GIS在土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中的應(yīng)用研究

1、GIS在土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中的應(yīng)用研究摘要：要實現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用和社會化服務(wù)，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展、土地宏觀調(diào)控需要，須重視土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量。本文從土地利用數(shù)據(jù)的特點入手，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制內(nèi)容和技術(shù)分析，提出了利用GIS技術(shù)檢查土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法。關(guān)鍵詞：GIS；土地利用數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中圖分類號：P23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3695-（2010）02-37-04引言隨著國土資源信息化的全面推進和縱深發(fā)展，特別是“數(shù)字國土”、“金土工程”的全面實施，實現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用和社會化服務(wù)，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展、土地宏觀調(diào)控需要，是土地利用數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向，而數(shù)據(jù)質(zhì)量

2、是土地利用數(shù)據(jù)有效應(yīng)用的基礎(chǔ)。土地利用現(xiàn)狀調(diào)查是獲取土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的重要方式。為了有效保證現(xiàn)狀調(diào)查成果的正確、規(guī)范和完整，避免由于技術(shù)和人為因素造成的數(shù)據(jù)失真，確保調(diào)查成果、圖件與實地三者的一致性，需利用成熟的技術(shù)手段對土地利用數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查。GIS是用于采集、處理、查詢、分析、表達和輸出空間數(shù)據(jù)的計算機信息系統(tǒng)，具有空間特性的GIS數(shù)據(jù)是GIS的核心。因土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的空間特性，可采用GIS的質(zhì)量控制技術(shù)從圖形、屬性和拓撲關(guān)系等方面對土地利用數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查。本文從土地利用數(shù)據(jù)的特點入手，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制內(nèi)容和技術(shù)分析，提出了土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法，為實際工作中土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量

3、控制提供參考。2土地利用數(shù)據(jù)特點土地利用數(shù)據(jù)包括行政區(qū)、境界、等高線、高程點、權(quán)屬單位、界址線、基本農(nóng)田、地類圖斑和注記等多類土地利用要素，其內(nèi)容是通過矢量的幾何圖形和相應(yīng)的屬性值來表達的。其中，行政區(qū)、宗地和圖斑用面狀圖形表達，境界、等高線、界址線、線狀地物和地類界線用線狀圖形表達，高程點、界址點和零星地物用點狀地物表達。土地利用數(shù)據(jù)的空間特性和信息化的計算機管理模式，決定了土地利用數(shù)據(jù)不僅僅要滿足特定的幾何精度指標(biāo)，自動計算出的土地面積更要與實際調(diào)查結(jié)果保持一致，不同級的行政界線之間必須保持共線，地塊之間的拓撲關(guān)系必須正確，例如相鄰地類圖斑間不存在縫隙或交疊。3GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制內(nèi)容GIS

4、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)完備性、邏輯一致性、定位精度、屬性精度、時間精度等內(nèi)容。數(shù)據(jù)完備性：指地理數(shù)據(jù)在范圍、內(nèi)容及結(jié)構(gòu)等方面覆蓋所有要求方面的完整程度，包括數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)分層、實體類型、屬性數(shù)據(jù)和名稱等方面的完整性。邏輯一致性：描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包括概念的、邏輯的或物理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、要素屬性和它們間的相互關(guān)系符合邏輯規(guī)則的程度。它是指數(shù)據(jù)關(guān)系上的可靠性，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、空間屬性和專題屬性，尤其是拓撲性質(zhì)上的內(nèi)在一致性；如多邊形的閉合精度、結(jié)點匹配精度、拓撲關(guān)系的正確性等。定位精度：也稱作空間位置精度，為實體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與實體真實位置之間的接近程度，常常以空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度來表示，

5、包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)精度、平面精度、高程精度、接邊精度、形狀再現(xiàn)精度（形狀保真度大?。?、像元定位精度（分辨率）等。平面精度和高程精度又可分為相對精度和絕對精度。屬性精度：是指實體的屬性值與其真實值相符的程度，屬性精度一般取決于數(shù)據(jù)的類型，而且常常與位置精度有關(guān)，主要包括要素分類與代碼的正確性、要素屬性值的正確性及名稱的正確性等幾個方面。時間精度：即數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，是指地理數(shù)據(jù)時間信息的可靠性。地理數(shù)據(jù)的更新周期較長，因此歷史數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)存在一定差異，這直接影響了地理數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，可以通過記錄數(shù)據(jù)更新的時間和頻率等來表示。4GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)基于規(guī)則的拓撲一致性檢查技術(shù)是GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量控制重要技術(shù)

