（地图学与地理信息系统专业论文）基于规则的dlg数据质量检查方法研究.pdf

摘要 近些年来。随着我国城市数字化工程的不断实施及推进步伐的逐渐加快，数字线划图 d l o ) 数字产品作为最基础的、最重要的信息载体，其生产规模在急尉扩大d l g 是支 撑地理信息系统的主要数据，其数据质量好坏直接关系到信息系统运营效果当前的数据质 量检查方法存在诸多弊端存在检杏结果不规范、错漏多、检查效率低下等。因此研究如 何高效、准确地进行计算机自动化质量检查成为城市数字化建设工程中一个十分重要的研究 方面。 本文在分析空闻数据质量规范、细蹦和标准韵基础上，根据数据模型特点，从理论到实 践，全面、系统的研究和探讨了数据质量检查方法。研究的主要内容包括： ( 1 ) 对空间数据的拓扑规则进行研究。建立丰富的质检规则库，根据不同行业数据检 查的需要，在规则库列表中灵活的编辑规则，实现用户自定义规则检查，从而满足特定行业 特定数据的检查需求。 ( 2 ) 按照d l g 国家标准和地区规蓖，研究和建立空间数据的属性数据检查标准规卿 模板，运用模板匹配的方法进行d l g 数据属性检查。 ( 3 ) 研究如何将a u t o c a d 二次开发和a r d ! n g i n e 开发相结合。针对处理不同格式数据 的优势进行选择性的检查，使需要检查的空间数据既能得到全面的检查又能重点的检查核 心要素。 ( 4 ) 结合我国部分城市矢量数据的标准和规范。探索归纳出具体的检查方法和检查内 容。此检查过程既包括c a d 数据质量检查，又包括g i s 数据质量检查。 ( 5 ) 以。南京市1 ：1 0 0 0 基础地理数据建库监理”项目为例，结合南京市编制研究中 心工作的实际，在检查系统的结构设计、模扳设计、可定制规则设计等方面做了较详细的论 述和探讨，提出切实可行的检查方案、检查方法以及结果的初步处理方法等。 关键词：数据质量，拓扑规则，质量检查，c a d 数据，g i s 数据 a b s t r a c t i nr e c e n ! y e a r s ，w i t ht h ei m p l i m e n t a t i o no fc h i n a sd i g i t a lc i t yp r o j 鳅a n di t sf a s ts t e p s d i g i t a ll i n eg r a p h i c ( d l g ) w h i c hi st h em o s tf u n d a m e n t a la n di m p o r t a n ti n f o r m a t i o nc a r r i e r , 强l a 礓酣i t sp r o d u c 畦o ns c a l er a p p e d l y a st h em a i nd a mr e s o l t r o f g i s & q u a l i t yo f t h ed a m t h a ta f f e c t st h er e s u l to ft h eo p e r a t i o nb yg i s t h ec u r r e f l ! m e t h o do fd a t a - c h e c k i n gw h i c hh a s m a n ys h o r t c o m i n g ss u c ha sn o n s t a n d a r dc h e c k , l o wi n e f f i c i e n t , e r r o r sa n ds oo i lt h e r e f o r e , r e s e a r c ho i lh o wt oc h e c kt h ed l gd a t aq u a l i t ya u t o m a t i c a l l yw i t hh i g he f f i c i e n c ya n d 伽时 c o m et ob e c o m eo n eo f t h om o s ti m p o r t a n tp a r t so f d i g i t a lc i t yp r o j e c t t h e p a p e r ：m s e d o r l t h e a n a l y s i s o f s p a t i a l d a t a q u a l i t y s t a n d a r d s t a l e s , a n d 蛙培c h 锄_ a c e f i s d 邻 o f t h od a t am o d e l , b a s e do i lt h e o r ya n dp r a c t i c e , c o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m a t i cd i s c u s st h ed a t a q n a l i t yc h e c km e t h o d m a i ng o i r g n l sa sf o l