空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

樂 恒，高 峰，張偉偉

（1.寧波市規(guī)劃與地理信息中心，浙江 寧波 315040）

空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

樂 恒1，高 峰1，張偉偉1

（1.寧波市規(guī)劃與地理信息中心，浙江 寧波 315040）

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件可有效提升數(shù)據(jù)檢查的效率和正確率，保障空間數(shù)據(jù)質(zhì)量。根據(jù)空間數(shù)據(jù)處理應(yīng)用工作的實(shí)踐，設(shè)計(jì)了空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的總體框架，介紹了實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，并建立了從后端數(shù)據(jù)規(guī)則配置到前臺質(zhì)量檢查和檢查結(jié)果評價(jià)等一整套工作流程。

空間數(shù)據(jù)；質(zhì)檢軟件；質(zhì)檢規(guī)則；數(shù)據(jù)質(zhì)量元素

數(shù)字城市、地理空間數(shù)據(jù)框架等概念的相繼提出，意味著空間數(shù)據(jù)的發(fā)展方向逐漸從單純的制圖表示向分析決策轉(zhuǎn)變[1]。為了符合這種發(fā)展趨勢，空間數(shù)據(jù)建立了如實(shí)體、空間關(guān)系、屬性關(guān)聯(lián)等一系列的基本概念，這種圖屬一體的數(shù)據(jù)組織方式也對空間數(shù)據(jù)質(zhì)量提出了更高的要求?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量作為數(shù)據(jù)的生命線，直接影響分析應(yīng)用的正確性和可靠性[2]，因此亟需建立一套完善的數(shù)據(jù)檢查機(jī)制。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢查方法多以人工方式完成，在面對海量空間數(shù)據(jù)的檢查時(shí)，不易保證檢查效率和結(jié)果準(zhǔn)確率。開發(fā)一套規(guī)范的、通用的、自動的、高效的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件[3]，能夠解決人工檢查步驟繁瑣和耗時(shí)長的問題，也能減少因人工干預(yù)而造成的疏忽和遺漏。

1 設(shè)計(jì)思路和總體框架

1.1 設(shè)計(jì)思路

本文充分研究了國內(nèi)外空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本特性和發(fā)展方向，結(jié)合質(zhì)檢工作的實(shí)際情況，形成的設(shè)計(jì)思路為：

1） 滿足海量空間數(shù)據(jù)的檢查需求，并保證整個(gè)檢查過程的精確和高效；

2）滿足多種空間數(shù)據(jù)格式的檢查需求，能支持shapefile、ArcSDE、Personal Geodatabase、File Geodatabase等ESRI公司主要數(shù)據(jù)格式；

3）設(shè)計(jì)一套滿足不同內(nèi)容數(shù)據(jù)（地下管線、各種比例尺基礎(chǔ)地形、各級規(guī)劃編制數(shù)據(jù)等）檢查需求的質(zhì)檢規(guī)則體系，避免因數(shù)據(jù)種類增加、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)改變等原因而造成的軟件再次開發(fā)和投入；

4）提供科學(xué)、合理、注重用戶體驗(yàn)的數(shù)據(jù)檢查方式和檢查結(jié)果展現(xiàn)方式，并形成以空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型為基礎(chǔ)的質(zhì)量評價(jià)體系。

1.2 總體框架

質(zhì)檢軟件采用兩層框架體系，按照功能和使用人員不同可分為規(guī)則配置端和數(shù)據(jù)檢查端。規(guī)則配置端是質(zhì)檢規(guī)則的創(chuàng)建和調(diào)整工具。由于質(zhì)檢規(guī)則都是以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗(yàn)為補(bǔ)充而形成的，這就要求使用人員必須深入了解數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程。數(shù)據(jù)檢查端是質(zhì)量檢查和結(jié)果評價(jià)的工具。其要求使用人員能正確判斷檢查結(jié)果，但并不要求完全掌握規(guī)則形成的原理。質(zhì)檢軟件的總體框架如圖1所示。

