大比例尺地形圖在1∶10 000 DLG數學精度檢測中的應用

紀冬華，付 超，牛海鵬

(江蘇省基礎地理信息中心，江蘇 南京 210013)

0 引 言

1∶10 000地形圖是我國基本比例尺用圖，是經濟社會可持續發展的重要支撐，其數據精度和現勢性直接決定了政府決策是否正確[1]。數學精度是評價地形圖質量高低的關鍵因素，主要包括高程精度、平面位置精度及相對位置精度。傳統檢測方法通過GPS-RTK配合全站儀進行實地散點法檢測平面位置和高程精度。該方法因獨立獲取檢測數據，故精度高，檢測結果可靠，但在大范圍使用時，需要投入大量人員和儀器設備，且檢測周期長[2]。

江蘇省已于2016年全面完成所有縣(市、區)級數字城市建設，其基礎地理空間數據是基于無人機航測法配合全野外法測制的1∶1 000數字線劃圖，數據精度高，成果可靠。筆者從政府權威部門收集了現勢性強的基礎數據后，提出了一種基于大比例尺地形圖的1∶10 000 DLG數學精度檢測方法。

1 坐標轉換

收集到的大比例尺地形圖坐標系統有CGCS2000獨立坐標系和西安80地方坐標系2種形式，而1∶10 000 DLG是基于CGCS2000的3°分帶高斯坐標系測制，此時需要將大比例尺地形圖的坐標系統轉換到CGCS2000的3°分帶高斯坐標系下，以便于2套數據的疊加分析。為控制坐標轉換的誤差累積，本文以ArcGIS為平臺，實現對獨立坐標系或地方坐標系向CGCS2000坐標系的嚴格轉換。基于ArcGIS平臺，在“Projections and Transformations”工具中，通過“Create Custom Geographic Transformation”與“Feature-Project”2個步驟，即可完成原始坐標系統向CGCS2000的3°分帶高斯坐標系的轉換，下面以西安80地方坐標系向CGCS2000的3°分帶高斯坐標系轉換為例，闡述基于ArcGIS軟件的坐標轉換方法(圖1)。

其中定義目標坐標系可在ArcToolbox中選擇“Create Custom Geographic Transformation”工具，進行坐標轉換前的相關參數定義。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，七參數方法須選擇Coordinate_Frame，并輸入前期通過西安80和CGCS2000兩套坐標系的公共點求解的轉換七參數。然后再選擇“Feature-Project”工具，分別輸入需轉換的數據圖層、輸出數據圖層名稱及已定義的地理坐標變換名稱，即可實現西安80地方坐標系向CGCS2000的3°分帶高斯坐標的轉換[3-4]。

2 精度檢測要求與流程

2.1 精度檢測要求

(1)檢測點點位選取要求：檢測點應分布均勻、位置明顯[4]。平面位置檢測點一般采集獨立地物、線狀地物交點或地物拐點上(拐角應在30°～150°之間)，弧形地物不能作為目標；高程檢測點一般選在地勢平緩的線狀地物交會處、地角等，在山區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[6]。

圖1 基于ArcGIS軟件的坐標轉換流程圖

(2)檢測點數量要求：每幅圖平面和高程檢測點各選取20～50個[5]。

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

表1 地物點平面及高程精度指標

特殊困難地區(大面積的森林、沼澤等)地物點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，如是面層RESA層數據，則可直接拾取無投影一側房角點。值得注意的是，篩選待校點時，須在原圖層字段中做好標記，最終需按標記導出待校點。將導出的待校點數據與大比例尺地形圖數據疊加分析，逐一比對并從大比例尺地形圖中提取其對應的檢測點數據，如提取出的大比例尺地形圖數據是線或面層數據，則需先計算線或面的幾何中心點，再與待校點較差計算(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后與大比例尺地形圖數據疊加并通過緩沖區分析，關聯2套數據的高程值再較差計算。

2.3 精度評定

根據《測繪成果質量檢查與驗收》(GB/T24356—2009)的規定，高精度檢測時，中誤差計算公式為：

表2 1∶10 000 DLG中待校點名稱與GB碼對應表

(1)

式中，Δi為檢測點與待校點較差，n為檢測點總數。經計算，得到1：10 000 DLG樣本圖幅的平面位置和高程中誤差統計(表3)。

表3 1∶10 000 DLG檢測精度統計

從表3可以看出，除第7批檢測樣本高程中誤差超出標準中誤差外，其他檢測樣本的平面位置和高程檢測中誤差均小于標準中誤差，經圖面分析和進一步求證后得知：因原1∶10 000 DLG中的高程采用雷達測高數據，在山區雷達激光未穿透植被而呈現出偽高程所致，通過GPS-RTK在原點附近驗證，該點確為偽高程，用真實值計算的高程檢測中誤差為±1.978，小于標準中誤差，滿足現有國家規范的要求。

3 結 語

(1)利用ArcGIS軟件將大比例尺地形圖坐標系統向CGCS2000的3°分帶高斯坐標系的嚴格轉換，控制了誤差累積，為基于大比例尺地形圖的1∶10 000 DLG數學精度檢測奠定了基礎。

(2)檢測高程精度時，須注意剔除原10 000 DLG中因雷達激光未穿透植被而出現的偽高程，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準中誤差，滿足現有國家規范的要求，可用于對1∶10 000 DLG的數學精度檢測。另與傳統檢測方法相比，本文使用的方法極大地減少測量人員和儀器設備的投入，且檢測周期大幅縮短，值得應用與推廣。

(4)利用大比例尺地形圖檢測1∶10 000 DLG的數學精度與大比例尺地形圖的比例尺和現勢性有關，比例尺越大，檢測結果越可靠；現勢性越強，抽樣檢測樣本越豐富。