l o w s ：， ( 1 ) r e s e a r c h0 1 1 1t h et o p o l o d r u l e so f s p a t i a ld a t aa n de s t a b l i s ht h er i c hr u l e s a c c o r d i n gt o s p a t i a ld a t aq u a l i t yi n s p e c t i o nr e q u i r e m e n t si nt h e d i f f e r e n tt r a d e s , e d i tr u l e sf l e x i b l ei nr u l e s d a t a b a s e y o u 锄a c t u a l i z eu s e r - d e f i n e dr u l e so fi n s p e c t i o n , a n ds u f f i c et h es p e c i f i cc h e c k m e t h o di ns p e c i f i ci n d u s t r y ( 2 ) a c c o r d i n gt od l g sn a t i o n a ls t a n d a r d sa n dl o c a ln o r m s ，r e s e a r c ha n de s t a b l i s hs t a n d a r d r u l e st e m p l a t ew h i c hi ti sf o rc h e c k i n gs p a t i a ld a t a sa t u i b u l e s ，u s i n gt h em e t h o dw h i c hm a t c h e s t h es t a n d a r dt e m p l a t et oi n s p e c tt h ed l gd a t a sa t t r i b u t e s ( 3 ) s t u d yh o wt oe n i f ya u t o c a dd e v e l o p m e n ta n da r e e i l g i n ed e v e l o p m e n t c a r r i e so nt h e s c i 自删m e t h o dt oi n s p mt h ed i f f e r e n tf o r m a t so f d a t as ot h 缸t h en e e dt oc h e c ks p a a ld a t a 铷 b ec o m p r e h e n s i v ei n s p e c t e d , a n da l s oc a nf o c u s0 1 1t h ec o r ee l e m e n t so f t h ei l l 卵刚t a r g e t s ( 4 ) r # 衙t oe x i s t i n gs t a n d a r d sa n dt oc o n s i d e rs o m eo f t h ep r e s e n ts t a n d a r d i z a t i o no f u r b a n s p m i a ld a t a , e x p l o r es p e c i f i cc h e c ks p a t i a ld a t am e t h o d sa n di n s p e c t i o nw h a tt h i sp r o c e s s i n c l u d e sc a dd a t aq u a l i t yi n s p e c t i o na n dg i sd a t aq u a l i t yc h e c k s ( 5 ) t ot h e m o n i t o rf o rn a n j i n gl ：1 0 0 0f u n d a m e n t a lg e o g r a p h i cd a t ad a t a b a s ec o m u - u c t i o n p r o j e c t 勰a l le x a m p l e f r o mt h ea c t u a li n t e g r a t i o nw o r ki nt h en a n j i n gu r b a np l a n n i n gr e s e a r c h c e d a r , 艘- a r c ho i ld c 仞j l e da n dd i s e u s s e si ns y s t e m s 嗣n 托钮鹕d e s i g n , 慨p l a t ed e s i g n , c u s t o m i z a b l er u l e sd e s i g n a n dt h ea u t h o ro f f e r ss o m ep r a c t i c a lc h e c km