圖1 質(zhì)檢軟件總體框架

2 關(guān)鍵技術(shù)

空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件以ArcGIS Engine+ File Geodatabase為平臺進(jìn)行開發(fā)，不僅充分利用了ArcGIS在空間數(shù)據(jù)分析中的優(yōu)勢，同時(shí)還能發(fā)揮File Geodatabase在數(shù)據(jù)存儲和讀寫效率上的特長。

2.1 可配置的質(zhì)檢規(guī)則和任務(wù)體系

在規(guī)則配置端設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)規(guī)則、質(zhì)檢規(guī)則和質(zhì)檢方案3層結(jié)構(gòu)，通過層層定制的方式實(shí)現(xiàn)可配置的質(zhì)檢規(guī)則和任務(wù)體系。

2.1.1 可配置的質(zhì)檢規(guī)則

質(zhì)檢規(guī)則并不是一成不變的，它可能因數(shù)據(jù)種類的增加而增加，也可能因數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整而調(diào)整。若質(zhì)檢規(guī)則變化只能通過修改源代碼來完成，將大大降低程序的持續(xù)性、穩(wěn)定性和可用性。因此設(shè)計(jì)一套可配置的質(zhì)檢規(guī)則對軟件有著重要意義。

規(guī)則配置人員首先通過數(shù)據(jù)認(rèn)知轉(zhuǎn)換為物理模型表達(dá)的方法[4]將文字性描述信息轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)檢軟件的基礎(chǔ)規(guī)則，然后對規(guī)則進(jìn)行排列組合和參數(shù)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)規(guī)則的可配置?；A(chǔ)規(guī)則一般是指數(shù)據(jù)的本質(zhì)特性，是通過沉淀、抽象和總結(jié)多類型、多格式、海量空間數(shù)據(jù)的內(nèi)在邏輯關(guān)系而形成的。經(jīng)過不斷積累和反復(fù)驗(yàn)證，目前質(zhì)檢軟件采用的質(zhì)檢規(guī)則包括：庫體結(jié)構(gòu)質(zhì)檢規(guī)則、拓?fù)滟|(zhì)檢規(guī)則、屬性質(zhì)檢規(guī)則、懸掛點(diǎn)質(zhì)檢規(guī)則和線連通性質(zhì)檢規(guī)則等。

以大比例尺基礎(chǔ)地形圖的高程檢查為例，該質(zhì)檢規(guī)則的文字性描述可表達(dá)為：一般高程點(diǎn)附近都有高程注記，且標(biāo)注的高程值必須正確。通過拓?fù)滟|(zhì)檢規(guī)則（點(diǎn)和注記的空間最近關(guān)系）和屬性質(zhì)檢規(guī)則（高程點(diǎn)的Altitude字段值等于高程注記的TextString字段值）的組合來實(shí)現(xiàn)可配置的質(zhì)檢規(guī)則（表1）。

表1 高程檢查規(guī)則模型表達(dá)

2.1.2 可配置的任務(wù)體系

同一套數(shù)據(jù)面向不同的應(yīng)用時(shí)，對質(zhì)量的要求也不盡相同。當(dāng)側(cè)重于制圖表達(dá)時(shí)會注重圖形質(zhì)量，當(dāng)側(cè)重于空間分析時(shí)則更偏向于屬性質(zhì)量。因此在質(zhì)檢規(guī)則層的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了質(zhì)檢任務(wù)層，可針對不同的檢查需要定制不同的質(zhì)檢任務(wù)。質(zhì)檢任務(wù)體系的定制流程見圖2。

圖2 質(zhì)檢任務(wù)定制流程圖

2.2 支持多種數(shù)據(jù)格式的檢查方式

質(zhì)檢軟件以File Geodatabase作為進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查的中間載體，通過把其他格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為File Geodatabase后再進(jìn)行檢查的方法來實(shí)現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)格式的檢查。

