1地理信息系統(tǒng)的質量控制

1、地理信息系統(tǒng)的質量控制1 引言地理信息系統(tǒng)（GIS-Geographic Information Systems），無論怎么定義它，都可以把它視為一個有地理位置的信息系統(tǒng)，這是GIS 區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的一個主要特點。從 GIS 系統(tǒng)的三個基本內容，既具有地理位置的空間實體、描述實體的屬性、空間實體之間的拓樸關系來看GIS 系統(tǒng)的質量控制分別包含了空間數(shù)據(jù)的質量控制、屬性數(shù)據(jù)的質量控制、空間實體之間關系和空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間關系的質量控制。GIS 系統(tǒng)的空間性決定了空間數(shù)據(jù)在GIS 應用中所起作用的基礎性和重要性，因此 GIS 空間數(shù)據(jù)的質量控制依然是GIS 系統(tǒng)質量控制的重要要素

2、，又因為 GIS 空間數(shù)據(jù)可以通過內業(yè)手扶跟蹤數(shù)字化、掃描矢量化、野外數(shù)字化測量、數(shù)字攝影測量等多種手段采集，因此空間數(shù)據(jù)質量控制的內容是豐富多彩的。但是地理信息系統(tǒng)決不僅僅是一個數(shù)字化的地形圖，因此GIS 系統(tǒng)的質量控制就不能僅僅限于空間數(shù)據(jù)的質量，屬性數(shù)據(jù)的質量控制、空間實體之間關系和實體與屬性之間關系的質量控制也是GIS 系統(tǒng)質量控制中必不可少的內容。數(shù)字產品按其點位精度、屬性內容、應用范圍不同大體上可以分為：數(shù)據(jù)線劃地圖、數(shù)字柵格地圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像等。因為數(shù)據(jù)采集手段不同，其質量控制內容也有差異。這里要搞清楚的是數(shù)字地圖產品的質量與GIS 的數(shù)據(jù)質量、數(shù)字產品的成圖質量和

3、數(shù)據(jù)質量概念不能混為一談，下面我們來看GIS 數(shù)據(jù)的質量特性。2 空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)位置的精度將直接影響數(shù)據(jù)庫的應用，在質量控制檢查中，對數(shù)據(jù)的位置精度進行嚴格的檢查和分析是十分重要的一環(huán)。位置精度是在數(shù)據(jù)集合（例如地圖）中物體的地理位置與其真實的地面位置之間的差別，通常檢驗方法是按規(guī)定的方式選擇一些特定的樣本點與另外一個獨立的精度更高些信息源的定位坐標進行比較。定位精度有兩部分組成，偏差與精度，偏差是描述真實位置與表達位置之系統(tǒng)差別，理想的偏差應當是零，表明圖上位置與表達位置沒有系統(tǒng)偏差。偏差通常由樣本點的平均位置誤差度量。精度是數(shù)據(jù)元素位置誤差的描述，精度通常用對選擇的測試點的標準離散差的計算來

4、估計。 一個較小的離散差表明位置誤差的取值范圍緊湊，即誤差的取值范圍相對較小，量測的數(shù)據(jù)精度越高，使用的可信度也越高。位置精度的度量通常是采用在測量中的均方根誤差，這種度量方法與系統(tǒng)偏差的度量方法沒有明顯區(qū)別，估計數(shù)據(jù)質量的均方根誤差，對于有效使用數(shù)據(jù)是非常有價值的。2.1 數(shù)學基礎圖廓點、公里網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)交點、控制點等的坐標值應正確，在回放圖上，上述各點的點位誤差不超過± 0.1mm ，圖廓線邊長誤差不超過± 0.2mm ，圖廓對角線誤差不超過± 0.3mm 。2.2 平面精度實測數(shù)據(jù)（全野外數(shù)字測量、攝影測量采集數(shù)據(jù)）的數(shù)字地形圖和數(shù)字地藉圖，地物點（及界址點）

