1地理信息系统的质量控制

1、地理信息系统的质量控制1 引言地理信息系统（GIS-Geographic Information Systems），无论怎么定义它，都可以把它视为一个有地理位置的信息系统，这是GIS 区别于其他信息系统的一个主要特点。从 GIS 系统的三个基本内容，既具有地理位置的空间实体、描述实体的属性、空间实体之间的拓朴关系来看GIS 系统的质量控制分别包含了空间数据的质量控制、属性数据的质量控制、空间实体之间关系和空间数据与属性数据与属性数据之间关系的质量控制。GIS 系统的空间性决定了空间数据在GIS 应用中所起作用的基础性和重要性，因此 GIS 空间数据的质量控制依然是GIS 系统质量控制的重要要素

2、，又因为 GIS 空间数据可以通过内业手扶跟踪数字化、扫描矢量化、野外数字化测量、数字摄影测量等多种手段采集，因此空间数据质量控制的内容是丰富多彩的。但是地理信息系统决不仅仅是一个数字化的地形图，因此GIS 系统的质量控制就不能仅仅限于空间数据的质量，属性数据的质量控制、空间实体之间关系和实体与属性之间关系的质量控制也是GIS 系统质量控制中必不可少的内容。数字产品按其点位精度、属性内容、应用范围不同大体上可以分为：数据线划地图、数字栅格地图、数字高程模型、数字正射影像等。因为数据采集手段不同，其质量控制内容也有差异。这里要搞清楚的是数字地图产品的质量与GIS 的数据质量、数字产品的成图质量和

3、数据质量概念不能混为一谈，下面我们来看GIS 数据的质量特性。2 空间数据数据位置的精度将直接影响数据库的应用，在质量控制检查中，对数据的位置精度进行严格的检查和分析是十分重要的一环。位置精度是在数据集合（例如地图）中物体的地理位置与其真实的地面位置之间的差别，通常检验方法是按规定的方式选择一些特定的样本点与另外一个独立的精度更高些信息源的定位坐标进行比较。定位精度有两部分组成，偏差与精度，偏差是描述真实位置与表达位置之系统差别，理想的偏差应当是零，表明图上位置与表达位置没有系统偏差。偏差通常由样本点的平均位置误差度量。精度是数据元素位置误差的描述，精度通常用对选择的测试点的标准离散差的计算来

4、估计。 一个较小的离散差表明位置误差的取值范围紧凑，即误差的取值范围相对较小，量测的数据精度越高，使用的可信度也越高。位置精度的度量通常是采用在测量中的均方根误差，这种度量方法与系统偏差的度量方法没有明显区别，估计数据质量的均方根误差，对于有效使用数据是非常有价值的。2.1 数学基础图廓点、公里网、经纬网交点、控制点等的坐标值应正确，在回放图上，上述各点的点位误差不超过± 0.1mm ，图廓线边长误差不超过± 0.2mm ，图廓对角线误差不超过± 0.3mm 。2.2 平面精度实测数据（全野外数字测量、摄影测量采集数据）的数字地形图和数字地藉图，地物点（及界址点）

5、对相邻控制点位置中误差以及相邻地物点间的间距中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定。由内业数字化（及扫描图矢量化）采集数据的数字产品其误差以偏离中心位置为衡量标准，主要地物的误差不得超过0.2mm ，次要地物的误差不得超过0.3mm ，线状目标位移中误差不得大于± 0.35mm 。2.3 高程精度实测数据的数字地图其高程注记点和等高线对相邻高程控制点的高程中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定。内业数字化采集的数字地图其高程点的高程值正确。等高线的高程不应与相邻高程点的高程或地物产生地理适应性矛盾，并能显示该地区的地貌形态特征。3 属性数据GIS 数据不能简单地与CAD 数据划为等同

6、的重要特征之一，是GIS 中的空间数据实体具有被描述的属性，属性数据说明空间实体数据的几何类型、分类分级、数据特征、质量描述、地理名称、更新日期等等，按属性数据的性质、内容、存贮方式、与空间数据关系的密切性，属性数据又可以分为二类，第一类为与空间实体数据紧密相关的、用于区分空间数据实体的基本属性类，它们可以是空间数据唯一标识符、分类代码、几何类型（点线面）、数据的所有者或采集者、数据来源、数据建立日期、数据精度、与其他空间实体之间的关系代码（点线面的组成关系、相邻关系等等）等信息，这类属性的质量控制是GIS 属性数据质量控制的重点。第二类是描述空间实体专业特性的专题属性数据，这类属性数据因应用