6、，其本質(zhì)上是利用GIS預(yù)定義的圖形拓撲規(guī)則，實現(xiàn)對圖形的拓撲一致性的檢查。4.1懸掛點檢查懸掛點：懸掛節(jié)點有多邊形不封閉、不及或過頭、節(jié)點不重合（不接頭）等幾種情形。GIS中定義的拓撲規(guī)則：Must Not Have Dangles約束了線層中的每一條線段都與本身或者其他要素相接觸，可以用來執(zhí)行懸掛點檢查。4.2偽節(jié)點檢查偽節(jié)點指的是具有相同編碼并相連接的兩個圖素（直線和直線之間，圓弧和圓弧之間，多義線與多義線之間）的連接處的一對頂點。GIS中定義的拓撲規(guī)則：Must Not Have Pseu-do-Nodes，可對線要素上多余的節(jié)點，進行處理，保證線要素的正確分段。4.3自相交檢查檢測當(dāng)前

7、圖面中是否存在自身某兩段間存在相交的線類實體。GIS中定義的拓撲規(guī)則：Must Not Self-Intersect可對線層中的任何要素不能與其自身相交或重合進行約束，可用來執(zhí)行自相交檢查。4.4回頭線檢查回頭線：一條線的連續(xù)兩段間夾角小于一定角度時認為此曲線存在回頭現(xiàn)象，這種線叫回頭線。GIS中定義的拓撲規(guī)則：Must Not self Overlay約束了線對象不能與其自身產(chǎn)生重疊，可用來執(zhí)行回頭線檢查。4.5有向點、有向線方向檢查對于有向點，通過自動根據(jù)某一屬性字段角度值顯示有向點的方向，根據(jù)圖式上的設(shè)置正確的符號，人機交互的方式來判斷數(shù)字化方向的正確性；有向線是根據(jù)線的方向用箭頭顯示出

8、來，人工判斷其正確性，對于水系的數(shù)字化方向線，可根據(jù)地貌的起伏（通過等高線構(gòu)TIN）來自動判斷其方向正確性。5土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方案設(shè)計5.1檢查方法土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法包括計算機自動檢查、人機交互的計算機輔助檢查。每種檢查手段都包括若干個實施檢查的具體技術(shù)方法。自動檢查：計算機自動檢查是利用數(shù)據(jù)的圖形與圖形之間、屬性與屬性之間、圖形與屬性之間的關(guān)聯(lián)性、規(guī)律性和邏輯關(guān)系，通過程序進行自動檢查，發(fā)現(xiàn)并提示數(shù)據(jù)中存在的錯誤。手動檢查：由檢查人員根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或要求、專家知識及經(jīng)驗進行檢查，用于無法用計算機檢查的內(nèi)容。主要包括如文檔完整性和規(guī)范性、相關(guān)屬性內(nèi)容正確性以及制圖數(shù)據(jù)規(guī)范性等。5.2檢

9、查方式數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方式分為全檢和抽檢。全檢：對數(shù)據(jù)中的所有個體進行逐一檢查。計算機自動檢查全部為全檢。抽檢：按照確定的抽樣方案，采用適當(dāng)?shù)某闃臃椒◤臄?shù)據(jù)中抽取部分個體作為樣本進行檢查，并根據(jù)樣本質(zhì)量來推斷數(shù)據(jù)質(zhì)量。抽檢適用于人機交互檢查，具體抽檢方案由根據(jù)具體檢查內(nèi)容制定。5.3檢查內(nèi)容土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查內(nèi)容主要包括資料完整性和規(guī)范性、幾何精度檢查、圖形拓撲一致性檢查和屬性精度檢查。（l）邏輯一致性檢查邏輯一致性檢查主要檢查不同類型的土地利用要素的分層、屬性表結(jié)構(gòu)定義、表間關(guān)系，屬性字段的名稱、類型、長度和約束條件的定義。具體包括：土地利用要素類的要素分層（如要素層名稱和幾何特征）、屬性（表