e t h o d sa n dp r e l i m i n a r y m e t h o d st od e a lw i t l lt h ee r 幅 k e yw o r 血：d a t aq u a l i t y ，t o p o l o g i cr u l e s ，q u a l i t yi m p e c t i o n ，c a dd a t a ，g i sd a t a i i 图1 - t 地理实体数据检查内容 图l - 2 说明信息检查内容 图1 3 论文技术路线 图表目录 5 6 7 1 5 1 5 1 8 图3 - 1 空间对象的层次结构 图3 - 2 空问信息的组成 图3 - 3 点、线、面之问空间关系 图3 - 4 拓扑关系 图4 - 1 模板规则匹配法 图4 2d l g 数据检查内容 图4 - 3 属性检查流程图 图4 - 4 拓扑检查流程图 1 9 。2 l 2 4 图5 - 1 南京基础地理数据检查内容 图5 _ 2 属性检查内容一 图5 3 代码检查内容 图5 - 4 系统总体设计图 图5 - 5 系统模板表 2 6 ” 2 9 2 9 3 0 3 2 3 2 图5 - 6 模板检查内容3 3 图5 - 7c a d 数据检查规则库表3 3 图5 - 8c a d 数据检查规则关系3 4 图5 - 9 自定义规则对应表结构 图5 一l o 属性数据检查界面 图5 1 1 高程点检查界面 图5 - 1 2 高程点错误 图5 - 1 3 规则库操作 图5 - 1 4 规则列表 3 4 3 6 3 7 3 7 3 7 3 8 3 8 3 9 图5 一1 5 拓扑检查设置界面 图5 - 1 6 检查结果 图5 - 1 7c d 数据检查结果 图5 - 1 8g i s 数据检查内容 图5 1 9 属性检查界面， 图5 - 2 0 拓扑检查界面。 图5 - 2 1g i s 数据检查结果 表2 - 1 数据的质量元素 表3 - 1a r o g i s 支持的点、线、面拓扑规则 4 0 4 l 4 2 表4 - 1 规则库表结构 表4 2 规则表结构 表4 - 3 某市地形图要素属性项定义 表4 - 4 扩展属性结构表一 表4 - 5 空扩展属性结构 l l 1 9 2 2 2 2 2 4 2 5 2 5 学位论文独创性声明 本人郑重声明。 1 、坚持以。求实、创新”的科学精神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除弓i 文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 作者签名担鑫霆 日期：丝丑 ! 冱 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着计算机技术的飞速发展，地理信息系统( g i s ) 应用范围已涉及到与国家经济建设 的各个领域，它对社会经济活动的各种规划和管理决策支持作用日盏增强【l i 。空同数据是g i s 的血液，其质量是g i s 的生命，随着g i s 在各行各业的推广应用，空问数据库日渐庞大，数 据质量问题愈来愈受到人们的关注嘲 地理空间数据质量检查方法是建立g i s 的重要过程，它在极大程度上决定了应用g i s 进行 决策的成效，直接影响着g i s 应用分析结果的可靠性及应用目标的实现。可见数据的质量对 发展和完善g i s 系统是十分重要的研究数据质量及其检查方法成为建库工作中一个十分重 要的课题。 矢量地理空间数据通过坐标值精确的描述地理实体的空间位置，通过属性描述地物实体 的特征，通过拓扑信息描述地物实体问的空间关系。目前矢量地理空问数据可表现现实世界 中各种复杂的地理实体，方便深层次的分析。因此矢量地理空间数据是应用最广，也是最重 要的基础地理信息数据之一。 数字线划图( d i g i t a ll i n eg r a p h i c ，d l g ) 是现有地形图要素的矢量数据集，保存备要 素问的空问关系和相关的属性信息，全面地描述表达目标。数据能否符合正确的构建拓扑关 系的要求、能否正确的表达地物的属性是非常重要的，数据的属性和空问关系等是数据质量 的重要评价方面。为保证矢量地形数据的可靠性和可用性，必须在生产、建库过程中，严格 控制数据的质量川但是。空间数据中要素或多或少的不可避免存在属性和拓扑关系方面的 错误高效、严格的数据检查显的非常重要这些错误必须通过数据检查编辑等手段得以部 分消除，系统误差也必须通过几何纠正预处理得以部分改正。通过数据分级检查、编辑、误 差处理等操作在一定程度上可以有助于g i s 系统正确运行高质量的数据是g i s 生存和发展 的保障。d i 上数据质量检查方法的研究对评价d l g 产品质量，改善d l g 数据处理效率减 少g i s 系统设计与开发的盲目性等方面有着深远的影响。 我国城市现有的数字地形图大部分是通过各种采集手段得到的d w g 格式的数据。由于 生产时间、采集软件和作业流程等不同使得数据结构不统一，质量也参差不齐，在标准化， 规范化等方面存在着一定的差异，这必然给构建基于g i s 的空间数据建库、数据共享和g i s 应用分析等带来极大困难。