7、专业不同而异，比如说在用于宗地管理的GIS 系统中，属性数据可以包含土地等级、土地权属性质、土地用途等，这类属性数据大都由专门的数据库管理系统（DBMS ）存贮管理，通过一定的方法与 GIS 数据库相联。GIS 系统的属性数据的质量特性（1） 描述空间数据的属性项定义（包括名称、类型、长度等）必须正确，属性表中各数据项的属性取值及其单位不得有异常。（2） 标识码是区分标识空间数据的码，必须唯一有效、不重复。描述每个地理实体特征的各种属性数据应正确。（3） 空间数据与描述它的属性数据之间一一对应的联挂关系正确，也即空间数据与属性数据必须具有正确的相关性，具有一个以上属性表时，各属性表之间的相关性

8、和网络层次应当正确描述和建立。（4） 空间数据之间的关系在利用计算机软硬件资源进行数字地图的绘制时（CAD 应用），非常注重数字化线条的颜色、分类、线型及成图质量，而不考虑空间数据之间的关系以及数据的后继处理，这一点与 GIS 的空间数据有着非常本质的区别。GIS 系统中，空间实体点线面之间的六种组合表达了实体间拓扑关系的相邻性、连续性、闭合性、包含性、一致性等关系，是地理空间数据处理分析的依据，因此弄清楚空间实体间关系的质量特性（有时也叫逻辑一致性）是万万不可忽视。地理要素应反映自然景观发展的客观规律，真实再现该地貌待征，无地理适应性矛盾，同类实体和不同类实体间必须正确客观地反映地理实体间空

9、间结构关系，相关位置正确。(1) 空间实体的点线面类型定义必须正确。(2) 保证多边形空间实体的封闭性。(3) 保证线状空间实体的连接性。(4) 保证组合实体与基础图形要素之间的正确相关性，比如组合实体“建筑物 ”由建筑物外墙线、其标识码、门牌号等基本要素组成。(5) 保证编码不重复(组合实体、基础图形要素)。(6) 保证符合组合实体间和基础图形要素之间的关系原则或制约，其中包括：连接 如墙可与墙连接，但不可与铁路线连接相交 如墙可与道路边线相交共享一一如墙可与台阶、楼梯、道路边线共享落于 如建筑物中心点应落于墙内包含 如墙可包含建筑物中心线(7) 保证不出现悬挂节点和伪节点，所有线状要素相交

10、处，都应建立节点。(8) 每个线状要素必须既有从左侧相关于它的面域，又有从右侧相关于它的面域。保证空间数据之间拓扑关系的正确性是实现GIS 系统数据处理和分析的基础，它的质量特性是 GIS 系统区别于CAD 系统的重要内容之一。以上质量特征是针对GIS 系统中具有空间实体、描述属性、空间实体间拓朴关系三大特点的， GIS 系统的质量控制是贯穿于资料准备、仪器准备、采集、编辑、处理、输出全过程的，从其编辑处理过程来看，还不应该忽视下列特性：(1) 分层设置不同图形层次是分类表示各种不同地物地貌要素、满足不同应用需求、甚至是输出不同图饰符号的手段，每个图形要素必须按定义赋予一定的图名(或号)，同一

11、元素不能赋予一个以上图层名，每一图层只有一种要素。(2) 完备性GIS 系统中的图形数据和属性数据，包括注记不得有错漏和偏移，数据必须完备，每组数据文件应该完整。(3) 唯一性图形数据必须具有唯一性，不得有重复重叠。(4) 自然接边图形数据可以按街坊、图幅、象对等进行采集，所有相邻要素的接边不能出现逻辑裂隙、几何裂隙，应保持自然。当不能自然接边时，允许几何裂隙不超过相应比例尺测图规定的接边限差，弥合处理时，应保持地物、地貌相互位置和走向正确性。任何数据采集方式的图形数据接边，均不允许出现逻辑裂隙，几何裂隙超限时，或地物、地貌走向交角甚大无法拼接时，野外实测数据采集的图形数据，应到实地检查纠正，