保證信息在格式轉(zhuǎn)換過程中的完整性是實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)格式檢查的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換從本質(zhì)上講是數(shù)據(jù)模型之間的轉(zhuǎn)換[5]，質(zhì)檢軟件采用了ArcGIS支持的OGR技術(shù)。OGR是開源矢量空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達(dá)所支持的各種文件格式，同時(shí)提供一系列命令行工具來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理。

空間數(shù)據(jù)通過主鍵管理的方式對要素進(jìn)行唯一識別，但格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)會重新生成主鍵。為了保證格式轉(zhuǎn)換前后兩套空間數(shù)據(jù)能通過主鍵建立一一對應(yīng)關(guān)系，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)添加了OID字段來記錄原始數(shù)據(jù)的主鍵。

以shapefile數(shù)據(jù)為例，介紹質(zhì)檢軟件支持多數(shù)據(jù)格式的檢查方式，具體見圖3。

圖3 支持多種數(shù)據(jù)格式的檢查方式

2.3 基于空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型的評價(jià)體系

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型是用于標(biāo)識和評定質(zhì)量信息的形式結(jié)構(gòu)，是各種質(zhì)量元素共同作用的結(jié)果。國內(nèi)外學(xué)者對采用哪些質(zhì)量元素來描述模型展開了深入研究，基于不同的觀點(diǎn)，提出了很多評價(jià)空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量元素和指標(biāo)，目前尚無統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型[6]。

本文在研究了國內(nèi)外有關(guān)成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作實(shí)際，通過層次化抽象方法建立了空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型?？臻g數(shù)據(jù)一級質(zhì)量元素可歸納為數(shù)據(jù)組織、圖形質(zhì)量、屬性精度和邏輯一致性等，具體如表2所示。

表2 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型與質(zhì)量元素

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型中各質(zhì)量元素對綜合評價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)大小采用權(quán)重系數(shù)表示[7]。在評價(jià)體系中，質(zhì)量元素的權(quán)重系數(shù)并不是固定的，使用人員可根據(jù)質(zhì)檢任務(wù)的要求對權(quán)重系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。評價(jià)方法采用系數(shù)累加的方式，即把未發(fā)現(xiàn)錯誤的質(zhì)量元素權(quán)重系數(shù)進(jìn)行累加，得到最終評價(jià)結(jié)果。例如，大比例尺基礎(chǔ)地形的大面積修測項(xiàng)目和單個(gè)竣工測量項(xiàng)目對權(quán)重系數(shù)的側(cè)重就不同。根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，大面積修測項(xiàng)目應(yīng)適當(dāng)上調(diào)數(shù)據(jù)組織、圖形質(zhì)量方面的權(quán)重系數(shù)，而單個(gè)竣工測量項(xiàng)目應(yīng)適當(dāng)上調(diào)屬性精度、邏輯一致性方面（特別是接邊精度）的權(quán)重系數(shù)。

3 結(jié) 語

本文論述了空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的總體框架和實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了從后端數(shù)據(jù)規(guī)則配置到前臺質(zhì)量檢查和檢查結(jié)果評價(jià)等一整套工作流程。使用質(zhì)檢軟件可以有效提高質(zhì)量檢查的自動化水平和正確率，為地理信息的空間分析和決策提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)保障。

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查應(yīng)該貫穿空間數(shù)據(jù)的全生命周期，本文論述的質(zhì)檢軟件主要在數(shù)據(jù)成果階段提供了質(zhì)量控制的手段。質(zhì)檢軟件今后的發(fā)展方向，可以嘗試將質(zhì)量控制環(huán)節(jié)由數(shù)據(jù)成果階段前移至數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段，并以此為切入點(diǎn)，進(jìn)一步加深對空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的理解。

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：1672-4623（2016）11-0041-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.015

樂恒，工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)。

2015-01-20。