劉建軍

(國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京100830)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件的設(shè)計(jì)探討

劉建軍

(國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京100830)

針對(duì)當(dāng)前基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫(kù)、更新工程中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制需求，研究和探討數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的若干技術(shù)問(wèn)題，并結(jié)合具體數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工程，以地形數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件為例，介紹其設(shè)計(jì)思路、技術(shù)方法、功能特點(diǎn)。

地理信息;數(shù)據(jù);質(zhì)量控制;軟件設(shè)計(jì)

一、引 言

地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)通常泛指用于獲取、儲(chǔ)存、查詢、綜合、處理、分析、顯示與地球表面位置相關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從技術(shù)的角度看，GIS包括硬件條件、軟件條件、GIS數(shù)據(jù)、GIS基礎(chǔ)設(shè)施(技術(shù)人員、資金支持)等。

空間數(shù)據(jù)是GIS的重要組成部分，也是GIS項(xiàng)目中的投資重點(diǎn)?？臻g數(shù)據(jù)的質(zhì)量狀況直接影響到數(shù)據(jù)的適用性以及GIS應(yīng)用的成敗。國(guó)家及省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)作為國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(national spatial data infrastructure，NSDI)的重要組成部分，其生產(chǎn)、建庫(kù)、更新過(guò)程中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制更是具有舉足輕重的關(guān)鍵作用。在各級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中，由于數(shù)據(jù)源復(fù)雜、作業(yè)方法多樣，造成質(zhì)檢工作技術(shù)難度大;由于質(zhì)檢環(huán)節(jié)多、圖幅數(shù)多、數(shù)據(jù)量大，造成質(zhì)檢工作量巨大;由于參與生產(chǎn)單位不同，生產(chǎn)組織方式差異，造成質(zhì)檢工作質(zhì)量尺度差異性大。

隨著國(guó)家及省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的不斷推進(jìn)，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)逐漸成為影響工程進(jìn)度和建設(shè)質(zhì)量的主要因素，而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)先進(jìn)高效的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件則是解決此問(wèn)題的首選方式。

二、現(xiàn)狀分析

1.技術(shù)現(xiàn)狀

目前技術(shù)條件下，空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工具軟件常用的技術(shù)方法和檢查手段主要有以下三種，不同的檢查方法具有各自的適用性：

1)程序自動(dòng)檢查。通過(guò)設(shè)計(jì)模型算法和編制計(jì)算機(jī)程序，利用空間數(shù)據(jù)內(nèi)部的圖形與屬性、圖形與圖形、屬性與屬性之間存在的邏輯關(guān)系，檢查和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的錯(cuò)誤。

2)人機(jī)交互檢查。數(shù)據(jù)中很多問(wèn)題僅靠程序檢查不能完全確定其正確與否，但程序檢查能將有疑點(diǎn)的地方搜索出來(lái)，縮小范圍或精確定位，再采用人機(jī)交互檢查方法，由人工判斷數(shù)據(jù)問(wèn)題的正確性。

3)人工對(duì)照檢查。通過(guò)人工方式檢查核對(duì)實(shí)物、數(shù)據(jù)表格或可視化的圖形，從而判斷檢查內(nèi)容的正確性。

2.存在問(wèn)題

對(duì)于大型、多尺度基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的技術(shù)難度大、工作量大、質(zhì)量尺度差異性大，傳統(tǒng)質(zhì)檢工具軟件往往難以滿足質(zhì)量控制需求，普遍存在以下一些欠缺和不足：

1)軟件可重用性差、適用面窄。傳統(tǒng)質(zhì)檢工具軟件往往是面向特定的工程應(yīng)用、具體的作業(yè)方式、甚至固定的質(zhì)量參數(shù)，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)檢功能普遍采用捆綁設(shè)計(jì)，從而造成軟件系統(tǒng)不可定制、可重用性差，難以滿足大型空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工程中的多種作業(yè)方式、多級(jí)質(zhì)檢環(huán)節(jié)，以及不同質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量控制需求。

