數(shù)字線劃圖自動質(zhì)量檢查的方法設(shè)計與實現(xiàn)

方睿紅，謝三五

（1.自然資源部第一地理信息制圖院，陜西 西安 710054）

數(shù)字線劃圖是現(xiàn)有地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，保存各要素空間關(guān)系和屬性[1]?；A(chǔ)測繪地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品中，數(shù)字線劃圖（DLG）是應(yīng)用最廣泛、作用最突出的一項。在生產(chǎn)中，涉及多個工序，且技術(shù)指標復(fù)雜，大量的編輯處理及建庫工作需要人工完成[2]，因此也更容易在生產(chǎn)過程中留下質(zhì)量缺陷和錯誤。當今海量的地理信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的特征，在計算機軟件越來越人工智能化的進程中，如何利用計算機來盡可能最大化地解決DLG這類空間矢量數(shù)據(jù)的自動質(zhì)量檢驗問題，是測繪和地理信息領(lǐng)域關(guān)注的熱點?，F(xiàn)常用的矢量數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查類的軟件，基本均能實現(xiàn)拓撲關(guān)系、數(shù)據(jù)層屬性等質(zhì)量項的檢查，但是很少深入到更為詳細的研究。并且很多質(zhì)檢類軟件均是以圖幅或者個體作為單位進行單個樣本的檢查，如基于ArcEngine的DLG數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)[3]等，無法在海量圖幅的標準DLG生產(chǎn)中實現(xiàn)批量化的質(zhì)量 檢查。

根據(jù)生產(chǎn)中的這些實際需要，依托陜西省1∶10 000基礎(chǔ)地理信息更新DLG生產(chǎn)和其他一些省級DLG生產(chǎn)與更新項目，設(shè)計了從基礎(chǔ)拓撲檢查到根據(jù)項目技術(shù)要求細化的質(zhì)量子元素檢查，這樣一套完整的質(zhì)檢方案，同時也滿足批量化的檢查要求。并根據(jù)設(shè)計方案開發(fā)質(zhì)量檢查程序，實現(xiàn)DLG數(shù)據(jù)的自動化質(zhì)檢，應(yīng)用于標準DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

1 方案設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢查

DLG成果數(shù)據(jù)庫均根據(jù)項目的要求有統(tǒng)一的分層和屬性設(shè)計，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的正確與否是首要的質(zhì)檢重點。檢查的內(nèi)容包括幾何類型、完整性、字段屬性、字段名稱和順序。

由于各個項目對于具體內(nèi)容的要求會存在差異，為方便程序質(zhì)檢，設(shè)計了可更改的配置文件來進行靈活的設(shè)置，包括圖層列表、各圖層字段順序表、屬性項定義表。以屬性項定義表為例，其具體可配置內(nèi)容見表1。

表1 屬性項定義表

1.2 通用性檢查

DLG各層的數(shù)據(jù)內(nèi)容存在一些共有的特點：比如都具有嚴格的拓撲規(guī)則，某些屬性具有一樣的填寫約束。同時，即使各個項目生產(chǎn)標準存在差異，但在例如國標值的合理性、等高值高程點的咬合等方面，具有一樣的技術(shù)要求。因此，在檢查中，將此類通用性質(zhì)的質(zhì)量子元素進行整合封裝，可應(yīng)用于多個具體生產(chǎn)項目實例。

1.3 可定制化分層檢查

DLG數(shù)據(jù)的分層按照地理信息類別有完整的分類，在目視檢查中，檢查人員均習(xí)慣于按照類別進行。為了更直觀地體現(xiàn)檢查內(nèi)容，將計算機自動檢查的子元素進行歸類，部分子元素歸類見表2。

表2 部分子元素歸類表

分層數(shù)據(jù)自動化檢查時，為了解決各個不同生產(chǎn)項目之間的標準差異，設(shè)計按項目進行了區(qū)分，程序可根據(jù)具體項目進行添加，同時把各個子元素設(shè)計為自定義選擇，可根據(jù)具體需要進行取舍。

