基于維思2.0的時空DLG數據質量檢查方法

張敏，鄭鳳嬌，石淼，李盼盼，魏致富，周旭

(1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022； 2.中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007)

1 引 言

大比例尺數字地形圖產品在國民經濟建設、城市規劃、國土管理、地理信息系統建設等方面發揮著重要作用，其生產過程及數據質量的好壞直接影響到數字地形圖產品在各個領域的應用。為了獲取準確性高的數字地形信息，強化數字地形圖的生產過程管理，加強對數據的檢查校對，全面、客觀地評價數字地形圖質量就成了數字地形圖生產過程中一個至關重要的環節[1，2]。

本文以1∶2 000時空DLG數據為例，介紹了集歷史庫與現勢庫于一體的時空數字地形圖的質量檢查內容與方法以及它與傳統的DLG數據質量檢查的不同之處。

2 維思2.0平臺及1∶2 000時空DLG數據概況

2.1 維思2.0平臺概況

“維思2.0”是武漢市測繪研究院在AutoCAD Map 3D軟件下進行二次開發的時空地理信息智能處理和檢查平臺，它將計算機輔助設計(CAD)和地理信息系統(GIS)結合在一起，可以維護地理要素的各種空間和屬性信息，集數據采集、編輯、屬性錄入、入庫、質檢、出圖等多功能于一體。該平臺實現了不同時期的時空地理信息實時空間位置定格，實現了時空地理信息采集與數據錄入同步以及非時空地理信息數據模型的歷史數據錄入同步，成功地解決了在標準化圖形數據生產的同時實現數據庫建設的時空地理信息一體化生產問題，實現了數據編輯和數據檢查的互關聯。

2.2 1∶2 000時空DLG數據概況

隨著武漢市城市建設的快速發展、各領域對地理信息數據需求的變化以及智慧城市的建設，建立時空信息數據庫成為城市時空信息云平臺建設的核心和首要任務。為此，武漢市測繪研究院在十二五期間組織開展了武漢市系列比例尺數字地形圖時空數據庫建庫及更新工作。經過研究和實踐，解決了圖形模式和數據庫模式互逆表達的時空DLG數據一體化生產問題，實現了“先庫后圖、圖庫聯動、聯動更新”的技術轉型。

根據“圖庫一體，圖庫聯動”模式生產的 1∶2 000時空DLG，本質上是生產一套兼具空間特征、屬性特征、時間特征的時空數據庫，再通過符號化輸出直接得到對應的制圖數據文件，即只需要生產一套數據庫DLG，就可以得到一套數據庫成果和一套制圖文件成果。

此DLG數據與以往的數字地形圖最大的不同在于，它實現了屬性與時空數據的一體化管理，并同時存儲歷史庫和現勢庫要素；圖形文件和庫文件本質上是一套數據，只需生產庫數據，就可通過符號化得到圖形數據，大大節約了因“圖庫分離”造成的分開生產兩套數據的產生的時間和人力成本，提高了生產和更新效率，縮短了更新周期。

3 1∶2 000時空DLG數據檢查內容與方法

為保障所生產的1∶2 000時空DLG數據成果的質量，武漢市測繪研究院結合實際，建立了健全的項目生產質量管理體系，制定項目現場負責人、各工序分項負責人、技術負責人和專職檢查員。嚴格執行“二級檢查一級驗收”制度，自檢互檢要求100%的內外業檢查，專職檢查外業應達到30%、內業達100%；院級檢審要求對最終成果外業檢查10%、內業檢審30%，經全部檢審合格的成果方可上交。

數字地形圖的質量檢查內容主要包括數學精度、地理精度、屬性精度、數據及結構正確性、相互關系、接邊等幾個方面[3，4]。從檢查工序來看，分為內業檢查和外業檢查。內業檢查主要是檢查要素屬性是否完整，邏輯是否一致；檢查地形圖的數據內容有無缺失；檢查數據的分層、顏色、線型、數據格式等是否正確，查看符號、注記、圖面配置等整飾質量是否合理。外業檢查主要是檢查數據成果的地理精度，主要通過野外巡查的方式對圖上所繪地物、注記等內容，逐一進行檢查核對，找出被檢查圖紙上地物的差、錯、漏以及其坐標的精度和各高程點的精度[5]。

對于各種大比例尺數字地形圖來說，外業檢查的方法和要點基本相同；但是針對不同格式、不同特點的DLG數據，內業檢查的內容、方法以及側重點就會有所差異。本文根據 1∶2 000時空DLG數據的實際情況，重點介紹時空DLG庫數據內業質量檢查的內容和方法。主要采取了人機交互檢查、程序自動檢查及人工對照檢查等方式進行了質量檢查，檢查流程及內容如圖1所示：

