浅谈数字线划图的特性及质量控制

浅谈数字线划图的特性及质量控制
摘要:数字线划图是空间数据库中的一类重要的数据形式,DLG数据的质量对于空间数据库至关重要。

作为4D产品中数据结构最复杂的一种,数字测绘产品比传统产品更复杂,涉及的技术范围更广,进行质量控制的难度更高。

关键词:空间矢量数据质量控制误差精度
1、引言
数字线划图(简称DLG)是空间数据库中的一类重要的数据形式,它主要用于生成地理空间数据库和数字地形图,DLG包含了空间定位信息、属性信息、图形信息以及拓扑关系的空间结构等多种信息。

DLG精度高,表现形式多种多样,与DOM复合可形成数字正射影像地形图,DOM与和DEM复合可形成数字立体地形图或数字地面模型(DTM)。

DLG可满足各种空间分析要求,可进行空间分析和决策,而DLG数据的质量对于空间数据库至关重要。

矢量数据质量可包括5个方面的内容:系统性、位置(几何)精度、属性精度、逻辑相容性及完整性。

由于目前模拟产品仍是数字测绘产品中的一个主要形式,因此,还有图形质量和附件质量,所以数字测绘产品的质量包括7个方面内容。

2、数字线划图的特性
2.1定义
数字线划地图(DLG,DigitalLineGraphic)是现有地形图中基础地理要素(其中更为重要的通用基础信息称之为核心要素)的矢量数据集。

每一要素分别采用点、线、面描述其几何特征,并赋予属性,同时按要素分类分为若干数据层,提供地理信息系统作空间检索、空间分析之用,并可生成数字地形图。

在数字测图中,最为常见的产品就是数字线划图,外业测绘最终成果一般就是DLG。

该产品较全面地描述地表现象,目视效果与同比例尺一致但色彩更为丰富。

本产品满足各种空间分析要求,可随机地进行数据选取和显示,与其他信息叠加,可进行空间分析、决策。

其中部分地形核心要素可作为数字正射影像地形图中的线划地形要素。

DLG冗余度低,结构紧凑,并具有空间实体的拓扑信息,便于深层次分析,输出质量好、精度高。

此数据能满足地理信息系统进行各种空间分析要求,视为带有智能的数据。

数字线划地图(DLG)的技术特征为:地图地理内容、分幅、投影、精度、坐标系统与同比例尺地形图一致。

图形输出为矢量格式,任意缩放均不变形。

数字线划地图(DLG)是一种更为方便的放大、漫游、查询、检查、量测、叠加地图。

其数据量小,便于分层,能快速的生成专题地图,所以也称作矢量专题信息DTI(DigitalThematicInformation)。

2.2分类
按DLG的产品表现形式一般可分为三种类型:
2.2.1数字地形图产品
矢量数据的结构没有拓扑关系和属性信息,着重空间定位、符号的表达,或用注记、颜色和层来表示一定的属性等,按照国标图式要求的符号表示地物,是传统的地形图的模拟产品,这种数据较简单。

常见的数据格式为DXF,主要用AUTOCAD软件生成。

我们在实际工作过程中还总结出相关的一套经验,从而使地形图在使用过程中变得更加便利。

一般情况下我们将地形图中的地物分为居民地“JMD”、水系附属层“SXFS”、植被层“ZB”等。

如需从大量地形图中提取某一类要素时我们便可通过以上分层快速提取。

2.2.2空间数据库产品
矢量数据的结构不但有空间定位,而且有属性信息和拓扑关系等,不但可用于空间查询,如位置查询、属性查询、拓扑查询等,还可用于空间分析,如地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲分析、决策分析等。

国家地理信息数据库常用ARC/INFO软件建库,其矢量数据的格式为E00。

我们在这两年的城市部件普查及城市绿地普查过程中也运用了空间数据库产品,通过属性链接完善了空间数据库产品的内容,使普查后得到的数据库具有准确性和科学性。

2.2.3数字专题图数据库产品
专题图根据用户的不同需求制作的专题地图,由于DLG数据可分层或分类提取,和其他类型的产品可生成专业性较强的专题图。

如城市图主要表示城市平面地图、城市的改造和发展、城市的土地利用状况;交通图突出表达交通信息的特点;区划图突出表达行政区划信息的特点。

2.3DLG相互之间的派生关系见图1。

2.4DLG的基本要求和技术指标
对于每一个空间数据库而言,由于其服务于各自不同的目的,有着各自不同的数据来源,因而也具有各自不同的特点,但有一点是共同的,这就是每一个空间数据库都具有自身统一的地理基础,它主要包括地图投影系统、统一的地理网格坐标系统以及统一的地理编码系统。