2)自動(dòng)化程度低。傳統(tǒng)質(zhì)檢工具軟件的自動(dòng)化檢查往往只局限于相對(duì)質(zhì)量檢查(數(shù)據(jù)內(nèi)部邏輯關(guān)系一致性)，而缺少絕對(duì)質(zhì)量檢查(數(shù)據(jù)外部關(guān)系一致性)，造成軟件系統(tǒng)的自動(dòng)化程度不高，大量檢查項(xiàng)仍需要人工對(duì)照檢查。

3)質(zhì)檢功能系統(tǒng)性差。傳統(tǒng)質(zhì)檢工具軟件的功能系統(tǒng)性往往較差，缺少面向多級(jí)質(zhì)檢環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤存儲(chǔ)和質(zhì)量評(píng)估功能，也難以在質(zhì)量檢查軟件平臺(tái)上一體化實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)檢查、交互核對(duì)、錯(cuò)誤定位、編輯修改、質(zhì)量評(píng)價(jià)的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程。

三、設(shè)計(jì)探討

1.設(shè)計(jì)目標(biāo)

一套先進(jìn)高效的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件，應(yīng)能夠全面應(yīng)用于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工程，解決傳統(tǒng)作業(yè)中自動(dòng)化程度低、以人工檢查為主的質(zhì)檢現(xiàn)狀，提高質(zhì)檢效率，保證成果質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)成果的一體化質(zhì)量控制作業(yè)。設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：

1)拓展軟件適用范圍。應(yīng)采用多層次、結(jié)構(gòu)化的技術(shù)設(shè)計(jì)，提高軟件系統(tǒng)的可定制性和可重用性，滿足數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工程中的各種作業(yè)方法的質(zhì)檢需求，并能適用于兩級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收、入庫(kù)檢查等多個(gè)質(zhì)檢環(huán)節(jié)。

2)提高軟件自動(dòng)化程度。應(yīng)采用多種先進(jìn)技術(shù)方法，并大力進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)先進(jìn)高效的質(zhì)檢算法，使檢查功能項(xiàng)盡量自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，以提高檢查效率，降低人員工作量。

3)建立便捷的質(zhì)檢環(huán)境。應(yīng)提供便捷的交互環(huán)境，以滿足錯(cuò)誤定位、交互核對(duì)、編輯修改等生產(chǎn)需求。

4)提供豐富的系統(tǒng)功能。應(yīng)能滿足整個(gè)質(zhì)量控制各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)需求，除質(zhì)量檢查功能外，還應(yīng)具有錯(cuò)誤修改、質(zhì)量評(píng)價(jià)等功能。

2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件的技術(shù)設(shè)計(jì)，一般應(yīng)包括以下幾個(gè)層次的設(shè)計(jì)內(nèi)容：

1)質(zhì)檢指標(biāo)的設(shè)計(jì)。針對(duì)具體的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工程，應(yīng)結(jié)合其數(shù)據(jù)規(guī)定、生產(chǎn)技術(shù)規(guī)定、質(zhì)量規(guī)定等技術(shù)規(guī)范，研究確定質(zhì)量控制工作的檢查內(nèi)容與指標(biāo)、技術(shù)方法、作業(yè)流程等。

2)質(zhì)檢算法的設(shè)計(jì)。在質(zhì)檢指標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行質(zhì)檢算法的設(shè)計(jì)，通過(guò)質(zhì)檢算法實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢指標(biāo)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。為了提高質(zhì)量檢查軟件的自動(dòng)化程度，應(yīng)在完善內(nèi)部相對(duì)質(zhì)檢算法的基礎(chǔ)上，大力設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)外部絕對(duì)質(zhì)檢算法，如基于多源數(shù)據(jù)空間關(guān)系的質(zhì)檢算法、基于增量要素的質(zhì)檢算法等。

