地理信息空间数据的误差分析及其质量控制

李楠+赵建军

摘 要：笔者通过多年来在GIS空间数据质量检查验收工作中积累的一些实践方法、经验与体会，阐述了地理信息数据的质量问题，提出了地理信息空间数据误差的来源和形成原因，并对产生的原因进行分析，提出了地理信息空间数据质量评价体系以及方法。通过制定有效的质量控制方法，最终保证地理信息空间数据的质量，为地理信息的广泛应用和发展提供基础保障。

关键词：地理信息空间数据 误差分析 质量控制

中图分类号：O21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（c）-0023-03

Error Analysis and Quality Control of Spatial Data

Li Nan Zhao Jianjun

（Xi`An Institute of Prospecting and Mapping，Xi`An Shaanxi，710054，China）

Abstract：Practice and experience method， through the experience accumulated over the years in the work of quality inspection and acceptance of GIS spatial data， describes the quality problem of geographic information data， the source of geographical information and spatial data error and the causes， and the reasons for analysis， put forward the spatial data quality evaluation system and methods. Through the development of effective quality control methods， and ultimately to ensure the quality of geospatial data， geographic information for the wide application and development of the basic protection.

Key Words：GIS spatial data；Error analysis；Quality control

近年來地理信息系统（GIS）应用日益广泛，用户对地理空间数据产品质量要求越来越高。空间数据是GIS的核心与操作对象，数据质量在极大程度上决定GIS应用和决策的成效。对于数据质量的优劣，直接影响GIS分析及应用结果的可靠性，如果不考虑数据质量，当用户发现GIS的结论与实际的地理状况相差较大时，GIS就会得出错误的信息结论，失去应用价值。因此，空间数据质量控制是GIS生存和发展的保障[1]。该文主要根据笔者在数据检查验收工作中，获得的一些经验与建议，与同行一起交流、探讨地理信息空间数据质量评价，误差来源、质量控制方法等。

1 地理信息空间数据质量基本概念

地理信息空间数据质量的基本概念包括以下几个方面，在地理信息空间数据的生产环节必须从数据质量的基本方面加强人员培训和技术管理，从源头上保障空间数据质量。

（1）数据的准确度。即一个记录值（测量或观察值）与它的真实值之间的接近程度。空间数据的准确性经常是根据所指的位置、拓扑或非空间属性来分类的。它可用误差来衡量。

（2）数据精度。即对象描述的详细程度。精度要求测量能以最好的准确性来记录，但是这可能误导提供了较大的精度，因为超出一个测量仪器的已知准确度的数字在效率上是冗余的。

（3）空间数据的分辨率。指两个可测量数值之间最小的可辨识的差异，可以看作记录变化的最小距离。

（4）比例尺。是地图上一个记录的距离和它所表现的“真实世界”的距离之间的一个比例。

（5）误差。定义出一个所记录的测量和它的事实之间的准确性以后，很明显对于大多数目的而言，它的数值是不准确的。误差包括，位置误差、属性误差、位置和属性之间的误差。

（6）不确定性。GIS的不确定性包括空间位置的不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致及数据的不完整性[2]。

（7）数据的相容性。是指两个来源的数据在同一个应用中使用的难易程度。譬如土地利用图中相邻图斑的接边，如果两块图的相容性好， 则接边容易且正确性高，则相容性好，反之则相容性差。

（8）数据的一致性。是指空间数据在表达相同要素时的相同性，一致性，例如：在总体规划图上的行政区划和土地利用图上的行政区划应当一致且相同，则一致性好。如果由于编制人员不同或更新时间不同则造成行政区划不能很好重合，则一致性差。

（9）数据的完整性。指空间数据在属性描述及范围上是否表现完整。 随着地理信息系统的广泛应用，不同行业对数据的要求呈现多样化，详细化趋势，对地理信息的空间数据的描述也要求越来越高。完整性好的地理信息数据提高了数据的质量和可用度。

