關(guān)于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫質(zhì)量控制方法及制圖輸出的探討

張 晶

（山西省測繪地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

信息是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象的內(nèi)容，是對客觀世界各種事物特征的反映。它有四個特征：反映客觀事物的運動狀態(tài)和方式、可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景進行調(diào)整、可以采用多種方式進行傳播、具有擴散性共享性。

地理信息是表示地理系統(tǒng)各要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布、互相之間的聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱，地理信息數(shù)據(jù)量大，對于數(shù)據(jù)密集和數(shù)據(jù)稀疏的地方，我們需要不同的表達方法，因此數(shù)據(jù)分布極為不均勻。在表達地物關(guān)系時拓撲關(guān)系非常復(fù)雜。在地理實體中同一物體具有多方面的屬性結(jié)構(gòu)，這些屬性結(jié)構(gòu)本身會出現(xiàn)空間上的重疊。地理數(shù)據(jù)在空間和時間范圍內(nèi)體現(xiàn)出不同的尺寸大小和長短，具有多尺度的特點。紙質(zhì)地圖、外業(yè)測量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)與GIS 數(shù)據(jù)一起構(gòu)成了地理信息。地理信息能夠以點、線、面等要素直觀地反映地理特征。

以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析，實現(xiàn)地理信息的采集、存儲、檢索、分析、顯示、預(yù)測和更新形成了地理信息數(shù)據(jù)庫。它涉及的學(xué)科范圍非常廣泛，與攝影測量與遙感、地圖學(xué)、計算機科學(xué)、人工智能、測繪學(xué)和地理學(xué)都密切相關(guān)，數(shù)據(jù)類型多樣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一門名副其實的交叉技術(shù)，屬于信息科學(xué)與信息技術(shù)的范疇。

1.基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的概念及數(shù)據(jù)庫建設(shè)的意義

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫主要描述的是地表的形態(tài)風(fēng)貌以及基于土地的自然歷史文化特征，它可以在各行各業(yè)通用，以達到資源共享。大體上凡是與地理信息數(shù)據(jù)相關(guān)的行業(yè)和領(lǐng)域都選用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的地理空間定位和空間分析。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)主要由自然地理信息中的建筑物、地貌、地名、水系、道路以及一系列輔助設(shè)施和社會經(jīng)濟要素構(gòu)成，此外，還有地圖比例尺、坐標系地理格網(wǎng)和圖例來詳細描述我們所要表達的信息，數(shù)據(jù)庫中的地圖比例尺大致分為三個層次：大于1∶10000 的大比例尺地圖，1∶10000 到1∶100000 的中比例尺地圖，小于1∶100000 的小比例尺地圖。比例尺越大，基礎(chǔ)地理信息的負載量就越多，表現(xiàn)形式就越發(fā)多樣化，例如，衛(wèi)星影像、航拍照片、各類數(shù)據(jù)信息、其他比例尺地形圖、甚至音像資料等都可以融合在我們的數(shù)據(jù)庫里，數(shù)據(jù)庫作為各類地理信息用戶的統(tǒng)一媒介、方便查詢和管理應(yīng)用，面向社會開放使用，被大眾所共享，能更好地為社會提供服務(wù)，為國家的基礎(chǔ)建設(shè)提供有利的技術(shù)支持。基礎(chǔ)地理信息數(shù)字化信息源的數(shù)量和質(zhì)量對一個國家地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用有著深遠的影響，它的建設(shè)直接關(guān)系到國家的信息自主權(quán)和實力的大小。

1∶10000 基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)是國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，同時也是省級基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。1997 年以來，各省政府陸續(xù)把1∶10000 基礎(chǔ)地理信息更新與建庫作為省級基礎(chǔ)測繪的重點，列入地方國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃[1]。1∶10000 基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的建立為各行各業(yè)以及民生生活等諸多方面都提供了空間信息服務(wù)和技術(shù)保障。在1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，各行各業(yè)的數(shù)據(jù)得到整合和資源共享，為政府決策提供科學(xué)準確的參考憑證，也為各行業(yè)的工作決策提供了技術(shù)支持。