3)質(zhì)檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。在質(zhì)檢指標(biāo)和質(zhì)檢算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行質(zhì)量檢查軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并選擇合適的開(kāi)發(fā)方式、編程環(huán)境，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出技術(shù)先進(jìn)、檢查高效、功能全面、性能穩(wěn)定的質(zhì)量檢查軟件。

3.技術(shù)方法探討

(1)基于“規(guī)則—模型—方案”的質(zhì)檢機(jī)制

為了提高軟件的適用范圍和系統(tǒng)可重用性，基于“規(guī)則—模型—方案”的質(zhì)檢機(jī)制是一條合適的解決途徑。質(zhì)檢規(guī)則是對(duì)檢查對(duì)象、檢查參數(shù)以及檢查方法的一種抽象和封裝，它執(zhí)行一個(gè)特定的元素級(jí)檢查操作。質(zhì)檢規(guī)則的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 質(zhì)檢規(guī)則結(jié)構(gòu)圖

質(zhì)檢模型是一組質(zhì)檢規(guī)則的邏輯組合，是對(duì)檢查內(nèi)容和過(guò)程的一種格式化描述，用于完成一個(gè)有特定要求的數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容。質(zhì)檢模型的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 質(zhì)檢模型結(jié)構(gòu)圖

質(zhì)檢方案記錄質(zhì)檢相關(guān)的模型及參數(shù)，具有通用性。一個(gè)定義好的質(zhì)檢方案可重復(fù)直接引用或修改后引用?；凇耙?guī)則—模型—方案”質(zhì)檢機(jī)制的體系架構(gòu)如圖3所示。

圖3 質(zhì)檢方案結(jié)構(gòu)圖

采用“規(guī)則—模型—方案”的質(zhì)檢機(jī)制，可大大提高檢查軟件的應(yīng)用靈活性，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。在規(guī)則抽象之上，可以靈活組成檢查模型，進(jìn)而設(shè)計(jì)出不同的質(zhì)檢方案，使得檢查軟件同時(shí)滿足多種作業(yè)方式的質(zhì)量控制需求，適用于兩級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收、入庫(kù)檢查等多個(gè)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。

(2)基于空間運(yùn)算的多源數(shù)據(jù)自動(dòng)參照比較

檢查算法

為了提高質(zhì)量檢查軟件的自動(dòng)化程度，應(yīng)在豐富完善內(nèi)部相對(duì)質(zhì)檢算法的基礎(chǔ)上，大力設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)外部絕對(duì)質(zhì)檢算法，而基于空間運(yùn)算的多源數(shù)據(jù)自動(dòng)參照比較檢查算法則是合適的解決途徑。

將用于參照比較的外部數(shù)據(jù)成果，納入檢查軟件的質(zhì)檢體系中，通過(guò)復(fù)雜的空間運(yùn)算，建立待檢數(shù)據(jù)和已有成果數(shù)據(jù)之間的邏輯相關(guān)性，進(jìn)而通過(guò)多源數(shù)據(jù)同名地物要素的比較分析，快速?gòu)氐椎貦z查出數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，大大提高了軟件的自動(dòng)化檢查范圍，也提高了檢查效率，降低了人員工作量。算法技術(shù)流程如圖4所示。

圖4 基于空間運(yùn)算的多源數(shù)據(jù)自動(dòng)參照比較檢查算法技術(shù)流程圖

作為參照比較的外部數(shù)據(jù)成果，應(yīng)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)性和權(quán)威性，一般應(yīng)是前期建立完成且通過(guò)檢查驗(yàn)收的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)成果，如其他尺度的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)成果、相同尺度的更新前數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的資料源數(shù)據(jù)成果等。

(3)基于數(shù)據(jù)庫(kù)模型的錯(cuò)誤信息存儲(chǔ)

和定位技術(shù)