2 地理信息空间数据中的误差

地理信息空间数据的空间性决定了其具有空间坐标和位置精度要求，地理信息空间数据的误差是直接影响地理信息空间数据质量的重要因素，如何保证数据的位置正确性，形状正确性，都和误差控制有关，地理信息空间数据的误差，按其来源可以分为原始数据误差和空间数据库建库所引入的误差。其中原始数据误差是主要误差，地理信息空间数据的生产过程是从测绘外业作业，内业采集编绘，数字化、矢量化作业的复杂过程，每一环节都会产生误差，需要严格满足作业规范要求。将原始数据误差控制在规范要求范围内，是地理信息空间数据质量的重要保证。空间数据库建库所引入的误差，只要选择科学、先进的建库方案，作业流程，以及进行误差分析，建立误差控制流程，可以将其控制在合理的范围内。

（1）原始数据误差。是指在空间数据库建设时所需要的基础地理信息数字化数据，包括矢量化数据、栅格影像数据、遥感影像数据、DEM数据等，这时候的地理信息数据是符合测量规范和标准的数字化测绘数据，其本身具有测绘过程中的固有误差，满足测绘产品对误差的要求标准。它未经任何的地理信息系统的分析处理。原始误差可分为源误差、处理误差和使用误差3种类型。

（2）空间数据库建库所引入的误差。空间数据库中的多源数据，经过基础地理信息数据库系统管理平台的各种分析、处理后，可以形成新的数据和最后产品。在这个过程中还会产生新的误差，这些误差包括：计算误差、拓扑叠加分析引起的数据误差以及GIS中的误差传播问题。

（3）误差分析。地理信息空间数据的数据误差可以是系统的，或者人为产生的。它包含位置误差即几何误差、属性误差、逻辑误差、完整性误差及时间误差，在这几种误差中，涉及生产人员引起注意的是位置、属性、逻辑、时间4种误差，要特别加以注意和控制[3]。

3 地理信息空间数据质量评价

提高地理信息空间数据的数据质量的前提是建立空间数据生产的质量评价标准体系，包括评价方法、评价过程和地理信息空间数据质量度量模型。

（1）评价方法：空间数据质量评价，应以直接质量评价方法为主，间接质量评价方法为辅，方法如图1所示。

（2）评价过程：数据质量评价过程如图2所示。

（3）度量模型：数据质量度量模型如图3所示。

4 地理信息空间数据质量控制

提高地理信息空间数据的数据质量，最终需要落实到生产作业控制流程中，地理信息空间数据质量控制是个复杂的过程，常用的方法有传统的手工方法、元数据的方法以及地理相关法。

地理信息系统（GIS）的内容主要是地理信息数据的展示和应用，GIS质量主要是指地理信息空间数据的质量，其检查内容主要有如下几类。

（1）地理信息空间数据的检查，其主要内容包括以下几种。

①需要导入数据库的地理信息数据文件是否齐备。

②地理信息空间数据的地理参考系统是否正确，是否满足整个数据库入库的基本要求。

③数据格式检查：是否为可用的数据格式，是否需要进行数据转换，数据转换后的数据质量如何，数据是否有丢失错漏情况。

④整体检查、评估数据空间位置的几何精度。

⑤空间地理特征的完整性：面状特征要素是否以面状的封闭多边形进行表达。

⑥类型一致性检查：分类、分层，颜色设置，线状地物是否连续，代码的一致性，矢量几何精度一致性、影像像元大小一致性、数字地面模型格网大小一致性等。

⑦拓扑一致性检查：拓扑关系、多边形闭合关系等。

⑧数据接边检查：同比例尺接边处理、相邻图幅要素属性及几何图形接边检查、各时期各类型数据接边检查。

（2）地理信息属性数据的检查：主要包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的正确性、空间数据与属性数据的连接关系的正确性等。

（3）地理信息空间数据之间关系正确性的检查主要包括各要素之间的相对关系正确性，要素上下显示覆盖关系的正確性等。

5 结语

地理信息空间数据是地理信息系统（GIS）的核心和基础，地理信息空间数据的质量是地理信息空间数据的生命力。通过以上本文的讨论，我们可以看出，对空间数据进行误差分析、质量评价以及建立适合地理信息空间数据的质量控制方法，能够保证空间数据的质量，也就为GIS生存和发展提供保障，同时也将对各类不同部门的决策和减少GIS设计与开发的盲目性等方面有重大的影响。

参考文献

[1] 刘骞.浅谈空间数据质量管理[J].科技资讯，2013（19）：20-21.

[2] 王庆光.GIS空间数据质量研究[J].水利科技与经济，2007（5）：337-338.

[3] 李作銮.浅谈GIS空间数据质量控制[J].环球人文地理，2015（6）.