关于基础地理信息数据库质量控制方法及制图输出的探讨

张 晶

（山西省测绘地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象的内容，是对客观世界各种事物特征的反映。它有四个特征：反映客观事物的运动状态和方式、可以根据不同的应用场景进行调整、可以采用多种方式进行传播、具有扩散性共享性。

地理信息是表示地理系统各要素的数量、质量、分布、互相之间的联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称，地理信息数据量大，对于数据密集和数据稀疏的地方，我们需要不同的表达方法，因此数据分布极为不均匀。在表达地物关系时拓扑关系非常复杂。在地理实体中同一物体具有多方面的属性结构，这些属性结构本身会出现空间上的重叠。地理数据在空间和时间范围内体现出不同的尺寸大小和长短，具有多尺度的特点。纸质地图、外业测量数据、遥感影像数据与GIS 数据一起构成了地理信息。地理信息能够以点、线、面等要素直观地反映地理特征。

以空间数据库为基础，采用地理模型分析，实现地理信息的采集、存储、检索、分析、显示、预测和更新形成了地理信息数据库。它涉及的学科范围非常广泛，与摄影测量与遥感、地图学、计算机科学、人工智能、测绘学和地理学都密切相关，数据类型多样，数据结构复杂，是一门名副其实的交叉技术，属于信息科学与信息技术的范畴。

1.基础地理信息数据库的概念及数据库建设的意义

基础地理信息数据库主要描述的是地表的形态风貌以及基于土地的自然历史文化特征，它可以在各行各业通用，以达到资源共享。大体上凡是与地理信息数据相关的行业和领域都选用基础地理信息数据库进行统一的地理空间定位和空间分析。基础地理信息数据库中的数据主要由自然地理信息中的建筑物、地貌、地名、水系、道路以及一系列辅助设施和社会经济要素构成，此外，还有地图比例尺、坐标系地理格网和图例来详细描述我们所要表达的信息，数据库中的地图比例尺大致分为三个层次：大于1∶10000 的大比例尺地图，1∶10000 到1∶100000 的中比例尺地图，小于1∶100000 的小比例尺地图。比例尺越大，基础地理信息的负载量就越多，表现形式就越发多样化，例如，卫星影像、航拍照片、各类数据信息、其他比例尺地形图、甚至音像资料等都可以融合在我们的数据库里，数据库作为各类地理信息用户的统一媒介、方便查询和管理应用，面向社会开放使用，被大众所共享，能更好地为社会提供服务，为国家的基础建设提供有利的技术支持。基础地理信息数字化信息源的数量和质量对一个国家地理信息系统技术应用有着深远的影响，它的建设直接关系到国家的信息自主权和实力的大小。

1∶10000 基础地理信息系统是国家基础地理信息系统的重要组成部分，同时也是省级基础地理信息系统的核心和基础。1997 年以来，各省政府陆续把1∶10000 基础地理信息更新与建库作为省级基础测绘的重点，列入地方国民经济和社会发展规划[1]。1∶10000 基础地理信息系统的建立为各行各业以及民生生活等诸多方面都提供了空间信息服务和技术保障。在1∶10000 基础地理信息数据的基础上，各行各业的数据得到整合和资源共享，为政府决策提供科学准确的参考凭证，也为各行业的工作决策提供了技术支持。

2.基础地理信息数据库建库数据的内容

数字线划图（DLG）、数字高程模型（DEM）、元数据、数字正射影像图（DOM）、数字栅格地图（DRG）等其他专题数据共同组成了基础地理信息数据库。

2.1 矢量数据库

矢量数据是在国家基本比例尺基础上包含定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名等的数据。根据国家基础地理信息系统总体设计，国家级地形数据库的比例尺分为1 ∶1000000、1 ∶250000 和1∶50000 三级，省级地形数据库的比例尺分为1∶250000、1∶50000 和1∶10000 三级[1]。以山西省1∶10000 数据为例，采用2000 国家大地坐标系，1985 高程基准，高斯—克吕格投影3°分带，中央经线为111°，数据格式为ArcGIS Personal Geodatabase，数据包含定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名等九大类数据集。