2.基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建庫數(shù)據(jù)的內(nèi)容

數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）、元數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字柵格地圖（DRG）等其他專題數(shù)據(jù)共同組成了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。

2.1 矢量數(shù)據(jù)庫

矢量數(shù)據(jù)是在國家基本比例尺基礎(chǔ)上包含定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)、地名等的數(shù)據(jù)。根據(jù)國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)總體設(shè)計，國家級地形數(shù)據(jù)庫的比例尺分為1 ∶1000000、1 ∶250000 和1∶50000 三級，省級地形數(shù)據(jù)庫的比例尺分為1∶250000、1∶50000 和1∶10000 三級[1]。以山西省1∶10000 數(shù)據(jù)為例，采用2000 國家大地坐標系，1985 高程基準，高斯—克呂格投影3°分帶，中央經(jīng)線為111°，數(shù)據(jù)格式為ArcGIS Personal Geodatabase，數(shù)據(jù)包含定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)、地名等九大類數(shù)據(jù)集。

2.2 地名數(shù)據(jù)庫

地名數(shù)據(jù)庫是將國家基本比例尺地形圖的各類地名注記的拼音、屬性特征、圖幅號等錄入計算機建成數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫可以自己單獨運行，也可以和矢量數(shù)據(jù)庫連接運行，方便我們查詢和管理。

2.3 數(shù)字柵格地圖數(shù)據(jù)庫

數(shù)字柵格地圖數(shù)據(jù)庫是將已經(jīng)出版的地圖做掃描和計算機處理形成的數(shù)據(jù)庫。柵格數(shù)據(jù)可以以兩種形式進行存儲、柵格目錄和柵格數(shù)據(jù)集。柵格目錄中包含現(xiàn)勢數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫

數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫是將遙感衛(wèi)星影像和航拍影像經(jīng)過色彩校正和幾何校正之后建成的數(shù)據(jù)庫。其顏色可以是全色、真彩色和假彩色。

2.5 數(shù)字高程模型

數(shù)字高程模型是以等高線、高程和水系數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)內(nèi)插形成的數(shù)據(jù)庫，也可以用數(shù)字攝影測量法獲取。

2.6 元數(shù)據(jù)庫

元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參照系、管理方式和其他特性的描述性信息[1]。一般采用*.XLS 格式，范圍要與相對應(yīng)的DLG、DEM 保持一致。

3.1∶10000 建庫質(zhì)量評價體系

由于1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的重要性，數(shù)據(jù)的質(zhì)量就表現(xiàn)得尤為重要。我們大體用微觀和宏觀兩個指標衡量數(shù)據(jù)質(zhì)量。微觀指標主要包括位置和屬性的精度以及邏輯的一致性。宏觀指標主要考察數(shù)據(jù)的完整性、時效性和表達形式的合理性。數(shù)據(jù)的位置精度包含數(shù)據(jù)基礎(chǔ)精度、平面精度、接邊精度、高程精度以及像元定位精度。數(shù)據(jù)的屬性精度包含屬性文件是否建立、屬性項是否齊全以及屬性項定義是否正確。數(shù)據(jù)的拓撲必須一致，并且在地理數(shù)據(jù)的范圍、空間實體類型方面必須完整。空間關(guān)系具體指點、線、面之間的關(guān)系。點要素有位置，但沒有寬度和長度，線要素有長度，但無寬度和面積，面要素只有寬度和長度，各種要素統(tǒng)一集合才能構(gòu)成屬性的完整性。數(shù)據(jù)的時間精度包含數(shù)據(jù)采集時間的一致性和參考資料與實地的符合程度。數(shù)據(jù)表達形式的合理性主要指數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)在空間和時間等方面要與真實地理世界一致。

我們把地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的方法概括為以下四種：

（1）地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價矩陣；

（2）人工判斷；

（3）元數(shù)據(jù)方法；

（4）地理相關(guān)法。

3.1 數(shù)據(jù)入庫前的檢查與規(guī)整

（1）數(shù)據(jù)檢查的內(nèi)容是以數(shù)據(jù)的規(guī)范性、完整性、正確性為檢查原則；

（2）數(shù)據(jù)檢查的內(nèi)容一般有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、位置精度、邏輯一致性、屬性檢查和接邊以及附件的檢查；

