數(shù)字線劃圖自動(dòng)質(zhì)量檢查的方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方睿紅，謝三五

（1.自然資源部第一地理信息制圖院，陜西 西安 710054）

數(shù)字線劃圖是現(xiàn)有地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，保存各要素空間關(guān)系和屬性[1]。基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品中，數(shù)字線劃圖（DLG）是應(yīng)用最廣泛、作用最突出的一項(xiàng)。在生產(chǎn)中，涉及多個(gè)工序，且技術(shù)指標(biāo)復(fù)雜，大量的編輯處理及建庫(kù)工作需要人工完成[2]，因此也更容易在生產(chǎn)過(guò)程中留下質(zhì)量缺陷和錯(cuò)誤。當(dāng)今海量的地理信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的特征，在計(jì)算機(jī)軟件越來(lái)越人工智能化的進(jìn)程中，如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)盡可能最大化地解決DLG這類(lèi)空間矢量數(shù)據(jù)的自動(dòng)質(zhì)量檢驗(yàn)問(wèn)題，是測(cè)繪和地理信息領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。現(xiàn)常用的矢量數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查類(lèi)的軟件，基本均能實(shí)現(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系、數(shù)據(jù)層屬性等質(zhì)量項(xiàng)的檢查，但是很少深入到更為詳細(xì)的研究。并且很多質(zhì)檢類(lèi)軟件均是以圖幅或者個(gè)體作為單位進(jìn)行單個(gè)樣本的檢查，如基于ArcEngine的DLG數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)[3]等，無(wú)法在海量圖幅的標(biāo)準(zhǔn)DLG生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)批量化的質(zhì)量 檢查。

根據(jù)生產(chǎn)中的這些實(shí)際需要，依托陜西省1∶10 000基礎(chǔ)地理信息更新DLG生產(chǎn)和其他一些省級(jí)DLG生產(chǎn)與更新項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了從基礎(chǔ)拓?fù)錂z查到根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)要求細(xì)化的質(zhì)量子元素檢查，這樣一套完整的質(zhì)檢方案，同時(shí)也滿(mǎn)足批量化的檢查要求。并根據(jù)設(shè)計(jì)方案開(kāi)發(fā)質(zhì)量檢查程序，實(shí)現(xiàn)DLG數(shù)據(jù)的自動(dòng)化質(zhì)檢，應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢查

DLG成果數(shù)據(jù)庫(kù)均根據(jù)項(xiàng)目的要求有統(tǒng)一的分層和屬性設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的正確與否是首要的質(zhì)檢重點(diǎn)。檢查的內(nèi)容包括幾何類(lèi)型、完整性、字段屬性、字段名稱(chēng)和順序。

由于各個(gè)項(xiàng)目對(duì)于具體內(nèi)容的要求會(huì)存在差異，為方便程序質(zhì)檢，設(shè)計(jì)了可更改的配置文件來(lái)進(jìn)行靈活的設(shè)置，包括圖層列表、各圖層字段順序表、屬性項(xiàng)定義表。以屬性項(xiàng)定義表為例，其具體可配置內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 屬性項(xiàng)定義表

1.2 通用性檢查

DLG各層的數(shù)據(jù)內(nèi)容存在一些共有的特點(diǎn)：比如都具有嚴(yán)格的拓?fù)湟?guī)則，某些屬性具有一樣的填寫(xiě)約束。同時(shí)，即使各個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，但在例如國(guó)標(biāo)值的合理性、等高值高程點(diǎn)的咬合等方面，具有一樣的技術(shù)要求。因此，在檢查中，將此類(lèi)通用性質(zhì)的質(zhì)量子元素進(jìn)行整合封裝，可應(yīng)用于多個(gè)具體生產(chǎn)項(xiàng)目實(shí)例。

1.3 可定制化分層檢查

DLG數(shù)據(jù)的分層按照地理信息類(lèi)別有完整的分類(lèi)，在目視檢查中，檢查人員均習(xí)慣于按照類(lèi)別進(jìn)行。為了更直觀地體現(xiàn)檢查內(nèi)容，將計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢查的子元素進(jìn)行歸類(lèi)，部分子元素歸類(lèi)見(jiàn)表2。

表2 部分子元素歸類(lèi)表

分層數(shù)據(jù)自動(dòng)化檢查時(shí)，為了解決各個(gè)不同生產(chǎn)項(xiàng)目之間的標(biāo)準(zhǔn)差異，設(shè)計(jì)按項(xiàng)目進(jìn)行了區(qū)分，程序可根據(jù)具體項(xiàng)目進(jìn)行添加，同時(shí)把各個(gè)子元素設(shè)計(jì)為自定義選擇，可根據(jù)具體需要進(jìn)行取舍。

2 功能開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

ArcEngine是美國(guó)ESRI公司發(fā)布的一款 GIS二次開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，它是目前GIS業(yè)界最為著名的組件式 GIS 開(kāi)發(fā)產(chǎn)品[4]。ArcEngine開(kāi)發(fā)組件提供了嵌入式的GIS組件庫(kù)與工具庫(kù)來(lái)讓用戶(hù)在開(kāi)發(fā)中獲得強(qiáng)大的地理信息數(shù)據(jù)處理功能，設(shè)計(jì)的DLG質(zhì)檢方案可以使用該組件來(lái)進(jìn)行軟件上的實(shí)現(xiàn)[5-6]。