2.2 地名数据库

地名数据库是将国家基本比例尺地形图的各类地名注记的拼音、属性特征、图幅号等录入计算机建成数据库，这种数据库可以自己单独运行，也可以和矢量数据库连接运行，方便我们查询和管理。

2.3 数字栅格地图数据库

数字栅格地图数据库是将已经出版的地图做扫描和计算机处理形成的数据库。栅格数据可以以两种形式进行存储、栅格目录和栅格数据集。栅格目录中包含现势数据和历史数据。

2.4 数字正射影像数据库

数字正射影像数据库是将遥感卫星影像和航拍影像经过色彩校正和几何校正之后建成的数据库。其颜色可以是全色、真彩色和假彩色。

2.5 数字高程模型

数字高程模型是以等高线、高程和水系数据作为原始数据，通过数学内插形成的数据库，也可以用数字摄影测量法获取。

2.6 元数据库

元数据是数据的数据，是关于数据的内容、质量、表示方式、空间参照系、管理方式和其他特性的描述性信息[1]。一般采用*.XLS 格式，范围要与相对应的DLG、DEM 保持一致。

3.1∶10000 建库质量评价体系

由于1∶10000 基础地理信息数据的重要性，数据的质量就表现得尤为重要。我们大体用微观和宏观两个指标衡量数据质量。微观指标主要包括位置和属性的精度以及逻辑的一致性。宏观指标主要考察数据的完整性、时效性和表达形式的合理性。数据的位置精度包含数据基础精度、平面精度、接边精度、高程精度以及像元定位精度。数据的属性精度包含属性文件是否建立、属性项是否齐全以及属性项定义是否正确。数据的拓扑必须一致，并且在地理数据的范围、空间实体类型方面必须完整。空间关系具体指点、线、面之间的关系。点要素有位置，但没有宽度和长度，线要素有长度，但无宽度和面积，面要素只有宽度和长度，各种要素统一集合才能构成属性的完整性。数据的时间精度包含数据采集时间的一致性和参考资料与实地的符合程度。数据表达形式的合理性主要指数据抽象、数据在空间和时间等方面要与真实地理世界一致。

我们把地理空间数据质量评价的方法概括为以下四种：

（1）地理空间数据质量评价矩阵；

（2）人工判断；

（3）元数据方法；

（4）地理相关法。

3.1 数据入库前的检查与规整

（1）数据检查的内容是以数据的规范性、完整性、正确性为检查原则；

（2）数据检查的内容一般有数学基础、位置精度、逻辑一致性、属性检查和接边以及附件的检查；

（3）数据基础检查包括投影基准的检查，即制定方案时设定基准标准值，通过程序从数据中读出实际的投影，将两者进行比较，实现自动检查。数据范围检查，包括图廓点顺序、坐标是否正确，数据内容是否在图廓范围内；

（4）位置精度的检查主要包含平面位置精度和高程精度的检查。具体检测步骤为选择特征点、获取检测点坐标、采集图上对应点坐标，等高线内插获取高程、均方根误差RMSE计算；

（5）逻辑一致性检查包括用容差的方法检查数据的重叠性、弧段相交检查、弧段互相交错的检查以及悬挂点的检查；

（6）属性数据检查包括属性项的检查、属性值检查；

（7）接边检查包括几何位置的接边检查和属性的接边检查；

（8）附件质量检查包括元数据、图历簿、技术设计书的手工检查和计算机辅助检查。

以山西省2020 年1∶10000 基础地理信息数据库建库为例，对DLG、DEM 及其相应的元数据进行入库前检查和数据预处理。在对数据成果分析的基础上，采用以GEOWAY 软件检查为主、人工交互检查为辅的技术方法，开展数据入库前检查。