所以对DLG产品都要规定基本要求和技术指标。

2.5数字线划图的应用
土地使用规划与控制;
商场、工厂、交通枢纽等地址的选择;
城市建设管理;
农业气候区划;
环境工程、大气污染监测;
道路交通建设与管理。

自然灾害、战争灾害、其他灾害的监测估计
自然资源、人文资源、地貌变迁
民生产业(医疗、公共事业、服务等)。

3、数字线划图的更新
世界万物都是在不断变化的,现势性是地图数据库的生命,在一定周期内需对数据进行更新,DLG更新主要采取要素层更新,如对交通层、境界层、居民地层、地名层等分层要素进行更新。

更新原则和方法为:
3.1一般选用新航片DOM作为背景进行数字化编绘,主要参照立体,少量室内不能
判定的要素集中到野外调绘。

DOM主要用于确定要素的位置。

3.2对要素复杂、密集的地区,则应考虑数字或解析摄影测量的方法。

3.3对单一的要素,如新增公路、铁路、境界线等可选用GPS差分定位测量进行跟踪。

3.4收集参考资料
各种现势资料(如图集、图件等)一定要保持资料来源的权威性,属性正确满足现势要求,现势资料的收集不只限于最新一年的变化情况,而需要各要素的总体分布及变化情况,主要用于确定属性值。

4、数字线划图数据采集和更新过程质量控制的内容和方法
质量检查所采用的方法,是根据数据库的内容和要求、数据采集的方法和作业流程、工作人员的水平、所使用的软件工具等多方面因素确定的。

不同的环境和条件、不同的人员,采用的质量控制的技术方法存在较大的差异。

但依据DLG 产品的特点可归纳为三种:人工实物核对检查、人机交互检查、软件自动检查。

生产过程中这三种方法需要相互配合、综合应用才能发挥优势,单独使用任何一
种方法,都不可能达到预定的质量要求。

检查时根据当时的具体内容,选用相应的方法,最终实现全面质量控制的目标。

软件开发是最能提高效率的一种方法,所以针对采集过程中关键技术环节编制软件是技术人员最重要的一件事情。

生产过程质量控制的内容为:
4.1制定和学习有关技术文件
数据生产前制定、学习和了解有关技术文件是数据质量的根本保证。

如内容详尽的专业技术设计书、作业指导书、图式规范、产品质量标准、数据分类编码表等技术标准。

使每一个作业员了解采集的技术要求和精度要求,做到步步有法可依,条条能够落实。

4.2基础资料的质量控制
基础资料是决定数据质量的关键因素,因此必须选择满足要求的基础资料。

4.2.1航摄底片的质量从摄影平台、分辨率、精度、清晰度、反差以及均匀变形度和压平误差等多种要素进行控制,使其符合规范的要求。

4.2.2基础控制点的质量从仪器接收精度、读数误差、环境误差、处理算法、点位分布、密度、标志、精度限差等多种因素满足规范要求,达到质量控制的目的。

4.2.3工作底图的质量从地图投影、描绘精度、纸张变形、线划质量等诸多要素考虑,选择满足要求的底图。

图廓点和有无非均匀变形是重点检查的内容,检查一般采用量测图廓边长与计算理论值较差的方法。

4.3软硬件配置是否符合要求
能用于内外业数据采集的各种软、硬件的性能和技术指标必须满足数据采集的质量标准和设计书要求。

性能要稳定、可靠、易操作等基本要求。

生产前应检校软硬件的技术指标和性能。

4.4扫描影像的质量
扫描影像是否按要求的格式命名和文件组织存储;扫描影像参数是否按规定执行;扫描影像完整性和影像质量是否达到规定要求。

4.5矢量化的质量
应在屏幕上将矢量数据和栅格影像叠合显示检查,也可辅助绘图进行检查;检查其数字化的要素是否有遗漏;检查是否存在短小毛刺;检查高程赋值有无粗差;检查不应该有的多边形错误合不合理的悬挂结点;检查要素之间是否不合理的粘连或打结。