因此，很有必要对现有的矢量地形数据按照统一标准和规范进行 严格的检查，确保数据质量。其检查包括入库前的d w g 数据检查和入库后的g i s 数据检查， 本文中统称为d l g 数据质量检查。 第一章绪论 1 2 选题背景及研究意义 数字线划图( d l g ) 是将空同地物直接抽象为点、线、面的实体。用坐标描述它的位 置和形状这种抽象的概念直接来源于地形测图的思想。一条道路虽然有一定的宽度，并且 弯弯曲曲，但是测量时，测量员首先把它看作是一条线，并在一些关键的转折点上测量它的 坐标，这一串坐标描述出它的位置和形状进行展绘地图时，根据道路等级给予它配一定宽 度、线型和颜色。这种描述也非常适用于计算机表达，即用抽象图形表达地理空间实体。 d l g 作为空闻信息的重要表现形式，已经成为城市数字化建设的重要保障，也是重要 的资源利用数字地图矢量数据直接生产地图，可提高成图速度，大大缩短地图更新的周期。 数字地图数据的质量是地图数据库的“生命”，它直接影响到所有基于该数字地图数据库的 应用系统分析、决策的正确性和可靠性，影响到应用系统的成败。数字地图数据的质量愈来 愈受到人们的关注和重视为适应如今数字化生产的模式，一套新的，统一的、行之有效的 方法正在形成。全面地对矢量数据质量进行检奁，既能保证数字地图产品质量，又能提高它 的生产速度，同时促进数字化城市的建设，是目前面临的一项重要任务。 空间数据是g i s 建设和运行的基础，是g i s 最基本和最重要的组成部分，其投资也是6 i s 投资中比重最大的部分数据质量直接关系到g i s 系统的应用，从根本上影响着系统应用的 质量、水平以及广皮和深度。特别是随着地理信息产业的发展以及g i s 功能的不断改善，对 数据质量也提出了更高的要求，g i s 系统的建设者和用户都越来越认识到数据质量的重要性， d ig 数据质量检查研究的重要意义在于1 4 l ： ( 1 ) 可以相对灵活的检查不同标准的d i g 数据。保证d i g 数据质量，保障投资者投资目的， 保证数字化建设的意义 ( 2 ) d i g 数据作为g i s 管理和决策的基础，其质量决定着系统应用分析结果的可靠程度和 系统应用目标的实现，直接影响着决策方案。错误或不可靠的数据可能导致错误的决策，造 成重大损失。 ( 3 ) 数据的质量是g i s 生存和发展的保障缺少数据质量保证的g i s 系统无法得到用户或 决策者的信任 ( 4 ) 高质量的空间数据库有利于空间数据挖掘和知识发现，有利于6 i s 的查询和分析技术 的提高，有利于智能化g i s 系统的建立，并有利于促进3 s 的智能化集成。 总之，一切有利于改善空间数据质量的措施都将有利于提高g i s 的应用水平，提高g i s 的经济效益和社会效益，促进g i s 健康发展i 1 1 - 3 国内外数据质量检查方法研究发展与现状 近年来，随着大量空间数据的生产，质检人员迫切需要可以快速而有效地对数据进行质 2 第一囊绪论 重检验的软件工具，墨内外学者进行了大量的实验与研舡作，已经开发出一些具有一定功 能的致据质量自动检查软件，取得了一些有实用价值的成果m 1 3 1 国外数据质量检查研究发展与现状 在2 0 世纪6 0 年代中期，国外就已经注意到空间数据的质量问题8 0 年代美国测绘界 开展了一系列对大比例尺矢量图空间数据精度标准的实验研究，并随之制订了大比例尺线划 图的精度标准。美国标准与规范委员会制定了大比例尺线划图的精度标准。p a b u r r o u l g h 把空间数据误差来源归为源误差、由自然变化或原始测量引起的误差和处理误差三种。1 9 8 8 年1 2 月美国国家地理信息与分析中心( n o g i ) 主持召开了空问数据库精度的专题研讨会， 会议提出了误差分析和数据质量指标，以及在数据模型建立和数据更新中数据库的质量管理 方法。这次大会后出版了。空间数据库精度”论文集，也可以说这是g i s 数据质量问题的系 统研究开始的标志研究g i s 空间要素如点、线、面的不确定性模型的建立方法；对空间数 据处理和分析过程中误差传播形式的模拟研究。n c g i a 所确立的研究计划还包括：g i s 产品 的风险分析；g i s 用户对耪度与质量的理解；g i s 数据精度与质量的量度及试验；减少各种 误差影响的方法等。这些研究工作与矢量地图数据质量密切相关，促进了研究人员和用户对 数据质量问题的理解和重视。国际制图协会( i c a ) 触从数据源、位置精度、属性精度、完 整性、逻辑一致性、时态信息等方面，提出了空间数据质量的各组成元素的概念定义1 2 1 。 下面列出的几种国外数据质量检查研究情况删 1 美国俄亥俄州立大学制图中心组织研究的“地貌图自动检查”方法，该研究可自动检 查地貌层数据，等高线几何位置精度。 2 美国地质勘探局 i s 、何光旭等关于空 间数据质量检查系统的研制 9 1 。