3.1.1 DLG 数据检查

首先是数据总体检查：

（1）文件名称、图层名称是否正确；

（2）重要图层是否缺失BOUA、BOUL、HYDL、RESA、RESP、LRDL、TERL、TERP、VEGA；

（3）属性项个数是否正确；

（4）字段的类型、长度等设置是否正确；

其次是数学基础检查：各层的投影信息和坐标系统是否正确。

第三是数据范围检查：各层数据是否有超出图廓范围的要素。

第四是属性检查：

（1）国标是否为空；

（2）每个国标对应的必填字段是否为空；

（3）名称项是否有空格，名称内是否有库外字；

（4）各图层属性字段值域的检查；

（5）图幅内与图幅间的接边检查。

第五是同一图层内的图形检查：点的方向、线和面的拓扑关系检查；

第六是图层关系检查：各图层之间的位置关系，能否相交与重合等；

第七是接边检查：

（1）图幅内接边：要素在一定距离内是否接到图廓边；

（2）图幅间接边：图形和属性是否接边。

3.1.2 DEM 数据入库检查

DEM 数据入库检查中确定图幅名称、范围是否正确，平面坐标系和投影是否正确，是否有高程异常和无效区域。

3.1.3 元数据入库检查

元数据检查中主要看数据内容是否有缺失、内容和格式是否正确。

3.2 数据的质量控制

3.2.1 质量管理原则

为保证1∶10000 基础地理信息数据库成果的完整性、正确性和权威性，在1∶10000 基础地理信息数据库成果数据建库过程中必须采取严格的质量监督与管理措施[2]。数据建库工作质量管理需遵循以下基本原则：

（1）统一规范原则。建库中的数据内容、数据库结构、数据库设计、技术路线和方法流程、建库各步骤技术流程、质量管理要求等都依据1∶10000 基础地理信息相关技术规定，确保与数据建库遵循统一的技术规范。

为了在1∶10000 基础地理信息数据检录过程中真正落实统一技术规范，在建库过程中采用统一的数据建库工具软件，包括数据入库检查工具软件，在数据入库前对成果数据进行一致检查，确保成果数据质量。

（2）将质量监督管理工作贯穿于数据库建设全过程，包括数据建库方案制定、数据入库检查、数据建库处理、数据库管理等各个环节。对每个环节都需要采取相应措施，严格质量管理，只有当前成果质量符合要求才能转入下一环节工序。

3.2.2 入库前质量控制方法与流程

入库前数据的质量检查一般遵循下列三种方法：

（1）程序检查。通过数据质检软件，按照国家要求制定的技术设计书制定质检方案，运行程序检查和发现数据中存在的错误，以图形的方式输出错误标识并利用可视化GIS 软件查询改正；

（2）人机交互检查。很多数据错误类型单单依靠程序检查是没办法确定正确与否的，所以当程序将可疑之处搜索出来，我们可以利用ArcGIS 精确定位，再采用人工交互检查方法，由作业员判断数据的正确性，不合理之处改正后进行再检直到无错误为止；

（3）图面检查。将数据转化为数据规范所示符号，便于作业员人工判断数据内容是否合理，不合理的予以改正。

4.制图输出前的检查

在质量控制与检查的最后一步图面检查中，作业员通过可视化图形，判断检查数据内容的正确性，最后达到制图输出的目的。

以往在1∶10000 基础地理信息数据库建库和升级改造项目中，我们曾采用过不同的软件进行操作，例如，吉奥之星、ArcGIS 等。在此次山西省1∶10000 基础地理信息数据库建库项目的图面检查中，我们所采用的是GEOWAY 快速成图批量软件出图，然后进入GEOWAYTopoCartor 地形图编辑软件进行检查编辑，因为前期在程序自动检查中已对数据做了大批量质检和修改，所以成图之后的图面检查只对遗留问题做简单核查即可。所遗留的问题中主要分为两大类：一类为比较重要的原则性问题，这些是需要重新修改数据本身后再通过成图软件另行输出，例如，有些图幅投影设置仍有问题，无法正常出图，需要进行投影转换，也有丢失境界面导致图例不完整的情况；还有一些道路因为属性错误导致道路不连通等情况；另一类为一般性错误，包括符号方向的错误修改及多余符号的删除，图廓及图例整式的编辑和位置摆放，注记的字体核查及合理摆放等。

5.结束语

在测绘事业的蓬勃发展中，质量占据了极其重要的地位，它不仅影响着国家建设的安全，还为经济社会规划决策提供了的科学、准确的依据，它关系着一个国家的主权、利益和民族尊严。基础地理信息数据要具备高质量，就必须建立起一套与之相适应的质量检查体系；只有在正确的决策支持下；有长期的工作规划，有强大的人才队伍，才能确保成果高质量，进一步提高为政府和大众服务的能力和保障水平。