圖1 數據質量檢查流程圖

3.1 庫數據程序檢查

維思2.0平臺中自帶數據檢查功能，如圖2所示，可以對庫數據的投影參數、坐標范圍、數據結構一致性、邏輯一致性、要素編碼必填、必填字段、字典型屬性正確性、有向點方向值、無向點方向值、重復數字化、幾何錯誤、等高線相交等項進行批量或單獨檢查。

圖2 思2.0時空地理信息數據檢查平臺

通過“批量圖庫檢查”，可以對多幅庫數據(或圖庫一體數據)進行質量檢查。檢查完成后，程序會自動生成一個記錄各圖中上述對應檢查錯誤數目的Excel表格，表格中會對存在錯誤的項自動標紅，這樣便可直觀地查看整批數據的質量情況。

通過“圖庫檢查”，可以針對存在數據錯誤的圖幅單獨進行檢查，檢查結果不僅有詳細的錯誤說明，還可定位到對應的要素，加粗顯示，以便及時修改。

需要特殊說明的是時間邏輯性檢查。時空數據相較于其他空間數據而言的一個顯著特點是數據帶有時間屬性，那么對于時空數據而言，時間屬性的邏輯性檢查是必不可少的。維思2.0平臺中自帶的檢查功能中，有一項是專門進行時間邏輯性檢查。如果被移除的要素、新增加的要素以及原始數據中的要素之間存在時間邏輯錯誤，程序會自動進行標記，且可定位到具體要素以便及時修改。

3.2 歷史庫完整性檢查

更新后的1∶2 000 DLG時空庫數據集歷史庫和現勢庫于一體。更新過程中，新增的要素嵌入到庫數據中時會根據測取時間字段進行標識，實地已改變或不存在的要素不能直接物理刪除，而是需要執行移除操作，通過設置特定的時間標識將其移入歷史庫中。更新完成后，必須保證歷史庫中要素與之前提供的原始庫保持一致。在維思2.0平臺中，通過“時間回溯”操作，可以使當前窗口只顯示出更新前的數據，再將原始庫數據插入到當前數據中，進行比對，即可發現歷史庫是否存在要素丟失或者增多，歷史庫完整性檢查如圖3所示。

圖3歷史庫完整性檢查

3.3 數據完整性、合理性檢查

首先檢查時空庫數據中各要素的編碼、屬性、圖層、拓撲關系等是否符合規定。由于庫數據通過輸出可直接得到制圖數據，因此庫數據的完整性、合理性直接決定了制圖數據的整飾質量。將只有點、線、面要素的庫數據進行圖庫轉換，得到圖庫一體的數據，檢查數據的圖面完整性、合理性。比如圖面注記是否重復，注記的字大、字色是否符合要求，線劃的顏色、寬度等是否符合規定，相關要素表示是否匹配(如不依比例尺的噴水池符合與依比例尺的噴水池范圍線配套表示)，是否存在要素丟漏或缺失(如部分道路缺中心線，部分道路缺邊線，有的地物缺地類界等)，要素之間的相互關系是否正確(如有的地方要素相互壓蓋、重疊)等等。

3.4 邏輯一致性檢查

主要包括屬性一致性、分層一致性、拓撲關系正確性、多邊形閉合等。屬性精度主要檢查各要素屬性代碼、名稱及屬性值的正確性，注記的正確性，數據分層的正確性。比如兩個一般房屋，其要素編碼、名稱以及分層都必須保持一致，且必須閉合構面表示。

3.5 圖庫一致性檢查

對于提交的庫數據和制圖數據，需檢查二者的一致性。由于數據生產過程中，會對提交的庫數據進行反復多次檢查，然后返改。部分作業員由于操作原因，并沒有重新利用最終的庫數據來輸出制圖數據，而是直接上交前期的制圖文件或直接在原制圖文件上進行修改，這樣就會造成圖庫不一致的問題。因此，需要將庫數據符號化，并對照制圖數據進行檢查，查看二者是否一致。另外，有的庫數據中的要素會因為操作不當被錯誤移除或誤刪除，通過圖庫轉換符號化，對比前期編輯完成的制圖數據，可以檢查是否有要素錯誤移除或要素漏繪的情況。