5、對相鄰控制點位置中誤差以及相鄰地物點間的間距中誤差不得大于相應比例尺測圖規(guī)范的規(guī)定。由內業(yè)數(shù)字化（及掃描圖矢量化）采集數(shù)據(jù)的數(shù)字產品其誤差以偏離中心位置為衡量標準，主要地物的誤差不得超過0.2mm ，次要地物的誤差不得超過0.3mm ，線狀目標位移中誤差不得大于± 0.35mm 。2.3 高程精度實測數(shù)據(jù)的數(shù)字地圖其高程注記點和等高線對相鄰高程控制點的高程中誤差不得大于相應比例尺測圖規(guī)范的規(guī)定。內業(yè)數(shù)字化采集的數(shù)字地圖其高程點的高程值正確。等高線的高程不應與相鄰高程點的高程或地物產生地理適應性矛盾，并能顯示該地區(qū)的地貌形態(tài)特征。3 屬性數(shù)據(jù)GIS 數(shù)據(jù)不能簡單地與CAD 數(shù)據(jù)劃為等同

6、的重要特征之一，是GIS 中的空間數(shù)據(jù)實體具有被描述的屬性，屬性數(shù)據(jù)說明空間實體數(shù)據(jù)的幾何類型、分類分級、數(shù)據(jù)特征、質量描述、地理名稱、更新日期等等，按屬性數(shù)據(jù)的性質、內容、存貯方式、與空間數(shù)據(jù)關系的密切性，屬性數(shù)據(jù)又可以分為二類，第一類為與空間實體數(shù)據(jù)緊密相關的、用于區(qū)分空間數(shù)據(jù)實體的基本屬性類，它們可以是空間數(shù)據(jù)唯一標識符、分類代碼、幾何類型（點線面）、數(shù)據(jù)的所有者或采集者、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)建立日期、數(shù)據(jù)精度、與其他空間實體之間的關系代碼（點線面的組成關系、相鄰關系等等）等信息，這類屬性的質量控制是GIS 屬性數(shù)據(jù)質量控制的重點。第二類是描述空間實體專業(yè)特性的專題屬性數(shù)據(jù)，這類屬性數(shù)據(jù)因應用

7、專業(yè)不同而異，比如說在用于宗地管理的GIS 系統(tǒng)中，屬性數(shù)據(jù)可以包含土地等級、土地權屬性質、土地用途等，這類屬性數(shù)據(jù)大都由專門的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS ）存貯管理，通過一定的方法與 GIS 數(shù)據(jù)庫相聯(lián)。GIS 系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)的質量特性（1） 描述空間數(shù)據(jù)的屬性項定義（包括名稱、類型、長度等）必須正確，屬性表中各數(shù)據(jù)項的屬性取值及其單位不得有異常。（2） 標識碼是區(qū)分標識空間數(shù)據(jù)的碼，必須唯一有效、不重復。描述每個地理實體特征的各種屬性數(shù)據(jù)應正確。（3） 空間數(shù)據(jù)與描述它的屬性數(shù)據(jù)之間一一對應的聯(lián)掛關系正確，也即空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)必須具有正確的相關性，具有一個以上屬性表時，各屬性表之間的相關性

8、和網(wǎng)絡層次應當正確描述和建立。（4） 空間數(shù)據(jù)之間的關系在利用計算機軟硬件資源進行數(shù)字地圖的繪制時（CAD 應用），非常注重數(shù)字化線條的顏色、分類、線型及成圖質量，而不考慮空間數(shù)據(jù)之間的關系以及數(shù)據(jù)的后繼處理，這一點與 GIS 的空間數(shù)據(jù)有著非常本質的區(qū)別。GIS 系統(tǒng)中，空間實體點線面之間的六種組合表達了實體間拓撲關系的相鄰性、連續(xù)性、閉合性、包含性、一致性等關系，是地理空間數(shù)據(jù)處理分析的依據(jù)，因此弄清楚空間實體間關系的質量特性（有時也叫邏輯一致性）是萬萬不可忽視。地理要素應反映自然景觀發(fā)展的客觀規(guī)律，真實再現(xiàn)該地貌待征，無地理適應性矛盾，同類實體和不同類實體間必須正確客觀地反映地理實體間空