（3）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)檢查包括投影基準的檢查，即制定方案時設(shè)定基準標準值，通過程序從數(shù)據(jù)中讀出實際的投影，將兩者進行比較，實現(xiàn)自動檢查。數(shù)據(jù)范圍檢查，包括圖廓點順序、坐標是否正確，數(shù)據(jù)內(nèi)容是否在圖廓范圍內(nèi)；

（4）位置精度的檢查主要包含平面位置精度和高程精度的檢查。具體檢測步驟為選擇特征點、獲取檢測點坐標、采集圖上對應(yīng)點坐標，等高線內(nèi)插獲取高程、均方根誤差RMSE計算；

（5）邏輯一致性檢查包括用容差的方法檢查數(shù)據(jù)的重疊性、弧段相交檢查、弧段互相交錯的檢查以及懸掛點的檢查；

（6）屬性數(shù)據(jù)檢查包括屬性項的檢查、屬性值檢查；

（7）接邊檢查包括幾何位置的接邊檢查和屬性的接邊檢查；

（8）附件質(zhì)量檢查包括元數(shù)據(jù)、圖歷簿、技術(shù)設(shè)計書的手工檢查和計算機輔助檢查。

以山西省2020 年1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建庫為例，對DLG、DEM 及其相應(yīng)的元數(shù)據(jù)進行入庫前檢查和數(shù)據(jù)預(yù)處理。在對數(shù)據(jù)成果分析的基礎(chǔ)上，采用以GEOWAY 軟件檢查為主、人工交互檢查為輔的技術(shù)方法，開展數(shù)據(jù)入庫前檢查。

3.1.1 DLG 數(shù)據(jù)檢查

首先是數(shù)據(jù)總體檢查：

（1）文件名稱、圖層名稱是否正確；

（2）重要圖層是否缺失BOUA、BOUL、HYDL、RESA、RESP、LRDL、TERL、TERP、VEGA；

（3）屬性項個數(shù)是否正確；

（4）字段的類型、長度等設(shè)置是否正確；

其次是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)檢查：各層的投影信息和坐標系統(tǒng)是否正確。

第三是數(shù)據(jù)范圍檢查：各層數(shù)據(jù)是否有超出圖廓范圍的要素。

第四是屬性檢查：

（1）國標是否為空；

（2）每個國標對應(yīng)的必填字段是否為空；

（3）名稱項是否有空格，名稱內(nèi)是否有庫外字；

（4）各圖層屬性字段值域的檢查；

（5）圖幅內(nèi)與圖幅間的接邊檢查。

第五是同一圖層內(nèi)的圖形檢查：點的方向、線和面的拓撲關(guān)系檢查；

第六是圖層關(guān)系檢查：各圖層之間的位置關(guān)系，能否相交與重合等；

第七是接邊檢查：

（1）圖幅內(nèi)接邊：要素在一定距離內(nèi)是否接到圖廓邊；

（2）圖幅間接邊：圖形和屬性是否接邊。

3.1.2 DEM 數(shù)據(jù)入庫檢查

DEM 數(shù)據(jù)入庫檢查中確定圖幅名稱、范圍是否正確，平面坐標系和投影是否正確，是否有高程異常和無效區(qū)域。

3.1.3 元數(shù)據(jù)入庫檢查

元數(shù)據(jù)檢查中主要看數(shù)據(jù)內(nèi)容是否有缺失、內(nèi)容和格式是否正確。

3.2 數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

3.2.1 質(zhì)量管理原則

為保證1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫成果的完整性、正確性和權(quán)威性，在1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫成果數(shù)據(jù)建庫過程中必須采取嚴格的質(zhì)量監(jiān)督與管理措施[2]。數(shù)據(jù)建庫工作質(zhì)量管理需遵循以下基本原則：

