大比例尺地形圖入庫前質(zhì)量評價方法

李宣銳，花向紅，周慶俊，何玉劍

（1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢 430079；2.武漢大學(xué)災(zāi)害監(jiān)測與防治研究中心，湖北武漢 430079；3.莆田市國土局，福建莆田 351100）

大比例尺地形圖入庫前質(zhì)量評價方法

李宣銳1,2，花向紅1,2，周慶俊3，何玉劍3

（1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢 430079；2.武漢大學(xué)災(zāi)害監(jiān)測與防治研究中心，湖北武漢 430079；3.莆田市國土局，福建莆田 351100）

介紹了大比例尺地形圖入庫前質(zhì)量評價的重要性，給出了模糊數(shù)學(xué)評價法應(yīng)用于大比例尺地形圖入庫前質(zhì)量評價的數(shù)學(xué)模型和方法，并結(jié)合工程實例數(shù)據(jù)來驗證方法的可行性,為大比例尺地形圖入庫提供了質(zhì)量保障的依據(jù)。

大比例尺地形圖；質(zhì)量評價；模糊數(shù)學(xué)評價法

目前，我國很多城市已經(jīng)或正在建立本市的城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，而建立城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的重要數(shù)據(jù)源就是現(xiàn)有大比例尺數(shù)字地形圖。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源才能構(gòu)成高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫，從而為實現(xiàn)對地形圖的專題信息提取、數(shù)據(jù)挖掘等應(yīng)用提供更精準(zhǔn)的服務(wù)。所以在地形圖入庫前，為了了解地形圖的數(shù)據(jù)是否合格，質(zhì)量是否滿足GIS的要求，需要進行質(zhì)量評價。地形圖傳統(tǒng)的質(zhì)量評價法通常是采用缺陷扣分法：以“幅”為單位，將滿分設(shè)為 100分，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷程度進行扣分，再將各缺陷扣分值累加，最后用滿分值減去累加的扣分值，得到的最后分值即為該幅產(chǎn)品的評判值，以此判斷它的質(zhì)量等級。缺陷扣分法雖然操作簡便，易于量化和分等定級，但該方法只能在缺陷和非缺陷之間以及缺陷的程度上進行評定，是一種基于剛性的質(zhì)量觀，其對缺陷的認(rèn)定過于絕對。然而，數(shù)字地形圖質(zhì)量評價中所采用的“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”等質(zhì)量指標(biāo)都是模糊概念，所以運用上述方法會導(dǎo)致評價結(jié)果比較粗糙。為此，本文將模糊數(shù)學(xué)評價法應(yīng)用于數(shù)字地形圖入庫前的質(zhì)量評價中。該方法特點是在于改善了傳統(tǒng)方法剛性評價，充分尊重數(shù)據(jù)的模糊性，提高了質(zhì)量評價的精度，更具有科學(xué)性、嚴(yán)密性和統(tǒng)一性，為數(shù)字地形圖評價提供了一種比較好的數(shù)學(xué)工具。

1 模糊數(shù)學(xué)評價地形圖質(zhì)量方法

利用模糊數(shù)學(xué)評價地形圖質(zhì)量是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理，首先建立因素集和評價集，將模糊概念用模糊集合來描述，再對影響地形圖質(zhì)量的因素一一評定，建立質(zhì)量綜合評定的模糊矩陣，最后確定各影響因素的隸屬度，依“隸屬度最大及聚類分析原則”確定質(zhì)量等級。

建立因素集和評價集是模糊數(shù)學(xué)評價地形圖質(zhì)量首要工作。影響地形圖的質(zhì)量取決于多種因素，這些因素構(gòu)成一個集合，稱為“因素集”，用U代表因素集，即U=[幾何精度,圖形質(zhì)量,屬性精度,邏輯一致性,完整性]。對其中的每個因素做出評價組成的集合，叫做“評價集”，用V代表評價集，選擇4個評價級組成一個評價集，即V=[優(yōu)級品，良級品，合格品，不合格品]。而大比例尺數(shù)字地形圖入庫質(zhì)量取決于下面5個因素：

1）幾何精度：除了少數(shù)需要更改的要素外，整理后的要素應(yīng)與原圖中對應(yīng)的要素在幾何位置上完全一致；相鄰圖幅要素的幾何位置應(yīng)接邊；

2）圖形質(zhì)量：整理后的地形圖數(shù)據(jù)的圖形表示應(yīng)正確并符合新版圖式的規(guī)定；整理后的地形圖中，圖形應(yīng)正確、完整、美觀，無遺漏、無添加、無重復(fù)、無明顯變形；不允許存在不合理的懸掛線、回頭線、偽節(jié)點、冗余節(jié)點、碎線、面積為零的多邊形、空注記等；