9、間結構關系，相關位置正確。(1) 空間實體的點線面類型定義必須正確。(2) 保證多邊形空間實體的封閉性。(3) 保證線狀空間實體的連接性。(4) 保證組合實體與基礎圖形要素之間的正確相關性，比如組合實體“建筑物 ”由建筑物外墻線、其標識碼、門牌號等基本要素組成。(5) 保證編碼不重復(組合實體、基礎圖形要素)。(6) 保證符合組合實體間和基礎圖形要素之間的關系原則或制約，其中包括：連接 如墻可與墻連接，但不可與鐵路線連接相交 如墻可與道路邊線相交共享一一如墻可與臺階、樓梯、道路邊線共享落于 如建筑物中心點應落于墻內包含 如墻可包含建筑物中心線(7) 保證不出現(xiàn)懸掛節(jié)點和偽節(jié)點，所有線狀要素相交

10、處，都應建立節(jié)點。(8) 每個線狀要素必須既有從左側相關于它的面域，又有從右側相關于它的面域。保證空間數(shù)據(jù)之間拓撲關系的正確性是實現(xiàn)GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和分析的基礎，它的質量特性是 GIS 系統(tǒng)區(qū)別于CAD 系統(tǒng)的重要內容之一。以上質量特征是針對GIS 系統(tǒng)中具有空間實體、描述屬性、空間實體間拓樸關系三大特點的， GIS 系統(tǒng)的質量控制是貫穿于資料準備、儀器準備、采集、編輯、處理、輸出全過程的，從其編輯處理過程來看，還不應該忽視下列特性：(1) 分層設置不同圖形層次是分類表示各種不同地物地貌要素、滿足不同應用需求、甚至是輸出不同圖飾符號的手段，每個圖形要素必須按定義賦予一定的圖名(或號)，同一

11、元素不能賦予一個以上圖層名，每一圖層只有一種要素。(2) 完備性GIS 系統(tǒng)中的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，包括注記不得有錯漏和偏移，數(shù)據(jù)必須完備，每組數(shù)據(jù)文件應該完整。(3) 唯一性圖形數(shù)據(jù)必須具有唯一性，不得有重復重疊。(4) 自然接邊圖形數(shù)據(jù)可以按街坊、圖幅、象對等進行采集，所有相鄰要素的接邊不能出現(xiàn)邏輯裂隙、幾何裂隙，應保持自然。當不能自然接邊時，允許幾何裂隙不超過相應比例尺測圖規(guī)定的接邊限差，彌合處理時，應保持地物、地貌相互位置和走向正確性。任何數(shù)據(jù)采集方式的圖形數(shù)據(jù)接邊，均不允許出現(xiàn)邏輯裂隙，幾何裂隙超限時，或地物、地貌走向交角甚大無法拼接時，野外實測數(shù)據(jù)采集的圖形數(shù)據(jù)，應到實地檢查糾正，

12、內業(yè)數(shù)字化采集的圖形數(shù)據(jù)，應檢查原圖。(5) 圖飾質量按統(tǒng)一圖式標準制作的地形圖，沿用了幾十年，早已為廣大建設單位所熟悉、接受和應用， 并將在城市建設中繼續(xù)發(fā)揮著它的作用。要認識到數(shù)字地圖的最后成圖形式與空間數(shù)據(jù)庫中的表示內容并不相等，其數(shù)據(jù)結構要適應GIS 的拓撲化處理和空間分析，需要時也可以生成滿足國家制圖標準的地形圖，以圍墻、鐵絲網(wǎng)、柵欄、籬笆為例，在空間數(shù)據(jù)庫中它們都是賦予了不同屬性的單一線條，在GIS 應用中可能都起界線作用，制圖時則完全可以按不同的線型生成輸出，滿足不同的需要。屏幕顯示和輸出的地形圖必須清晰、易讀，遵從國家制圖標準，符號圖形完整，圖形中沒有點邊擠壓、壓蓋，要作好技術

13、處理，數(shù)據(jù)實體間的輸出表達要求協(xié)調，無適應性矛盾，圖廓整飾符合規(guī)定，內容完整，不能有遺漏差錯。(6) 數(shù)據(jù)轉換GIS 數(shù)據(jù)庫的圖形數(shù)據(jù)可以通過原圖的手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化、野外數(shù)字化實測、航測數(shù)字化等多種手段采集而得。屬性數(shù)據(jù)也由多種字處理軟件、模式識別、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)收集輸入，入庫過程中常常需進行不同采集系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉換，轉換過程中要保證數(shù)據(jù)精度、空間數(shù)據(jù)的拓撲關系、空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)接關系不丟失。5 地理信息系統(tǒng)（GIS ）中的質量控制技術質量是一切產品的生命，它反映的是產品乃至生產產品的過程的優(yōu)劣程度。地理信息系統(tǒng)作為一種高科技產品，為了能更好地發(fā)揮作用，同樣應研究并衡量、評價

