù)據(jù)是符合測量規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)，其本身具有測繪過程中的固有誤差，滿足測繪產(chǎn)品對誤差的要求標(biāo)準(zhǔn)。它未經(jīng)任何的地理信息系統(tǒng)的分析處理。原始誤差可分為源誤差、處理誤差和使用誤差3種類型。

（2）空間數(shù)據(jù)庫建庫所引入的誤差。空間數(shù)據(jù)庫中的多源數(shù)據(jù)，經(jīng)過基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理平臺的各種分析、處理后，可以形成新的數(shù)據(jù)和最后產(chǎn)品。在這個過程中還會產(chǎn)生新的誤差，這些誤差包括：計算誤差、拓?fù)浏B加分析引起的數(shù)據(jù)誤差以及GIS中的誤差傳播問題。

（3）誤差分析。地理信息空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)誤差可以是系統(tǒng)的，或者人為產(chǎn)生的。它包含位置誤差即幾何誤差、屬性誤差、邏輯誤差、完整性誤差及時間誤差，在這幾種誤差中，涉及生產(chǎn)人員引起注意的是位置、屬性、邏輯、時間4種誤差，要特別加以注意和控制[3]。

3 地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價

提高地理信息空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提是建立空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)體系，包括評價方法、評價過程和地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量度量模型。

（1）評價方法：空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價，應(yīng)以直接質(zhì)量評價方法為主，間接質(zhì)量評價方法為輔，方法如圖1所示。

（2）評價過程：數(shù)據(jù)質(zhì)量評價過程如圖2所示。

（3）度量模型：數(shù)據(jù)質(zhì)量度量模型如圖3所示。

4 地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

提高地理信息空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，最終需要落實(shí)到生產(chǎn)作業(yè)控制流程中，地理信息空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是個復(fù)雜的過程，常用的方法有傳統(tǒng)的手工方法、元數(shù)據(jù)的方法以及地理相關(guān)法。

地理信息系統(tǒng)（GIS）的內(nèi)容主要是地理信息數(shù)據(jù)的展示和應(yīng)用，GIS質(zhì)量主要是指地理信息空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其檢查內(nèi)容主要有如下幾類。

（1）地理信息空間數(shù)據(jù)的檢查，其主要內(nèi)容包括以下幾種。

①需要導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫的地理信息數(shù)據(jù)文件是否齊備。

②地理信息空間數(shù)據(jù)的地理參考系統(tǒng)是否正確，是否滿足整個數(shù)據(jù)庫入庫的基本要求。

③數(shù)據(jù)格式檢查：是否為可用的數(shù)據(jù)格式，是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)質(zhì)量如何，數(shù)據(jù)是否有丟失錯漏情況。

④整體檢查、評估數(shù)據(jù)空間位置的幾何精度。

⑤空間地理特征的完整性：面狀特征要素是否以面狀的封閉多邊形進(jìn)行表達(dá)。

⑥類型一致性檢查：分類、分層，顏色設(shè)置，線狀地物是否連續(xù)，代碼的一致性，矢量幾何精度一致性、影像像元大小一致性、數(shù)字地面模型格網(wǎng)大小一致性等。

⑦拓?fù)湟恢滦詸z查：拓?fù)潢P(guān)系、多邊形閉合關(guān)系等。

⑧數(shù)據(jù)接邊檢查：同比例尺接邊處理、相鄰圖幅要素屬性及幾何圖形接邊檢查、各時期各類型數(shù)據(jù)接邊檢查。

（2）地理信息屬性數(shù)據(jù)的檢查：主要包括要素分類與代碼的正確性、要素屬性值的正確性、空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接關(guān)系的正確性等。

（3）地理信息空間數(shù)據(jù)之間關(guān)系正確性的檢查主要包括各要素之間的相對關(guān)系正確性，要素上下顯示覆蓋關(guān)系的正確性等。

5 結(jié)語

地理信息空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)（GIS）的核心和基礎(chǔ)，地理信息空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量是地理信息空間數(shù)據(jù)的生命力。通過以上本文的討論，我們可以看出，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析、質(zhì)量評價以及建立適合地理信息空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制方法，能夠保證空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量，也就為GIS生存和發(fā)展提供保障，同時也將對各類不同部門的決策和減少GIS設(shè)計與開發(fā)的盲目性等方面有重大的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉騫.淺談空間數(shù)據(jù)質(zhì)量管理[J].科技資訊，2013（19）：20-21.

[2] 王慶光.GIS空間數(shù)據(jù)質(zhì)量研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2007（5）：337-338.

[3] 李作鑾.淺談GIS空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制[J].環(huán)球人文地理，2015（6）.