2.1 細(xì)化的質(zhì)量子元素檢查實(shí)現(xiàn)

除了實(shí)現(xiàn)基本的要素拓?fù)潢P(guān)系、通用性的屬性?xún)?nèi)容等質(zhì)量項(xiàng)的檢查外，軟件需要設(shè)計(jì)好針對(duì)比如流向與水系方向的正確性、植被層地類(lèi)界的合理性、特殊地物咬合等更加細(xì)化的質(zhì)量子元素的自動(dòng)檢查技術(shù)方案。軟件編寫(xiě)中需要設(shè)計(jì)針對(duì)性的算法，由于面向海量數(shù)據(jù)，不僅效率要高、且誤報(bào)情況要少。

2.2 可配置的質(zhì)檢約束選擇

在生產(chǎn)中，各個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)檢規(guī)則并不是一成不變的，可能因數(shù)據(jù)類(lèi)型的增加而增加，也可能因數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)要求的調(diào)整而調(diào)整[7]。出于可維護(hù)性的考慮，應(yīng)設(shè)計(jì)完整的配準(zhǔn)文件體系，對(duì)一些變化性規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，提高軟件的可維護(hù)和可擴(kuò)展性，同時(shí)，針對(duì)各個(gè)質(zhì)量子元素也給出圖形界面，使用戶(hù)可自行進(jìn)行組合選擇，針對(duì)性地進(jìn)行全面檢查或重點(diǎn)項(xiàng)檢查。

3 具體程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 自動(dòng)化檢查流程

3.1.1 配 置

開(kāi)始檢查前，通過(guò)配置文件進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)內(nèi)容兩方面的一些自定義條件設(shè)置。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括圖層、屬性項(xiàng)、字段順序等。數(shù)據(jù)內(nèi)容包含諸如坐標(biāo)精度、拓?fù)淙莶睢⒁仃P(guān)系容差等要求。配置完成以規(guī)范化檢查條件，設(shè)置界面見(jiàn)圖1。為了方便用戶(hù)的選擇，對(duì)于各個(gè)質(zhì)量子元素也給出圖形界面可進(jìn)行自定義選擇，圖形界面見(jiàn)圖2。

圖1 檢查條件配置界面

圖2 質(zhì)量子元素選擇界面

3.1.2 批量檢查

制定好DLG數(shù)據(jù)的上層路徑后，即可進(jìn)行一鍵批量檢查，輸出結(jié)果為點(diǎn)、線、面3個(gè)shape記錄文件，用以記錄錯(cuò)誤的空間位置和具體的錯(cuò)誤說(shuō)明。檢查界面設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)約易操作，界面部分截圖見(jiàn)圖3。

圖3 檢查操作界面

3.2 部分算法的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 流向方向檢查

流向是DLG數(shù)據(jù)中數(shù)量比較多的地理要素之一。而以往的質(zhì)檢中大多是依靠符號(hào)化處理后進(jìn)行目視解譯。本軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)檢查方法，針對(duì)每個(gè)流向要素首先計(jì)算出方向值，然后設(shè)計(jì)緩沖方法和距離，在位置對(duì)應(yīng)的水系上取兩個(gè)距離靠近的點(diǎn)計(jì)算方向值。兩個(gè)方向值的較差在限差范圍外即視為流向方向錯(cuò)誤。部分關(guān)鍵代碼如下：

3.2.2 地類(lèi)界檢查

第一步：篩選出需要地類(lèi)界的植被面要素；第二步：建立拓?fù)涔ぷ鲾?shù)據(jù)集，將植被面要素、地類(lèi)界要素、替代地類(lèi)界的各線狀要素導(dǎo)入；第三步：進(jìn)行拓?fù)錂z查，計(jì)算出除開(kāi)地類(lèi)界要素以及能替代地類(lèi)界的各要素外，未組成植被面要素的邊線，即為缺失的地類(lèi)界。第四步：計(jì)算地類(lèi)界和能替代地類(lèi)界的各要素的重疊部分，即為多余的地類(lèi)界。

4 結(jié) 語(yǔ)

除了通用性的常規(guī)拓?fù)洹傩詸z查外，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了根據(jù)具體的項(xiàng)目數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)化的特殊質(zhì)量子元素的自動(dòng)化檢查，并針對(duì)目前生產(chǎn)中質(zhì)量檢查的情況，解決了造成的耗費(fèi)人力、操作重復(fù)的問(wèn)題。目前設(shè)計(jì)完成的質(zhì)檢軟件已廣泛應(yīng)用于多個(gè)省級(jí) 1∶10 000 DLG生產(chǎn)與更新項(xiàng)目中，可以很好地提高作業(yè)和質(zhì)檢效率。

軟件使用簡(jiǎn)易快捷，通過(guò)開(kāi)放的可配置文件形式，給使用者提供了方便的定制途徑，具有良好的需求普遍性和通用性。