10、格）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如屬性表名、字段長度、字段類型和約束條件等）與標(biāo)準(zhǔn)是否保持一致。表與表、表與層等邏輯關(guān)系是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）幾何精度檢查幾何精度檢查主要是檢查土地利用數(shù)據(jù)的矢量圖層數(shù)據(jù)內(nèi)行政區(qū)、境界、等高線、高程點、權(quán)屬單位、界址線等地物要素與影像數(shù)據(jù)是否吻合；是否存在錯誤和缺漏；明顯的要素位置精度是否超過圖上0.2mm等。（3）圖形拓撲一致性檢查利用GIS的基于規(guī)則的拓撲一致性檢查技術(shù)，可對土地利用要素之間的關(guān)系進行檢查。對同類土地利用要素內(nèi)地物間的拓撲關(guān)系進行檢查，例如相鄰地類圖斑之間不存在縫隙或重疊區(qū)域，相鄰的行政區(qū)域之間不存在縫隙或重疊區(qū)域等。對不同類地物要素內(nèi)的拓撲關(guān)系進行檢查，例

11、如不同級的行政區(qū)域之間必須保持共線，例如省級境界必須與市級境界保持一致；權(quán)屬界線必須與行政界線一致等；零星地物必須包含在行政區(qū)域內(nèi)；地類圖斑與地類界線必須保持一致等。（4）屬性精度檢查利用GIS數(shù)據(jù)的“圖屬一體化”的特性，對屬性數(shù)據(jù)的接邊一致性、結(jié)構(gòu)一致性、唯一性、合法性、完整性進行檢查。接邊一致性：主要用于檢查相鄰圖幅間接邊的土地利用要素對象的類型和屬性是否一致。接邊實體類型保持一致：相鄰圖幅的線狀地物必須與線狀地物進行接邊；面狀地物必須與面狀地物進行接邊處理。接邊實體屬性結(jié)構(gòu)和屬性內(nèi)容保持一致：對于相鄰圖幅的鄰接地物要素，是否具有相同的屬性結(jié)構(gòu)，譬如地類代碼。編碼唯一性檢查：對數(shù)據(jù)層中地塊

12、的編碼屬性字段（地類代碼），檢查是否符合土地利用現(xiàn)狀分類(GB/T21010-2007)內(nèi)容要求，是否有非本層要素及其他非法值存在等，如地類代碼錯誤。屬性字段值合法性檢查：是指屬性字段值的屬性值域的檢查、屬性組合正確性的檢查、一些要素關(guān)系正確性的檢查。譬如唯一屬性字段的屬性值是否唯一，如標(biāo)識碼；屬性值、數(shù)據(jù)單位是否正確，如線狀地物、零星地物的面積數(shù)值和單位正確；圖斑面積相對線狀地物、零星地物面積及線狀地物的扣除。屬性完整性檢查：檢查一些具體要素的必填屬性項是否填寫完整。5.4質(zhì)量檢查規(guī)則根據(jù)檢查內(nèi)容和所適用的檢查方式、方法，對質(zhì)量檢查規(guī)則進行預(yù)定義，規(guī)則定義主要包括以下項：檢查項：質(zhì)量檢查規(guī)則

13、的名稱。檢查內(nèi)容：該規(guī)則所要檢查的內(nèi)容。檢查方法：采用手動還是自動檢查。檢查方式：是對所有數(shù)據(jù)進行抽檢還是全檢。缺陷等級：如果違背該質(zhì)檢規(guī)則，應(yīng)定義為何種缺陷等級。缺陷分為六級，即致命缺陷、嚴(yán)重缺陷、重缺陷、次重缺陷、輕缺陷和次輕缺陷。其它：備注項內(nèi)容。質(zhì)量檢查規(guī)則示例如下：檢查項：地類圖斑與地類界限拓撲一致性檢查。檢查內(nèi)容：地類圖斑（面層）必須被地類界限覆蓋。檢查方法：自動檢查。檢查方式：全檢。缺陷等級：嚴(yán)重缺陷。其它：容限值：0.02。質(zhì)量檢查規(guī)則即可以預(yù)組合，制作質(zhì)檢方案模板，亦可在未來靈活組合來定制擴展質(zhì)檢方案。6土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)檢方案分析6.1基于GIS的質(zhì)量檢查技術(shù)土地利用數(shù)據(jù)所采用