12、内业数字化采集的图形数据，应检查原图。(5) 图饰质量按统一图式标准制作的地形图，沿用了几十年，早已为广大建设单位所熟悉、接受和应用， 并将在城市建设中继续发挥着它的作用。要认识到数字地图的最后成图形式与空间数据库中的表示内容并不相等，其数据结构要适应GIS 的拓扑化处理和空间分析，需要时也可以生成满足国家制图标准的地形图，以围墙、铁丝网、栅栏、篱笆为例，在空间数据库中它们都是赋予了不同属性的单一线条，在GIS 应用中可能都起界线作用，制图时则完全可以按不同的线型生成输出，满足不同的需要。屏幕显示和输出的地形图必须清晰、易读，遵从国家制图标准，符号图形完整，图形中没有点边挤压、压盖，要作好技术

13、处理，数据实体间的输出表达要求协调，无适应性矛盾，图廓整饰符合规定，内容完整，不能有遗漏差错。(6) 数据转换GIS 数据库的图形数据可以通过原图的手扶跟踪数字化和扫描矢量化、野外数字化实测、航测数字化等多种手段采集而得。属性数据也由多种字处理软件、模式识别、数据库管理系统收集输入，入库过程中常常需进行不同采集系统之间的数据转换，转换过程中要保证数据精度、空间数据的拓扑关系、空间数据与属性数据的联接关系不丢失。5 地理信息系统（GIS ）中的质量控制技术质量是一切产品的生命，它反映的是产品乃至生产产品的过程的优劣程度。地理信息系统作为一种高科技产品，为了能更好地发挥作用，同样应研究并衡量、评价

14、其质量。GIS 质量控制技术可分为两个方面的主要内容：1 、设法减少和消除误差的实用技术和步骤； 2、它是在提交成果（数据入库）之前对所完成工作的检查，以进一步发现和改正错误。由此可以看出，GIS 数据质量控制分成过程控制和结果控制，过程控制包括数据录入前期的质量控制、数据录入过程中的实时质量控制，结果控制为数据录入完成后的后处理质量控制。质量控制应贯穿在整个GIS 数据采集过程中，GIS 系统包含了空间数据、属性数据、空间数据间关系，因此它的质量控制应分环节实施。5.1 设计过程的质量控制是指在系统调查和充分掌握资料和了解产品用途的条件下，制定质量目标，在产品设计生产的每个阶段，以质量目标为

15、根据对设计进行评议审查；通过试制数据采集，对采集数据的质量作出技术鉴定和经济分析；保证设计生产过程符合规定的要求。5.2 对基础资料的质量控制根据产品的需求情况选择质量满足要求的数据源，这是决定数据产品质量的关键因素，原始资料的正确处理，不但可以减少数字化误差，还可以提高效率，数据源的误差范围至少不能大于产品的质量要求范围。基础资料直接影响数据采集的质量，是数据质量的基础，因此必须对用于数据采集的基础资料进行严格的质量控制。5.3 对数据采集手段的选择根据数字产品的应用、用户的要求、精度高低的不同，合理选择不同的数据采集手段，满足质量及经济的双重需求。5.4 对软、硬件配置的要求用于内外业数据

16、采集的各种软、硬件，其性能和技术指标必须满足数据采集的质量标准和技术设计书的要求，作业前后必须对其进行检校，定期检修使其符合生产的技术要求。5.5 数据采集前的准备工作要做好数字产品过程的质量控制，首先必须从采集前的准备工作做起，准备工作包括学习和理解有关技术文件，如技术设计书、数字测绘产品质量标准、数据分类编码规定、操作技术规程等。准备工作是数据采集质量的基础，必须符合相应的技术要求，才能进行生产。5.6 数据采集中的监控是指在数据采集的整个过程中，采取一些有效措施，实时地检验并预防和纠正误差和错误。 该项质量控制是在建立数据精度文件和各项档案文件的制度下，按规定的各项质量指标抽取数据；利用各种统计图表工具经常而准确地掌握质量动态，以便发现问题，采取措施，防止或减少废次品的再生，使制造过程处于工艺稳定状态。过程表和进程跟踪就是典型的预防性质量控制的实时管理方式。过程表是对建立GIS 数据文件的过程进行非常详细的规定。使用过程表可以确保所有操作员按照相同的程序进行。因为过程的一致性在采集过程中是十分重要的，不同的过程将产生不同的结果。进程跟踪是实时质量控制中一种典型的预防性质量控制的管理方法，它是利用计算机程序在数据采集过程中，通过数据之间应当具有的各种关系（几何关系、数据取值范