3）屬性精度：地形要素的分類編碼應(yīng)正確無誤；地形要素的屬性信息應(yīng)完整、正確；相鄰圖幅同一要素的屬性信息應(yīng)一致；

4）邏輯一致性：面狀區(qū)域應(yīng)閉合，屬性應(yīng)一致；相關(guān)要素處理應(yīng)正確；要素幾何類型應(yīng)正確，具有唯一性；

5）完整性：地形要素應(yīng)與原圖保持一致，無遺漏；地形要素的幾何描述應(yīng)完整；數(shù)據(jù)的分層與組織應(yīng)正確，不得有重復(fù)或遺漏；數(shù)據(jù)說明的內(nèi)容應(yīng)正確、完整；注記應(yīng)完整、正確，字體應(yīng)一致。

考慮到各種因素對地形圖質(zhì)量的影響程度各有不同，所以正確地給因素賦予權(quán)重對質(zhì)量評價有很重要的意義。建立相應(yīng)的權(quán)重集 A=[a1a2…an]，確定權(quán)重可采用層次分析法和特爾菲測定法等方法。本文根據(jù)工程實際情況，采用特爾菲測定法，確定的權(quán)重矩陣為A=[0.2 0.25 0.3 0.1 0.15]。

評價地形圖質(zhì)量這一模糊概念為何等級時，需要確定其隸屬度。根據(jù)各因素數(shù)據(jù)的分布特征，本文采取“降半梯形”分布公式，公式如下:

式中，U為隸屬度函數(shù);x為某影響因素依據(jù)評價集給定的分值。

利用缺陷扣分法對每個影響因素打分，所得的分值構(gòu)成如下形式的模糊判斷矩陣R。

所以，模糊數(shù)學(xué)評判的基本形式為：

式中，A為權(quán)重矩陣；R為隸屬度矩陣；B為評判結(jié)果向量，表示被批評事物等級程度，與評判集V對應(yīng)，B向量中數(shù)值最大的隸屬于評判集V中等級程度。

2 工程應(yīng)用分析

筆者將以上模糊數(shù)學(xué)評價方法運用于某市的大比例尺數(shù)字地形圖入庫前質(zhì)量評價。該批大比例尺地形圖共有 286幅，參與大比例尺地形圖入庫前整理工作的人員共8名，費時2個月，在入庫前對地形圖進行質(zhì)量評價，結(jié)果優(yōu)級品占大多數(shù)，共有 191幅，良級品89幅，合格品2幅，不合格品4幅。針對不合格品，根據(jù)實際缺陷情況選擇返工或者重新獲取地形數(shù)據(jù)。

限于篇幅，這里只給出了一幅地形圖模糊質(zhì)量評級情況。表1列出了一幅地形圖質(zhì)量特性計分情況；將得分帶入隸屬度函數(shù)得模糊判斷矩陣R如下：

根據(jù)最大隸屬度原則，該幅地形圖質(zhì)量評價為良級品。

表1 質(zhì)量特性計分表

3結(jié)語

盡管模糊評價法和傳統(tǒng)的缺陷扣分法有相似的操作步驟，但由于其最后的評定結(jié)果的算法完全不同，所以意義也不同。模糊評價法采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)算法經(jīng)過了嚴(yán)格的邏輯推理，利用各評價因子對不同質(zhì)量等級的隸屬度來反映其質(zhì)量信息，考慮到了其模糊屬性，利用的信息更充分，得出的結(jié)果也就更為客觀和公正。但其也有需要改進的地方：對于影響地形圖質(zhì)量的各質(zhì)量特性的權(quán)重如何確定，仍然需要尋找一種更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ā?/p>

[1] 張君華.大比例尺數(shù)字地形圖質(zhì)量自動檢查評價系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2008

[2] 謝春蓮.淺談數(shù)字地形圖質(zhì)量評價量化方法[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009(8):39-40

[3] 周大慶.城市大比例尺數(shù)字測圖質(zhì)量控制與方法研究[J].地理空間信息，2008，6（3）:81-83

[4] 余章蓉.數(shù)字地形圖質(zhì)量檢查系統(tǒng)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2008

[5] GB/T 17941-2008數(shù)字測繪成果質(zhì)量要求[S]

Quality Evaluation Methods of Large Scale Digital Map Before Import in to Database

by LIXuanrui

Firstly,the importance of quality evaluation of large scale digital map before import into database were introduced.Then the mathematical model and the steps of fuzzy mathematics judgement applied in quality evaluation were given.Lastly,an engineering example was given to verify the feasibility of the method,this method can ensure the quality of large scale digital map before import into database.

large scale digital map,quality evaluation,fuzzy mathematics judgement（Page:73）

P208

B

1672-4623(2011)02-0073-02

2010-09-14

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（40901214）；精密工程與工業(yè)測量國家測繪局重點實驗室開放基金資助項目（PF2009-2）。

book=4,ebook=330

李宣銳，碩士，研究方向為地理信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用。