14、的圖形屬性一體化的GIS數(shù)據(jù)存儲模型為采用GIS的質(zhì)量檢查技術(shù)奠定前提?；谝?guī)則的拓撲一致性檢查技術(shù)有效實現(xiàn)了土地利用要素之間的拓撲關(guān)系檢查，實現(xiàn)了相鄰地類圖斑之間不存在縫隙或重疊區(qū)域，相鄰的行政區(qū)域之間不存在縫隙或重疊區(qū)域等一系列關(guān)系的檢查，從而為進一步計算土地利用面積，維持土地利用面積的邏輯一致性做好了準(zhǔn)備。5.2基于質(zhì)檢規(guī)則的質(zhì)檢方案制作基于質(zhì)檢規(guī)則的質(zhì)檢方案制作，不僅可以利用事先定制好的質(zhì)檢方案模板，作為缺省定制模板提供，快速、方便的實現(xiàn)基于模板的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查流程，保證檢查結(jié)果的正確性和檢查效率。此外，基于質(zhì)檢規(guī)則的質(zhì)檢方案靈活定制技術(shù)，通過對成果檢查規(guī)則、檢查模板以及檢查結(jié)果統(tǒng)計模型

15、、評價模型、成果數(shù)據(jù)檢查方式、異常處理方式的靈活定制，可以將計算機的自動檢查與人工干預(yù)靈活、有效的組合，因此可進一步保證數(shù)據(jù)檢查的質(zhì)量。5.3自動與交互結(jié)合的檢查機制由于質(zhì)檢內(nèi)容中存在大量的非定量化的質(zhì)檢要素，因此采用GIS的空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢技術(shù)來實現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)的質(zhì)檢須采用手動檢查與自動檢查相結(jié)合的方式進行質(zhì)量檢查。自動檢查采用后臺批處理的方式，保證數(shù)據(jù)檢查的準(zhǔn)確性，降低檢查強度、提高檢查效率。針對方案中配置的自動檢查項，系統(tǒng)按照質(zhì)檢模型中定義的規(guī)則參數(shù)以及規(guī)則算法，結(jié)合數(shù)據(jù)模型中定義的待檢數(shù)據(jù)名稱，自動找到數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)的檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤后按照質(zhì)檢方案中該質(zhì)檢項對應(yīng)的錯誤評估方式和錯誤輸出方式進

16、行自動的錯誤記錄和輸出。整個質(zhì)檢方案運行結(jié)束之后自動輸出該批數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查報告并輸出錯誤記錄。人機交互檢查方式主要檢查一些程序自動化檢查不高或效率及準(zhǔn)確率相對較低的錯誤類型，如一些需要加載背景影像疊加顯示的檢查項，包括圖形精度檢查、參照檢查、接邊檢查、絕對位置精度檢查。7結(jié)束語土地利用數(shù)據(jù)在國土資源管理中占有舉足輕重的地位，是國家土地利用規(guī)劃、耕地和基本農(nóng)田保護管理工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)質(zhì)量的參差不齊，為土地宏觀調(diào)控造成了很大的障礙。GIS技術(shù)作為在國土行業(yè)具有悠久應(yīng)用歷史的技術(shù)，其圖形屬性一體化數(shù)據(jù)存儲模型和拓撲關(guān)系模型，有助于空間型數(shù)據(jù)進行有效的質(zhì)量控制。本文從GIS質(zhì)量控制內(nèi)容的角度研究了土地利用數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查方法，旨在拋磚引玉，喚起大家對土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的關(guān)注，并在實際工作日益深化GIS技術(shù)在土地利用數(shù)據(jù)質(zhì)量控制上的應(yīng)用。參考文獻：1國土資源部辦公廳.國土資廳發(fā)（2008）133號.國土資源部辦公廳關(guān)于印發(fā)國土資源信息化總體框架的通知.2008,9.2王建弟,何志明.土地利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)質(zhì)量與檢查J.浙江測繪,2006.3.3鄭小梅,鄧小軍.數(shù)字地形圖質(zhì)量檢查系統(tǒng)研究J.城市勘測,2003(5):23-2.4王靜. GI