大都是基于某一个城市数据标准和要求而建立的检查功能 模块国内相关部门和单位在数据质检方面做的研究有： 1 国家基础地理信息中心组织了基于a r c i n f o 的a m l 语言的质量检查方法研究，用于全 国l ：5 万d 脚数据获取过程数据质量及成果数据质量检查 2 陕西测绘局组织研究了4 d 产品的质量检查方法，主要用于数字测绘产品质量检查该 研究成果也包括d l g 数据的质量检查 3 广州开思公司组织研究了d l g 入库数据检查模块，该模块主要用于c a d 格式的数据质量 检查。 4 吉威数源公司也在d l g 数据质量检查方面作了相应的研究g e o w a y 提供给用户的检查 功能在代码检查这一块缺少用户自定义检查，对代码合理性检查功能单一。 上面介绍的我国国内一些数据质量检查产品，在对图形的几何现象、拓扑构建结果以及 各种矛盾数据进行批量检测检查方面作了积极的探索，取得了一定的成果。但对不同规范下 的数据进行检查时，特别是对特殊的拓扑规则，代码合理性等检查功能单一，不能满足用户 自定义的检查要求。 1 4 论文研究主要内容 本论文研究的主要内容是：( 1 ) 空间矢量数据的质量体系和空间矢量数据的拓扑关系及 其表现形式；( 2 ) 对空间数据用户自定义规则检查机制进行研究。建立丰富的规则库，在规 则库列表中灵活的增添新规则，实现自定义检查：( 3 ) 研究和建立空问数据的属性数据检查 标准规则模板，运用模扳匹配的方法进行d l g 数据属性检查；( 4 ) 结合我国部分城市矢量 数据的标准和规范，探索出具体的检查方法和检查内容；( 5 ) 结合。南京市1l1 0 0 0 基础 地理数据建库监理”项目进行研究成果应用研究 d l g 数据质量检查的具体内容包括两部分：说明信息和地理实体数据【l o 】 说明信息用于描述地图中各地理实体有共同性质的因素，包括原始资料的说明( 比例尺、 生产单位、生产日期、地图投影和用于更新的辅助资料说明) 、数据获取的方法和日期、数 据处理的方法、作业人员、数据格式和各种文档资料 地理实体数据：用于描述具体地理实体特征及其相互关系的数据本文主要从下述几个 4 第一章绪论 方面对地理实体数据进行检查； ( 1 ) 属性精度检查：一方面体现了地图要素分类分级的详细程度，同时描述了属性数 据的正确性如地物属性正确性，要素分类码的正确性，要素归类的正确性，等离线、高程 点注记的正确性等。 ( 2 ) 数据完整性检查：指要素的内容是否完整，有无遗漏和重复包括数据分层的完 整性，实体类型的完整性和注记的完整性等。如：要素取舍是否恰当、数据的组织与分层是 否完整、注记是否齐全、骨架线是否丢失、辅助线是否齐全等。 ( 3 ) 数据逻辑一致性检查：同一要素层或不同要素层之向，数字化的相关位置是否正 确、重叠要素的几何位置是否一致、其属性描述是否正确、相邻图幅的接边目标几何上是否 自然连接、属性描述是否一致等 ( 4 ) 拓扑关系正确性检查：拓扑关系中的同名结点是否匹配、弧段有无不必要的伪结 点、面域是否闭合拓扑数据是否正确表达目标之间的邻接、连通和包含关系等 d l g 数据质量检查的具体内容如图i - i 和圈i - 2 所示 圈卜1 地理实体数据检查内容 第一章绪论 圈1 吨说明信息捡查内客 1 5 论文研究方法与技术路线 首先参考国内外文献，运用软件设计模式的原理与方法，思考d l g 数据检查软件的设 计标准、设计原则及其捡查的关键阀题。查阅d l g 数据的国家规范和地方标准，研究d l g 数据需要检查的主要内容和检查的重点。实现d l g 数据检查系统主要利用的平台有： a u t o c a d2 0 0 4 a r c e n g i n c 9 1 ，a r c s d e 9 1 ，o r a c l e 9 2 ，n e t2 0 0 3 等。 ( 1 ) 首先对国内外d l o 数据质量检查等相关文献进行检索、阅读，研究d ig 地理数 据质量检查内容和方法对空间数据质量检查进行理论上的研究，同时认识到进行矢量数据 质量检查的重要性和研究意义 ( 2 ) 对d l g 地形图数据检查的国内外拓扑规则理论、c a d 数据和g i s 数据质量标准 等相关文献进行检索、阅读和分析，研读d l g 地理数据的标准、d l g 数据管理、检查工作 细则，研究c a d 数据结构，学习空间数据质量检查主要方法、质量控制主要措施及步骤、 产品质量评定标准、数据质量评分标准及计算公式。通过这些的研究可以更加明确检查软件 的检查重点。 ( 3 ) 通过对相关著作及论文的学习，分析和研究国内外部分城市d l g 数据质量检查 过程的模式和方法，通过需求调研本论文实践项目的相关资料，分析南京空间矢量数据的特 点，了解南京城市d l g 地理数据质量检壹的主要流程和技术手段，确定了矢量地形数据自 动化质量检查的内容和重点 ( 4 ) 结合矢量地形数据及空问数据质量检查软件的流程对d l g 数据质量检查内容 进行分析，对数据质量检查过程中的关键问题和难点问题进行优化、改进探索，并提出可行 6 第一章绪论 的方法及注意事项 ( 5 ) 通过南京基础地理数据建库监理的实践进行验证本文研究的理论知识和提出的方 法。