14、其質量。GIS 質量控制技術可分為兩個方面的主要內容：1 、設法減少和消除誤差的實用技術和步驟； 2、它是在提交成果（數(shù)據(jù)入庫）之前對所完成工作的檢查，以進一步發(fā)現(xiàn)和改正錯誤。由此可以看出，GIS 數(shù)據(jù)質量控制分成過程控制和結果控制，過程控制包括數(shù)據(jù)錄入前期的質量控制、數(shù)據(jù)錄入過程中的實時質量控制，結果控制為數(shù)據(jù)錄入完成后的后處理質量控制。質量控制應貫穿在整個GIS 數(shù)據(jù)采集過程中，GIS 系統(tǒng)包含了空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)間關系，因此它的質量控制應分環(huán)節(jié)實施。5.1 設計過程的質量控制是指在系統(tǒng)調查和充分掌握資料和了解產品用途的條件下，制定質量目標，在產品設計生產的每個階段，以質量目標為

15、根據(jù)對設計進行評議審查；通過試制數(shù)據(jù)采集，對采集數(shù)據(jù)的質量作出技術鑒定和經(jīng)濟分析；保證設計生產過程符合規(guī)定的要求。5.2 對基礎資料的質量控制根據(jù)產品的需求情況選擇質量滿足要求的數(shù)據(jù)源，這是決定數(shù)據(jù)產品質量的關鍵因素，原始資料的正確處理，不但可以減少數(shù)字化誤差，還可以提高效率，數(shù)據(jù)源的誤差范圍至少不能大于產品的質量要求范圍。基礎資料直接影響數(shù)據(jù)采集的質量，是數(shù)據(jù)質量的基礎，因此必須對用于數(shù)據(jù)采集的基礎資料進行嚴格的質量控制。5.3 對數(shù)據(jù)采集手段的選擇根據(jù)數(shù)字產品的應用、用戶的要求、精度高低的不同，合理選擇不同的數(shù)據(jù)采集手段，滿足質量及經(jīng)濟的雙重需求。5.4 對軟、硬件配置的要求用于內外業(yè)數(shù)據(jù)

16、采集的各種軟、硬件，其性能和技術指標必須滿足數(shù)據(jù)采集的質量標準和技術設計書的要求，作業(yè)前后必須對其進行檢校，定期檢修使其符合生產的技術要求。5.5 數(shù)據(jù)采集前的準備工作要做好數(shù)字產品過程的質量控制，首先必須從采集前的準備工作做起，準備工作包括學習和理解有關技術文件，如技術設計書、數(shù)字測繪產品質量標準、數(shù)據(jù)分類編碼規(guī)定、操作技術規(guī)程等。準備工作是數(shù)據(jù)采集質量的基礎，必須符合相應的技術要求，才能進行生產。5.6 數(shù)據(jù)采集中的監(jiān)控是指在數(shù)據(jù)采集的整個過程中，采取一些有效措施，實時地檢驗并預防和糾正誤差和錯誤。 該項質量控制是在建立數(shù)據(jù)精度文件和各項檔案文件的制度下，按規(guī)定的各項質量指標抽取數(shù)據(jù)；利用各種統(tǒng)計圖表工具經(jīng)常而準確地掌握質量動態(tài)，以便發(fā)現(xiàn)問題，采取措施，防止或減少廢次品的再生，使制造過程處于工藝穩(wěn)定狀態(tài)。過程表和進程跟蹤就是典型的預防性質量控制的實時管理方式。過程表是對建立GIS 數(shù)據(jù)文件的過程進行非常詳細的規(guī)定。使用過程表可以確保所有操作員按照相同的程序進行。因為過程的一致性在采集過程中是十分重要的，不同的過程將產生不同的結果。進程跟蹤是實時質量控制中一種典型的預防性質量控制的管理方法，它是利用計算機程序在數(shù)據(jù)采集過程中，通過數(shù)據(jù)之間應當具有的各種關系（幾何關系、數(shù)據(jù)取值范