2 功能開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

ArcEngine是美國ESRI公司發(fā)布的一款 GIS二次開發(fā)產(chǎn)品，它是目前GIS業(yè)界最為著名的組件式 GIS 開發(fā)產(chǎn)品[4]。ArcEngine開發(fā)組件提供了嵌入式的GIS組件庫與工具庫來讓用戶在開發(fā)中獲得強大的地理信息數(shù)據(jù)處理功能，設(shè)計的DLG質(zhì)檢方案可以使用該組件來進行軟件上的實現(xiàn)[5-6]。

2.1 細化的質(zhì)量子元素檢查實現(xiàn)

除了實現(xiàn)基本的要素拓撲關(guān)系、通用性的屬性內(nèi)容等質(zhì)量項的檢查外，軟件需要設(shè)計好針對比如流向與水系方向的正確性、植被層地類界的合理性、特殊地物咬合等更加細化的質(zhì)量子元素的自動檢查技術(shù)方案。軟件編寫中需要設(shè)計針對性的算法，由于面向海量數(shù)據(jù)，不僅效率要高、且誤報情況要少。

2.2 可配置的質(zhì)檢約束選擇

在生產(chǎn)中，各個項目的質(zhì)檢規(guī)則并不是一成不變的，可能因數(shù)據(jù)類型的增加而增加，也可能因數(shù)據(jù)標準或技術(shù)要求的調(diào)整而調(diào)整[7]。出于可維護性的考慮，應(yīng)設(shè)計完整的配準文件體系，對一些變化性規(guī)則進行調(diào)整，提高軟件的可維護和可擴展性，同時，針對各個質(zhì)量子元素也給出圖形界面，使用戶可自行進行組合選擇，針對性地進行全面檢查或重點項檢查。

3 具體程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 自動化檢查流程

3.1.1 配 置

開始檢查前，通過配置文件進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)內(nèi)容兩方面的一些自定義條件設(shè)置。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括圖層、屬性項、字段順序等。數(shù)據(jù)內(nèi)容包含諸如坐標精度、拓撲容差、要素關(guān)系容差等要求。配置完成以規(guī)范化檢查條件，設(shè)置界面見圖1。為了方便用戶的選擇，對于各個質(zhì)量子元素也給出圖形界面可進行自定義選擇，圖形界面見圖2。

圖1 檢查條件配置界面

圖2 質(zhì)量子元素選擇界面

3.1.2 批量檢查

制定好DLG數(shù)據(jù)的上層路徑后，即可進行一鍵批量檢查，輸出結(jié)果為點、線、面3個shape記錄文件，用以記錄錯誤的空間位置和具體的錯誤說明。檢查界面設(shè)計應(yīng)簡約易操作，界面部分截圖見圖3。

圖3 檢查操作界面

3.2 部分算法的實現(xiàn)

3.2.1 流向方向檢查

流向是DLG數(shù)據(jù)中數(shù)量比較多的地理要素之一。而以往的質(zhì)檢中大多是依靠符號化處理后進行目視解譯。本軟件設(shè)計了一個檢查方法，針對每個流向要素首先計算出方向值，然后設(shè)計緩沖方法和距離，在位置對應(yīng)的水系上取兩個距離靠近的點計算方向值。兩個方向值的較差在限差范圍外即視為流向方向錯誤。部分關(guān)鍵代碼如下：

3.2.2 地類界檢查

第一步：篩選出需要地類界的植被面要素；第二步：建立拓撲工作數(shù)據(jù)集，將植被面要素、地類界要素、替代地類界的各線狀要素導(dǎo)入；第三步：進行拓撲檢查，計算出除開地類界要素以及能替代地類界的各要素外，未組成植被面要素的邊線，即為缺失的地類界。第四步：計算地類界和能替代地類界的各要素的重疊部分，即為多余的地類界。

4 結(jié) 語

除了通用性的常規(guī)拓撲、屬性檢查外，創(chuàng)新性地設(shè)計了根據(jù)具體的項目數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行細化的特殊質(zhì)量子元素的自動化檢查，并針對目前生產(chǎn)中質(zhì)量檢查的情況，解決了造成的耗費人力、操作重復(fù)的問題。目前設(shè)計完成的質(zhì)檢軟件已廣泛應(yīng)用于多個省級 1∶10 000 DLG生產(chǎn)與更新項目中，可以很好地提高作業(yè)和質(zhì)檢效率。

軟件使用簡易快捷，通過開放的可配置文件形式，給使用者提供了方便的定制途徑，具有良好的需求普遍性和通用性。