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)檢軟件的設計與實現(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)處理應用工作的實踐，設計了空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的總體框架，介紹了實現(xiàn)過程中的關鍵技術，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)建立了如實體、空間關系、屬性關聯(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，不易保證檢查效率和結(jié)果準確率。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長的問題，也能減少因人工干預而造成的疏忽和遺漏。

1 設計思路和總體框架

1.1 設計思路

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)檢工作的實際情況，形成的設計思路為：

1） 滿足海量空間數(shù)據(jù)的檢查需求，并保證整個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）設計一套滿足不同內(nèi)容數(shù)據(jù)（地下管線、各種比例尺基礎地形、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)標準改變等原因而造成的軟件再次開發(fā)和投入；

4）提供科學、合理、注重用戶體驗的數(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)量模型為基礎的質(zhì)量評價體系。

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)標準為基礎，以數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗為補充而形成的，這就要求使用人員必須深入了解數(shù)據(jù)標準和數(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 關鍵技術

空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件以ArcGIS Engine+ File Geodatabase為平臺進行開發(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)則和任務體系

在規(guī)則配置端設計了基礎規(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現(xiàn)可配置的質(zhì)檢規(guī)則和任務體系。

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)標準的調(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。因此設計一套可配置的質(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)認知轉(zhuǎn)換為物理模型表達的方法[4]將文字性描述信息轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)檢軟件的基礎規(guī)則，然后對規(guī)則進行排列組合和參數(shù)調(diào)整，最終實現(xiàn)規(guī)則的可配置?；A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)在邏輯關系而形成的。經(jīng)過不斷積累和反復驗證，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、拓撲質(zhì)檢規(guī)則、屬性質(zhì)檢規(guī)則、懸掛點質(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為：一般高程點附近都有高程注記，且標注的高程值必須正確。通過拓撲質(zhì)檢規(guī)則（點和注記的空間最近關系）和屬性質(zhì)檢規(guī)則（高程點的Altitude字段值等于高程注記的TextString字段值）的組合來實現(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

2.1.2 可配置的任務體系

同一套數(shù)據(jù)面向不同的應用時，對質(zhì)量的要求也不盡相同。當側(cè)重于制圖表達時會注重圖形質(zhì)量，當側(cè)重于空間分析時則更偏向于屬性質(zhì)量。因此在質(zhì)檢規(guī)則層的基礎上設計了質(zhì)檢任務層，可針對不同的檢查需要定制不同的質(zhì)檢任務。質(zhì)檢任務體系的定制流程見圖2。

圖2 質(zhì)檢任務定制流程圖

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后再進行檢查的方法來實現(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現(xiàn)多種數(shù)據(jù)格式檢查的關鍵。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。OGR是開源矢量空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術，它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達所支持的各種文件格式，同時提供一系列命令行工具來進行數(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關系，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)量模型的評價體系

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量模型是用于標識和評定質(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，提出了很多評價空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量元素和指標，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)外有關成果的基礎上，結(jié)合工作實際，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)量元素對綜合評價結(jié)果的貢獻大小采用權重系數(shù)表示[7]。在評價體系中，質(zhì)量元素的權重系數(shù)并不是固定的，使用人員可根據(jù)質(zhì)檢任務的要求對權重系數(shù)進行調(diào)整。評價方法采用系數(shù)累加的方式，即把未發(fā)現(xiàn)錯誤的質(zhì)量元素權重系數(shù)進行累加，得到最終評價結(jié)果。例如，大比例尺基礎地形的大面積修測項目和單個竣工測量項目對權重系數(shù)的側(cè)重就不同。根據(jù)項目的特點，大面積修測項目應適當上調(diào)數(shù)據(jù)組織、圖形質(zhì)量方面的權重系數(shù)，而單個竣工測量項目應適當上調(diào)屬性精度、邏輯一致性方面（特別是接邊精度）的權重系數(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現(xiàn)過程中的關鍵技術，設計并實現(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，進一步加深對空間數(shù)據(jù)質(zhì)檢軟件的理解。

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P208

：B

：1672-4623（2016）11-0041-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.015

樂恒，工程師，研究方向為地理信息系統(tǒng)。

2015-01-20。