地理信息空間數據的誤差分析及其質量控制

李楠+趙建軍

摘 要：筆者通過多年來在GIS空間數據質量檢查驗收工作中積累的一些實踐方法、經驗與體會，闡述了地理信息數據的質量問題，提出了地理信息空間數據誤差的來源和形成原因，并對產生的原因進行分析，提出了地理信息空間數據質量評價體系以及方法。通過制定有效的質量控制方法，最終保證地理信息空間數據的質量，為地理信息的廣泛應用和發展提供基礎保障。

關鍵詞：地理信息空間數據 誤差分析 質量控制

中圖分類號：O21 文獻標識碼：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（GIS）應用日益廣泛，用戶對地理空間數據產品質量要求越來越高。空間數據是GIS的核心與操作對象，數據質量在極大程度上決定GIS應用和決策的成效。對于數據質量的優劣，直接影響GIS分析及應用結果的可靠性，如果不考慮數據質量，當用戶發現GIS的結論與實際的地理狀況相差較大時，GIS就會得出錯誤的信息結論，失去應用價值。因此，空間數據質量控制是GIS生存和發展的保障[1]。該文主要根據筆者在數據檢查驗收工作中，獲得的一些經驗與建議，與同行一起交流、探討地理信息空間數據質量評價，誤差來源、質量控制方法等。

1 地理信息空間數據質量基本概念

地理信息空間數據質量的基本概念包括以下幾個方面，在地理信息空間數據的生產環節必須從數據質量的基本方面加強人員培訓和技術管理，從源頭上保障空間數據質量。

（1）數據的準確度。即一個記錄值（測量或觀察值）與它的真實值之間的接近程度。空間數據的準確性經常是根據所指的位置、拓撲或非空間屬性來分類的。它可用誤差來衡量。

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

（3）空間數據的分辨率。指兩個可測量數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的“真實世界”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之間的準確性以后，很明顯對于大多數目的而言，它的數值是不準確的。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據的不完整性[2]。

（7）數據的相容性。是指兩個來源的數據在同一個應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）數據的一致性。是指空間數據在表達相同要素時的相同性，一致性，例如：在總體規劃圖上的行政區劃和土地利用圖上的行政區劃應當一致且相同，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劃不能很好重合，則一致性差。

（9）數據的完整性。指空間數據在屬性描述及范圍上是否表現完整。 隨著地理信息系統的廣泛應用，不同行業對數據的要求呈現多樣化，詳細化趨勢，對地理信息的空間數據的描述也要求越來越高。完整性好的地理信息數據提高了數據的質量和可用度。

2 地理信息空間數據中的誤差

地理信息空間數據的空間性決定了其具有空間坐標和位置精度要求，地理信息空間數據的誤差是直接影響地理信息空間數據質量的重要因素，如何保證數據的位置正確性，形狀正確性，都和誤差控制有關，地理信息空間數據的誤差，按其來源可以分為原始數據誤差和空間數據庫建庫所引入的誤差。其中原始數據誤差是主要誤差，地理信息空間數據的生產過程是從測繪外業作業，內業采集編繪，數字化、矢量化作業的復雜過程，每一環節都會產生誤差，需要嚴格滿足作業規范要求。將原始數據誤差控制在規范要求范圍內，是地理信息空間數據質量的重要保證。空間數據庫建庫所引入的誤差，只要選擇科學、先進的建庫方案，作業流程，以及進行誤差分析，建立誤差控制流程，可以將其控制在合理的范圍內。

（1）原始數據誤差。是指在空間數據庫建設時所需要的基礎地理信息數字化數據，包括矢量化數據、柵格影像數據、遙感影像數據、DEM數據等，這時候的地理信息數據是符合測量規范和標準的數字化測繪數據，其本身具有測繪過程中的固有誤差，滿足測繪產品對誤差的要求標準。它未經任何的地理信息系統的分析處理。原始誤差可分為源誤差、處理誤差和使用誤差3種類型。

（2）空間數據庫建庫所引入的誤差。空間數據庫中的多源數據，經過基礎地理信息數據庫系統管理平臺的各種分析、處理后，可以形成新的數據和最后產品。在這個過程中還會產生新的誤差，這些誤差包括：計算誤差、拓撲疊加分析引起的數據誤差以及GIS中的誤差傳播問題。

（3）誤差分析。地理信息空間數據的數據誤差可以是系統的，或者人為產生的。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 地理信息空間數據質量評價

提高地理信息空間數據的數據質量的前提是建立空間數據生產的質量評價標準體系，包括評價方法、評價過程和地理信息空間數據質量度量模型。

（1）評價方法：空間數據質量評價，應以直接質量評價方法為主，間接質量評價方法為輔，方法如圖1所示。

（2）評價過程：數據質量評價過程如圖2所示。

（3）度量模型：數據質量度量模型如圖3所示。

4 地理信息空間數據質量控制

提高地理信息空間數據的數據質量，最終需要落實到生產作業控制流程中，地理信息空間數據質量控制是個復雜的過程，常用的方法有傳統的手工方法、元數據的方法以及地理相關法。

地理信息系統（GIS）的內容主要是地理信息數據的展示和應用，GIS質量主要是指地理信息空間數據的質量，其檢查內容主要有如下幾類。

（1）地理信息空間數據的檢查，其主要內容包括以下幾種。

①需要導入數據庫的地理信息數據文件是否齊備。

②地理信息空間數據的地理參考系統是否正確，是否滿足整個數據庫入庫的基本要求。

③數據格式檢查：是否為可用的數據格式，是否需要進行數據轉換，數據轉換后的數據質量如何，數據是否有丟失錯漏情況。

④整體檢查、評估數據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行表達。

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

⑦拓撲一致性檢查：拓撲關系、多邊形閉合關系等。

⑧數據接邊檢查：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、各時期各類型數據接邊檢查。

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

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

5 結語

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

參考文獻

[1] 劉騫.淺談空間數據質量管理[J].科技資訊，2013（19）：20-21.

[2] 王慶光.GIS空間數據質量研究[J].水利科技與經濟，2007（5）：337-338.

[3] 李作鑾.淺談GIS空間數據質量控制[J].環球人文地理，2015（6）.