并对d l g 数据质量检查过程中的一些关键问题进行了 充和说明 本文研究的技术路线如下图l - 3 所示： 研究d l g 地理数据质量检查内容和方法 l i 研读d l g 地理数据标准、检查细则，研究数据结构，学习空间数据质检方法 l i 了解南京d l 母数据质检的主要流程和技术手段，确定数据质检内容和检查重点 i l 对质检过程中关键问题和难点问题进行优化、改进探索，提出可行性解决方案 i 通过南京基础地理数据建库监理的实践，验证本文研究的理论及方法 图卜3 论文技术路线 7 第二章数据质量概述 第二章数据质量概述 空闯数据是一切g i s 及其相关系统的核心，也是城市致字化建设过程中最艰巨的任务之 一空间数据包含内容多、数据量大、数据采集周期长。当前我国的数字地形数据，无论是 城市基础地理信息数据还是行业数据。主要的存在形式大多还是以c a d 数据格式存在。随着 g i s 技术的飞速发展，凭着g i s 技术的海量空间数据管理、空问分析高效等优势。越来越多 的单位或公司需要g i s 格式数据来支持系统高效的运行所以现在全国各地都有把前端的 c a d 格式数据进行转化为g i s 格式数据的趋势。运用空间数据库管理软件进行管理空间数据 那么在数据转化前后的数据都必须遵循一定的规范，只有这样的数据才能更好的服务与现代 化数字城市的建设。 地理信息系统的数据内容主要是空问位置数据，属性数据以及相应的元数据，这些地理 数据可以是城市各部门在建立各个专业信息系统时的共享数据，也可以是某行业专题地图数 据。属性数据主要是围上备要素的代码、高程及注记、及行业的属性数据等等。d l g 数据质 量检奇系统检查的空问数据内容主要包括：不同比例尺的城市c a d 基础地理数据、不同比饲 尺的城市g i s 基础地理数据以及说明以上空间数据的元数据。检查以上提到的三类数据质量 问题都必须是在非常熟悉数据质量体系的情况下进行。 本章主要介绍d l g 空间数据以及相应的属性数据和元数据的质量标准。也只有了解数据 的质量体系，才能更全面、更准确地进行d ig 数据的检查。 2 1 地理空间数据质量标准化的发展现状 2 1 1 国际地理空间数据质量相关标准概况 随着贸易的国际化，各项技术标准也日趋国际化。国际标准化，是指在国际范围内由众 多国家、团体共同参与开展的标准化活动。国际g i s 标准化工作大体可分为两部分：一是以 已经发布实施的信息技术( i t ) 标准为基础，直接引用或者经过修编采用；二是试运用或正 在研制的地理空间数据标准，包括数据定义，数据描述、数据处理等方面的标准i s o 作为 最大的国际标准化组织之一，其下设的技术委员会i s o t c 2 1 1 的工作范围为数字地理信息 领域标准化。其主要任务是针对直接或间接与地球上位置相关的目标或现象信息制订一套标 准以便确定地理信息数据管理。包括定义和描述采集、处理，分析、查询、表示、以及在 不同用户、不同系统、不同地方之间转换的方法、工艺和服务。该技术委员会目前正开展 3 4 个标准项目的研制工作，其内容主要涉及地理信总框架和参考模型、地理空间数据模型 和算子、地理空间数据管理、地理空间数据服务和专用标准等，标准项目包括关系模型、地 8 第二章数据质量摄述 理信息术语、一致性与测试，空间模式、时间模式、数据分类方法、数据质量、空间参照系 统、元数据、数据编码、影像和据格数据，实用标准等， 2 i 2 我国地理空间数据质量相关标准概况 在2 0 世纪8 0 年代初期我国开始研究和发展地理信息系统的同时，就开始研究地理信息 标准化和规范化的工作。多年来，我国地理信息标准化工作，取得了一定的进展。“七五” 期间，国家和省、市、县地理信息标准化研究被作为专题列入国家“七五”重点科技攻关项 目，国家科委新技术局组织了全国几十位专家和科技人员进行资源和环境信息系统国家规范 和标准的攻关，提出t - 十多种标准建议方案，为进一步制订相应的地理信息国家标准打下 了良好的基础“八五”期间，将这些研究成果进一步提炼，如由国家测绘局主要负责研制 的“地理网格”，“国土基础数据分类与代码”两项均成为国家标准；而由国家测绘局、水 利部主要负责研制的“全国河流名称代码”国家标准也已完成送审稿，建设部正在制订城市 基础地理信息系统技术规范等等；在“九五”、“十五”科技攻关项目中，地理信息标准化 再度成为人们关注的焦点之一目前正在积极研制的有地理信息元数据、地理信息数据质量 控制、地理信息分类编码体系、标准一致性与测试标准等【1 1 1 随着我国加入w t o ，以国际标准为基础制定本国标准，已成为i r l o 对各成员国的要求 研究和制订与国际接轨的地理空间信息标准和规范，是我国空间信息产业健康发展的基础， 也是保证我国民族信息产业发展的重要措施之一 2 2d l g 数据质量概述 2 2 1 数据质量基本特征 数据质量具有以下几个方面的基本特征晌： ( 1 ) 准确度 测量值与真值之间的接近程度，一般用误差来衡量测量值的准确度。 ( 2 ) 精度 精度是对地物现象的描述程度，亦即数据表示的有效数 ( 3 ) 不确定性 指某一现象不能幸煮确测得，当真值不可测或无法知道时。就无法确定误差。因而用不确 定性取代误差。