GIS空间数据质量控制的内容与方法研究

2022-09-11

1 空间数据

1.1 空间数据的基本特征

要完整地描速空间实体或现象的状态, 一般需要同时有空间数据和属性数据;如果要描述空间实体或现象的变化, 则需要记录空间实体或现象在某一时刻的状态。所以, 一般认为空间数据具有三个基本特征:空间特征、属性特征和时间特征。

(1) 空间特征:是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征, 以及与相邻地物的空间关系。又称为几何特征或定位特征, 一般以坐标数据表示。

(2) 属性特征:是指除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征, 如分类、数量特征、名称等。

(3) 时间特征:是指现象或物体随时间的变化。在设计属性时, 考虑多个时态的信息, 这对于大多数G I S软件来说是可以做到的, 但如何有效地利用多时态的数据在G I S中进行时空分析和动态模拟目前仍处于研究阶段。

1.2 空间数据的内容

在G I S中, 将空间数据抽象, 用数字表达可以归结为四大类:数字线划数据、影像数据、数字高程模型和地物的属性数据。

数字线划数据是将空间地物直接抽象为点、线、面的实体, 用坐标描述它的位置和形状。这种抽象的概念直接来源于地形测图的思想。这种描述也非常适用于计算机表述, 即用抽象图形表达空间实体。实际上大多数G I S都是以数字线划数据为核心。

影像数据包括遥感影像和航空影像, 可以是彩色影像, 也可以是灰度影像。影像数据在现代GIS中起着越来越重要的作用。数字高程模型实际上是地表物体的高程信息。属性数据是GIS的重要特征。属性数据包含两方面的含义:一是它是什么, 即他有什么样的特性, 划分为地物的哪一类, 这种属性一般可以通过判读, 考察它的形状和其他不确定性;第二种属性是实体的详细描述信息, 如一栋房子的建造年限、房主、住户等, 这些属性必须经过详细的调查。

2 空间数据质量控制

2.1 空间数据质量的基本概念

空间位置、属性特征以及时间是表现现实世界空间变化的三个基本要素、空间数据是有关空间位置、属性特征和时间信息的符号记录。空间数据质量则是空作墩据在表达这三个基本要素时, 所能达到的准确性、一致性、完整性, 以及他们三者之间统一性的程度。

由于现实世界的复杂性和模糊性, 人类认识和表达能力的局限性, 抽象表达总是不可能完全达到真值, 而只能在一定程统数据处理

码:A文章编号:1672-3791 (度上接近真值。从这个意义上说, 数据质量发生问题时不可避免的。因此, 空间数据质量的好坏是一个相对的概念, 并具有一定程度的针对性。

2.2 空间数据质量问题的来源

从空间数据的形式表达到空间数据的生成, 从空间数据的处理变换到空间数据的应用, 在这两个过程中都会有数据质量问题的发生。下面按照空间数据自身存在的规律性来阐述空间数据质量问题的来源:

(1) 空间现象自身存在的不稳定性, 包括空间现象在空间、属性和时间上的不确定性。

(2) 空间现象表达的不准确性或引入的误差。

(3) 空间数据处理中的误差。

(4) 空间数据使用中的误差。

在空间数据处理过程中容易产生的误差有以下几种:投影变换;地图数字化和扫描后的矢量化处理;数据格式转换;数据抽象;建立拓扑关系;数据叠加操作和更新等;数据集成处理;数据的可视化表达;数据处理过程中误差的传递和扩散等。本文研究的是上述 (2) (3) 类误差。

2.3 空间数据质量控制的方法

空间数据质量控制是个复杂的过程, 要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手, 分别用一定的方法减少误差。空间数据质量控制常见的方法有以下几种。

(1) 传统的手工方法。

数据质量的人工方法主要是将数字化数据与数据源进行比较, 图形部分的检查包括目视法、绘制到透明图上与原图叠加比较, 属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。

(2) 元数据方法。

数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息, 通过它可以检查数据质量, 同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化, 通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。

(3) 地理相关法。

用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。如从地表自然特征的空间分布着手分析, 山区河流应位于微地形的最低点, 因此, 叠加河流和等高线两层数据时, 如河流的位置不在等高线的外凸连线上, 则说明两层数据必有一层数据有质量问题, 如不能确定哪层数据有问题时, 可以通过将它们分别与其他质量可靠的数据叠加来进一步分析。因此, 可以建立一个有关地理特征要素相关关系的知识库, 以备各空间数据层之间地理特征要素的相关分析之用。

3 我国城市空间基础数据状况

据有关部门对我国3 8个城市空间基础数据现状的调查发现:我国城市空间基础数据包含3 D数据, 即D L G (数字线划图) 、D O M (数字正射影像) 、D E M (数字高程模型) 。其中, 数字线划图件是目前城市基本图件的最主要形式。各城市使用的基本图形比例尺主要是1∶500、1∶1000、1∶2000、1∶5000、1∶10000等5种。在一个具体的城市, 一般只使用其中的2种或3种比例尺, 通常是在1∶50~1∶2 0 0中选1~2种, 覆盖建成区及部分规划市区;在1∶5 0 0 0和1∶0000中选一种, 一般覆盖整个市域范围。数字图在所有图件中所占的比例, 在不同城市及同一城市不同比例尺间都有较大的差异, 为5%~1 0%从数字线划图建库情况看, 已建、正建和未建的比例分别是2 7%、5%和1 8%。相对于线划图, 城市D O M和D E M无论是数量还是种类均少的多。

城市地理信息系统建设的核心是数据库的建设 (包括空间地理信息数据库和属性数据库) 、空间地理信息的准确性与现势性, 关系城市地理信息系统运行质量和成败, 是城市地理信息系统的生命线。城市大比例尺地形图作为基础数据和背景信息, 是城市地理信息系统不可缺少的基础, 因此城市大比例尺基本地形图的数字化更新与顺利进入G I S已成为当前城市地理信息系统发展中具有普遍性的问题。

4 城市地理信息系统空间数据处理

目前我国城市空间基础数据生产与提供取得巨大的成绩, 但是空间基础数据依然是城市地理信息系统和数字城市建设的“瓶颈”。未来城市的发展对空间基础数据的需求将给城市空间数据的处理提出了新的挑战。在城市基础空间数据中, 由于数据采集与作业方式的不同, 导致了基础空间数据的多源和多格式。因此, 空间数据的标准化就必须进行数据转化, 由C A D空间数据向GIS基础空间数据转换。与此同时, 必须对城市基础空间数据进行相应的处理, 是使城市基础空间数据符合城市信息化发展的需求。

从广义上来说, 地理信息系统是关于空间数据处理的计算机系统, 因此广义上的空间数据处理包括空间数据的采集、表达、存储、管理、查询、分析、可视化显示与应用等多方面的内容。

摘要：本文以空间数据质量控制为研究对象, 首先简要阐述了空间数据的基本特征何内容, 而后详细讨论了空间数据质量控制的内容与方法, 最后分析了我国空间数据生产的基本状况和空间数据处理方法。

关键词：空间数据质量控制,城市地理信息系统,数据处理