（1）統(tǒng)一規(guī)范原則。建庫中的數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、技術(shù)路線和方法流程、建庫各步驟技術(shù)流程、質(zhì)量管理要求等都依據(jù)1∶10000 基礎(chǔ)地理信息相關(guān)技術(shù)規(guī)定，確保與數(shù)據(jù)建庫遵循統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。

為了在1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)檢錄過程中真正落實統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范，在建庫過程中采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建庫工具軟件，包括數(shù)據(jù)入庫檢查工具軟件，在數(shù)據(jù)入庫前對成果數(shù)據(jù)進行一致檢查，確保成果數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（2）將質(zhì)量監(jiān)督管理工作貫穿于數(shù)據(jù)庫建設(shè)全過程，包括數(shù)據(jù)建庫方案制定、數(shù)據(jù)入庫檢查、數(shù)據(jù)建庫處理、數(shù)據(jù)庫管理等各個環(huán)節(jié)。對每個環(huán)節(jié)都需要采取相應(yīng)措施，嚴格質(zhì)量管理，只有當(dāng)前成果質(zhì)量符合要求才能轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)工序。

3.2.2 入庫前質(zhì)量控制方法與流程

入庫前數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查一般遵循下列三種方法：

（1）程序檢查。通過數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件，按照國家要求制定的技術(shù)設(shè)計書制定質(zhì)檢方案，運行程序檢查和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的錯誤，以圖形的方式輸出錯誤標識并利用可視化GIS 軟件查詢改正；

（2）人機交互檢查。很多數(shù)據(jù)錯誤類型單單依靠程序檢查是沒辦法確定正確與否的，所以當(dāng)程序?qū)⒖梢芍幩阉鞒鰜恚覀兛梢岳肁rcGIS 精確定位，再采用人工交互檢查方法，由作業(yè)員判斷數(shù)據(jù)的正確性，不合理之處改正后進行再檢直到無錯誤為止；

（3）圖面檢查。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)規(guī)范所示符號，便于作業(yè)員人工判斷數(shù)據(jù)內(nèi)容是否合理，不合理的予以改正。

4.制圖輸出前的檢查

在質(zhì)量控制與檢查的最后一步圖面檢查中，作業(yè)員通過可視化圖形，判斷檢查數(shù)據(jù)內(nèi)容的正確性，最后達到制圖輸出的目的。

以往在1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建庫和升級改造項目中，我們曾采用過不同的軟件進行操作，例如，吉奧之星、ArcGIS 等。在此次山西省1∶10000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建庫項目的圖面檢查中，我們所采用的是GEOWAY 快速成圖批量軟件出圖，然后進入GEOWAYTopoCartor 地形圖編輯軟件進行檢查編輯，因為前期在程序自動檢查中已對數(shù)據(jù)做了大批量質(zhì)檢和修改，所以成圖之后的圖面檢查只對遺留問題做簡單核查即可。所遺留的問題中主要分為兩大類：一類為比較重要的原則性問題，這些是需要重新修改數(shù)據(jù)本身后再通過成圖軟件另行輸出，例如，有些圖幅投影設(shè)置仍有問題，無法正常出圖，需要進行投影轉(zhuǎn)換，也有丟失境界面導(dǎo)致圖例不完整的情況；還有一些道路因為屬性錯誤導(dǎo)致道路不連通等情況；另一類為一般性錯誤，包括符號方向的錯誤修改及多余符號的刪除，圖廓及圖例整式的編輯和位置擺放，注記的字體核查及合理擺放等。

5.結(jié)束語

在測繪事業(yè)的蓬勃發(fā)展中，質(zhì)量占據(jù)了極其重要的地位，它不僅影響著國家建設(shè)的安全，還為經(jīng)濟社會規(guī)劃決策提供了的科學(xué)、準確的依據(jù)，它關(guān)系著一個國家的主權(quán)、利益和民族尊嚴。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)要具備高質(zhì)量，就必須建立起一套與之相適應(yīng)的質(zhì)量檢查體系；只有在正確的決策支持下；有長期的工作規(guī)劃，有強大的人才隊伍，才能確保成果高質(zhì)量，進一步提高為政府和大眾服務(wù)的能力和保障水平。