例如海岸线是某一瞬间海水与陆地的交界，称测量得到的海岸线长度为不确 定的 ( 4 ) 相容性 指两个来源的数据在同一个应用中使用的难易程度如两个相邻地区的土地利用图，当 9 第二章数据质量概述 拼接刮起时，两图边缘处不仅边界线可良好地衔接。而且类型也一致财耘为租容 反之， 剃称为不相容 ( 5 ) 一致性 指对同一现象或同类现象表达的一致程度。如同一条河流在地形图上和土壤图形上表达 应相同；同一行政边界在人1 2 1 图和土地利用图应能够重合：同类地形起伏和地貌状况，等高 线的疏密和光滑程度应相同等等 ( 6 ) 完整性 指具有同一准确度和精度的数据在类型上和特定空间范围内是否完整的程度。各类信息 是否遗漏或重复、分类是否重复或缺项等。一般说，空间范围越大。数据的完整性可能越差 如只有经度没有纬度，如生态类型制图需要地形高程、坡度、坡向、植被覆盖类型、气温、 降雨和土地等数据，缺一都是不完整的 ( 7 ) 可得性 指获取和使用数据的难易程度。如数据保密、价格等限制使用等 ( 8 ) 现势性 指数据反映客观现象目前状况的程度。数据收集是一个过程，而外部世界是无时无刻的 不在变化，某些地点的数据是某一历史时期，而另一地点的是另一历史时期的另外，不同 现象的变化程度是不同的。应注意记录采集时间。 数据的质量与上述种种特征有关，这些特征代表着数据的不同方面，它们之问也存在一 定的联系，如数据现势性差，那么用于反映现在的客观现象就可能不准确，可得性差，就可 能影响数据的完整性，数据精度差，则数据的不确定性就差 实际系统中，数据质量的好坏表现为数据的误差和不确定性。数据从采集、处理和使 用，每一步都可能引入误差，归结起来主要有几何误差，属性误差、时间误差和逻辑误差等 四大类型 2 2 2 数据质量要求与检查内容 进行数据质量检查应从数据质量的基本特征以及g i s 对数据的质量要求出发。数据质 量要求与检查内容主要包括以下几方面： ( 1 ) 数据情况说明 要求对地理数据的来源、数据内容及其处理过程等进行准确、全面和详尽的说明。 ( 2 ) 位置精度( 或称定位精度) 主要是指数据的地理位置精度，将具有二维坐标的点，线、面来表达实体并作为研究对 象。也可以指空问实体的坐标数据与实体真实位置的接近程度，常表现为空问三维坐标数据 的精度。包括计算机字长引起的误差，拓扑分析的误差、多边形叠置的误差、向量栅格数据 转换的误差、数据内插的误差和面积计算的误差等以及误差在分析过程中的积累 ( 3 ) 属性精度 1 0 第二章数据质量概述 指空间实体的属性值与其真值符合时程度，是指空间数据所负载的地理信息的正确性 通常用文字，致字，符号，注记及其组合等来表达实体的届性，如地形图中建筑物的结构、 层数、要素的编码、层、颜色、线型等属性值，地名等，这些属性值的正确性和准确性即为 属性精度例如；一条河流的名称是否正确，一个居民地的名称是否正确等。属性精度通常 取决于其效据的类型，且常与位置精度有关，包括要素分类与代码的正确性等。 ( 4 ) 时何精度 指数据的现势性，是数据本身所代表的时同信息的正确性，例如：2 0 世纪7 0 年代的湖 泊数据与2 0 世纪9 0 年代的湖泊数据就有很大的差别可以通过记录数据获取或更新的时间 和频度来表现。 ( 5 ) 逻辑一致性 指地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据特征( 空间特征、属性特征和时闯特 征) ，以及拓扑性质上的内在一致性指数据定义的统一性，在同一个空间数据库中，数据 的定义应该保持一致 ( 6 ) 数据完整性 指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度，包括数据范围、空问 实体类型、空问关系分类、属性特征分类，属性字段的描述、实体对象的描述、实体与属性 对应关系是否完整，主要是指数据是否覆盖到应该覆盖的范罔，比如全国的数据就应该覆盖 到全国范围；一个省的居民地数据应覆盖全省的居民地，一个市的居民地数据也应覆盖全市 的居民地等 ( 7 ) 表达形式的合理性 主要指数据抽象、数据表达与真实地理世界的一致性，包括空间特征、属性特征和时间 特征的合理性等 数据不得有重复、重叠，包括相同的空间数据不得反复叠加，一个面内不得有多个相 同属性点，对一些专用编号如地籍图内宗地号在同一测绘数据内不得重复等 下表描述的是国标中数据质量的要求( 表2 - 1 ) i 卿 袭2 - i 数据的质量元素 一级质量元素 二级质量元素 基本要求 文件名称、数据格式、数据组织 数学精度 数学基础 平面精度 高程精度 接边精度 属性精度 要素分类与代码的正确性 要素属性值的正确性 第二章数据质量概述 属性项类型的完备性 数据分层的正确及完整性 注记的正确性 逻辑一致性拓扑关系的正确性 多边形闭合 结点匹配 要素的完备性及现实性要素的完备性 要素采集或更新时间 注记的完备性 整饰质量线划质量 符号质量 图廓整饰质量 附件质量文档资料的正确，完整性 元数据文件的正确、完整性 2 2 3 元数据 一、元数据质量概述 随着计算机技术和g i s 技术发展，管理和访问大型数据集的复杂性正成为数据生产者 和用户面临的突出问题。