4.6数据转换及建立拓扑关系质量
检查图廓点的坐标值及点号是否正确;检查坐标转换误差是否符合经度要求;检查各数据层的正确性;检查每一层的拓扑关系是否正确;检查每一属性表是否正确,属性项的名称、定义和顺序是否符合规定要求;检查属性值是否超过值域范围,检查各属性项的值的正确性。

以上内容可利用程序检查和人机交互检查,也可绘图输出进行检查。

4.7接边质量
检查各要素是否与本图内图廓线严格相接;检查相邻图幅要素是否全部几何接边,属性值是否一致;检查接边要素几何上是否自然连接,接边结果线条是否生硬;接边要素的几何形状是否合理如面状是否封闭;目视检查公共图廓边是否完全重合;拓扑关系是否正确;检测跨带接边是否正确。

采用编制软件自动检查、人机交互检查、绘制回放图的方法检查。

4.8位置精度
包括检测数据的数学基础、检查平面精度和高程精度是否满足精度要求。

4.8.1数学基础的检测
将数据库中的图廓点、首、末方里网、经纬网交点、控制点等的坐标按检索条件在屏幕上逐个显示,并与理论值和控制点的已知坐标值核对。

4.8.2平面精度和高程精度
⑴检测点的选择
点状目标选择均匀分布、随机选取的明显地物点;线状目标选择在线状地物直线段及明显拐点处;高程检测点应尽量选择在高程注记点、地形特征点上。

检测点的精度不能低于成图精度。

其数量视地物复杂程度、比例尺等具体情况确定,每一幅图一般各选20～50个点。

分析检测数据,检查各项误差是否符合正态分布。

凡误差大于2倍中误差的检测点应校核检测数据,避免由于检测造成的错误。

⑵检测内容和方法
基于扫描数字化成图的检测,是将点状目标和线状目标由绘图机回放检查(或用计算机在屏幕上套合检查),按图廓点、公里网与数字化原图套合,读出被检测的点状目标和线状目标位移误差,分别统计计算两种目标的位移中误差。

高程精度检测是利用回放图对照数字化原图检查高程点和等高线。

基于航测成图时,采用内业加密桩点法,检测点的平面和高程精度按加密点的
平面和高程精度标准。

基于数字正射影像图时,用计算机在屏幕上套合检查。

平面精度检测点状目标和线状目标位移误差,分别统计、计算两种目标的位置中误差。

高程精度的检测按DEM产品检测和评价中的规定进行。

4.9属性精度
检查各个层的名称是否正确,是否有多余层或漏层;逐层检查各属性表中的属性项定义的类型、长度、顺序等是否正确,有无多余和遗漏的情况;检查各要素的分层、分类代码、属性值是否正确或遗漏。

检测方法编制相关软件自动检查、人机交互检查和绘制回放图和数字化原图对比的方法检查。

4.10逻辑一致性和完备性检测
检查各层是否有重复的要素;检查有向点、有向线的方向是否正确;检查面状要素是否封闭,闭合关系是否正确;检查要素的结点匹配关系是否正确;不同层的公共边是否严格重合;要素是否由遗漏。

4.11附件检查
检查元数据文件内容是否正确、完整,文档资料是否正确、完整。

在计算机上对数据文件中有关元数据的部分进行逐项检测,用浏览方法检查文档资料内容。

5、结束语
空间矢量数据控制是GIS生存和发展的保障,缺少数据质量衡量指标的GIS 和其他产品,将无法得到用户的信任。

GIS数据精度分析和质量控制的研究,对GIS 的数据处理方法,减少GIS设计与开发的盲目性等方面有深远的影响。

在实际生产过程中质量控制的指标(几何精度、属性精度、完整性、逻辑一致性和现势性)在数据生产中是可以得到控制的,但检测的手段还需要在软件自动化方面加强,以减少检查人员的劳动量,提高效率。

参考文献:
1.胡鹏,黄杏元,华一新.地理信息系统教程[M].武汉大学出版社,2002
2.城市测量规范[S].北京:中国建筑出版社,1999。