為了提高軟件系統(tǒng)的交互性，同時(shí)便于質(zhì)檢結(jié)果的存儲(chǔ)管理和質(zhì)量評(píng)估，質(zhì)量檢查軟件可采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)模型的錯(cuò)誤信息存儲(chǔ)和定位技術(shù)。采用獨(dú)立于成果數(shù)據(jù)和檢查軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)圖形或關(guān)系表的形式存儲(chǔ)和管理錯(cuò)誤信息，可實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢結(jié)果的高效存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理和便捷應(yīng)用。配合檢查軟件的錯(cuò)誤定位功能，可以快速地進(jìn)行錯(cuò)誤定位及回溯，便于交互核對(duì)和編輯修改，核對(duì)結(jié)果可以記錄入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后續(xù)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)使用。應(yīng)用錯(cuò)誤信息數(shù)據(jù)庫(kù)，還可以迅速地對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)和匯總統(tǒng)計(jì)。

(4)一體化實(shí)現(xiàn)“方案—檢查—核對(duì)—定位—

修改—評(píng)價(jià)”的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模式

為了提高質(zhì)檢軟件的系統(tǒng)性，并豐富完善配套功能，質(zhì)量檢查軟件應(yīng)依據(jù)質(zhì)量控制的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，一體化完整實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)、程序檢查、交互核對(duì)、錯(cuò)誤定位、編輯修改、質(zhì)量評(píng)價(jià)等質(zhì)量控制生產(chǎn)流程，大大提高質(zhì)量管理工作效率。

四、應(yīng)用示例

國(guó)家1∶50 000數(shù)據(jù)庫(kù)更新工程中，地形數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件即采用“規(guī)則—模型—方案”的質(zhì)檢機(jī)制，設(shè)計(jì)了基于空間運(yùn)算的多源數(shù)據(jù)自動(dòng)參照比較檢查算法，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)庫(kù)模型的錯(cuò)誤信息存儲(chǔ)和定位，同時(shí)一體化實(shí)現(xiàn)了“方案—檢查—核對(duì)—定位—修改—評(píng)價(jià)”的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程。質(zhì)量檢查軟件的技術(shù)流程如圖5所示。

該質(zhì)量檢查軟件具有文件管理、顯示瀏覽、查詢檢索等基本功能，具有數(shù)據(jù)源檢查、完整性和結(jié)構(gòu)一致性檢查、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)檢查、圖形檢查、屬性檢查、接邊檢查、元數(shù)據(jù)檢查等質(zhì)量檢查功能，具有方便的錯(cuò)誤存儲(chǔ)和定位功能，還具有比較豐富的數(shù)據(jù)編輯功能，操作方便，性能可靠，很好地解決了地形數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的生產(chǎn)需求。質(zhì)量檢查軟件的功能模塊如圖6所示。

圖5 地形數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件技術(shù)流程圖

圖6 地形數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件功能模塊圖

該質(zhì)量檢查軟件在全國(guó)二十多個(gè)省份的生產(chǎn)單位中得到全面應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)作業(yè)模式下的兩級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收及入庫(kù)檢查工作，為提高數(shù)據(jù)質(zhì)檢生產(chǎn)效率，保證成果質(zhì)量發(fā)揮重要作用。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的技術(shù)現(xiàn)狀和存在不足，對(duì)質(zhì)量檢查軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的目標(biāo)、內(nèi)容和技術(shù)方法等方面進(jìn)行了探討，重點(diǎn)介紹了一種質(zhì)檢機(jī)制和一類質(zhì)檢算法，即基于“規(guī)則—模型—方案”的質(zhì)檢機(jī)制和基于空間運(yùn)算的多源數(shù)據(jù)自動(dòng)參照比較檢查算法，并將之成功應(yīng)用于1∶50 000數(shù)據(jù)庫(kù)更新工程的地形數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件中。實(shí)踐證明，本文所設(shè)計(jì)方法的技術(shù)路線可行，應(yīng)用效果顯著，可大幅提高質(zhì)量檢查軟件的技術(shù)水平和質(zhì)檢效率，在空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Study of Software Design for Quality Check of Fundamental Geographic Information Data

LIU Jianjun

0494-0911(2010)11-0018-04

P208

B

2009-12-18

劉建軍(1974—)，男，山西晉城人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、建庫(kù)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等工作。