数据生产者需要有效的数据管理和维护办法；用户需要找到更快、 更有效的方法，以便快速寻找、访问、获取和使用现势性强、精度高的地理空间数据。在这 种情况下，空间数据的内容、质量、状况等元数据信息变得更加重要，成为信息资源有效管 理和应用的重要手段。数据生产者和用户都已经认识到元数据的重要价值l “ 关于元数据的定义，不同组织的理解各不相同但是，一般都认为元数据就是“关于数 据的数据”，脱离了数据，元数据的存在也就变得毫无意义。在地理空间数据中，元数据就 是说明数据内容，质量、状况和其它有关特征的背景信息和数据i l ” 当提及“元数据”时，许多人会认为它是一个复杂的体系，仅适用于信息技术和计算机 科学。实际上，元数据并不是一个新的概念，传统的图书馆卡片、出版图书的版权说明、磁 盘的标签等都是元数据1 1 3 1 元数据在地理界己用了几个世纪了，早期地图和海图图廓中的 图例等都是元数据，只是当把计算机引入该学科后，数据的管理和应用均产生一些新的问题 时，才意识到元数据是使数据充分发挥作用的重要条传之一 面对海量地理空间数据，用户往往一时无法知道哪些数据是他们真正所需要的，数据生 产者和用户之间缺乏畅通的共享渠道，而提供地理空间元数据服务的意义也正在于此。具体 功能可归纳为以下几点旧： 1 2 第二章数据质量概述 ( 1 ) 元数据是实现地理空间信息共享的前提条件和基本像障 ( 2 ) 帮助数据生产者有效组织，管理和维护空同数据。 ( 3 ) 通过地理空间元数据将大置零彀的数据收集起来，使之成为可共享的有甩信息 ( 4 ) 目录索引的作用，通过它数据管理人员可以用最核心的，最少的信息有效、清晰 地管理海量空间数据：同时也是用户检索其所需数据的智能导航器 ( 5 ) 提供通过网络对数据进行查询检索的方法和途径。同时也为用户处理和转换数据 提供了必要的参考。 可以看出元数据的质量也是非常重要，如果元数据的质量不能得到保证，基于元数据的 服务也无从谈起，元数据也就失去其存在的意义。相关的组织也制定了元数据质量标准，促 进元数据质量检查方法研究【1 6 1 二，空问数据的元数据表现形式 在城市基础地理数据元数据中，主要说明地理数据的内容、质量、状况和其他相关特征 的背景信息。不圆的城市可能数据规范不一样，可能元数据也不一样。以本文相关项目元数 据为例，生产依据以c j j l 0 0 - 2 0 0 4 城市基础地理信息系统技术规范和南京市1 ：5 0 0 、 l ：i 0 0 0 、l ：2 0 0 0 矢量地形图数据标准( 试行) 中元数据规定，设计出库体级元数据、区 域级元数据及图幅级元数据，其主要表现形式如下阎： ( 1 ) 库体级元数据 提供多边形区域范围g i s 数据，将元数据内容作为多边形属性写入g i s 数据中，该多边 形数据只是做为元数据的载体。 ( 2 ) 区域级元数据 提供多边形区域范围g i s 数据，将元数据内容作为多边形属性写入6 i s 数据中，该多边 形数据只是做为元数据的载体。相关信息一般由业主方提供 ( 3 ) 图幅级元数据 提供多边形网格g i s 数据，将图幅号作为多边形属性写入g i s 数据中，在数据库中建立 现势和历史元数据库。现势数据通过图幅号关联：历史数据通过图幅号和历史i d 号与多边 形关联。 第三章d l g 数据拓扑关系 第三章d l g 数据拓扑关系 日常生活中，人们对空问目标的定位不是通过记忆其空间坐标，而是确定莱一耳标与其 他更熟悉的目标间的空间位置关系。如一个学校是在哪两条路之间，或是靠近哪个道路叉口， 一块农田离哪户农家或哪条路较近等等。遏过这种空间关系的描述，可在很大程度上确定某 一目标的位置，而一串纯粹的地理坐标对人的认识来说几乎没有意义。没有几个人知道自己 家里或办公室的确切坐标。而对计算机来说，最直接最简单的空间定位方法是使用坐标。 在地理信息系统中，直接存储的是空间目标的空间坐标。对于空间关系，有些g 1 s 软 件存储部分空间关系，如相邻、连接等关系而大部分空间关系则是通过空间坐标进行运算 得到，如包禽关系，穿过关系等。实际上，空间目标的空间位置就隐含了各种空同关系 3 1 空间对象 3 1 1 空间对象概念 空间对象是客观存在的地理实体在人类认识世界中的反映它是人们对客观世界的认知 与抽象。空问对象的基本元素在g i s 系统中将被地理区域所界定，并具有和它相联系的不 同属性或特征的空间实体，称为空间对象。表示空问对象的数据，称为空间数据鲫。空问 数据具有空间相关、时间相关、语义相关的特点。比非空间数据有更高的复杂性。在g i s 中主要有以下空间数据元素i ： 点( p o i n t ) ：没有区域的一种空间物体。点的一个关键属性由它的地理编码坐标来表示 ( 如经一纬度坐标，大地坐标等) 点元素可表示乡、镇所在地，商场、宾馆的位置等 线( l i n e ) ：由一组顺序相连的点所组成的空间要素。地理编码由一组点的坐标来表示 组成线的点称为节点( n o d e ) 河瀛、道路、输电线等地物可表示为许多点连接在一起的折 线或曲线。 面( p o l y g o n ) ：是一个封闭区域。在g