3.6 接邊檢查

維思2.0時空地理信息智能處理平臺自帶有接邊檢查模塊，如圖4所示，可對線狀和面狀要素進行接邊檢查，并能自動批處理一些簡單的接邊錯誤。首先，把待接邊的數據拼在一起，執行“規范接邊處理”，程序會自動把相互接邊的要素的“接邊GUID”字段值賦為相同內容，以便后期進行專題提取融合、縮編融合等。接下來，進行“規范接邊檢查”，目的是對待接邊要素的幾何拓撲和屬性進行檢查。執行完該操作后，會彈出檢查結果對話框，提示用戶待接邊要素的數據情況，如未嚴格相接，可人工編輯使其嚴格相接。最后，點擊“規范接邊編輯”，可對個別待接邊要素的“接邊GUID”尚未一致的要素進行處理。所有接邊問題都處理完后，可以進行“標準圖幅拆分”，將各圖自動拆分成獨立圖幅。

圖4 接邊檢查與處理模塊

此外，還針對該數據單獨開發了功能更加全面的專門接邊檢查程序，可大批量檢查數據的接邊問題，并進行錯誤標記。

3.7 檢查結果分析

從不同區域、不同復雜程度、不同地貌類型的 1∶2 000地形圖中挑選出12幅數據作為樣本來對檢查結果進行試驗及分析。

(1)結果表明，維思2.0平臺的質量檢查效率較高，且程序完成檢查所需的時間與圖幅的復雜程度成正比，圖中要素數量越多，所需檢查時間越長。需要指出的是，雖然檢查時間與要素數量成正比，但總體來說效率較高，只執行圖庫檢查一幅圖的時間最短只需 3 s，最長時間也只要 20 s。

(2)上面提到的各項檢查中，除了歷史庫完整性、圖庫一致性這幾項需要人機互動來進行檢查以外，其余都是平臺自動檢查的。對于圖庫檢查、邏輯一致性檢查、數據完整性合理性等檢查，平臺內部定義好各種規則算子，程序只需執行對應的檢查項就可得到檢查結果，且檢查的準確率高達99%以上。對于接邊檢查，檢查結果跟設定的接邊閾值有關，如果閾值設定過大，則檢查結果中會包含一些非錯誤的結果；如果閾值設定過小，則檢查精度較高，但也可能會遺漏一些接邊錯誤。正常情況下，使用程序默認的閾值，檢查結果精度即可滿足需要。

4 與傳統DLG質檢的不同之處

通過分析對比可以發現，針對在維思2.0平臺進行更新得到的圖庫一體時空數據的質量檢查方法與內容，與常規的數字地形圖有較大不同。主要體現在如下幾個方面：

(1)歷史庫檢查

常規的數字地形圖不存在時間、歷史庫概念，但對于具有歷史庫的時空庫數據，除了要檢查現勢庫中的要素以外，還要檢查歷史庫的要素。不僅要對歷史庫要素進行屬性、拓撲等檢查，還需要檢查更新后的數據中的歷史庫要素是否與更新前提供的歷史庫一致。因為更新前后，變化的只是新增或修改的要素，對于實地已經不存在的要素，是不會直接進行物理刪除的，而是通過設置時間標識移除到歷史庫中。通過時間回溯操作，可還原顯示更新前的歷史庫要素。

(2)時間邏輯性檢查

由于時空數據庫比常規數字地形圖數據多了時間屬性，所以在進行質量檢查的時候，必須對各要素的時間邏輯性進行檢查。如果各要素的時間屬性相互矛盾或存在不合理的情況，那么無法正確體現歷史庫、現勢庫的區別，數據的準確性和時效性也無法保證。

(3)圖庫一致性檢查

常規的數字地形圖一般都是圖庫分離的狀態，圖文件和庫文件是獨立存在的。而圖庫一體時空數據庫，只需要生產一套數據庫文件，就可以通過輸出操作得到制圖文件，即一套數據兩套成果。因此，原則上來說，最終的制圖文件和庫文件應該是保持一致的。但由于操作不當或其他原因，可能存在圖庫不一致的情況。所以，必須對最終提交的兩套成果進行圖庫一致性檢查。如果二者不一致，則需要進行數據處理，重新輸出制圖文件，保持圖庫一致性。

5 結 論

數字地形圖的應用范圍和領域越來越廣，數字地形圖的質量對城市的發展發揮著越來越重要的作用。數據質量檢查是進行數據成果質量控制的關鍵步驟，在數字地形圖生產、更新過程中必不可少。對于新的時空數據、圖庫一體數據，其質量檢查過程有著更高的要求。為了保證數據成果的質量，必須建立完善的質量監控體系，形成科學、合理的質量檢查方法與流程，嚴格把控質量檢查的各個環節，確保數據成果的質量，提高數據成果的應用范圍和使用效率。