魏易從, 曹建君,2

(1.甘肅省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，甘肅 蘭州 730000;2.蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱(chēng)DEM)是描述地表形態(tài)的一種數(shù)字化地面模型，它是國(guó)家基礎(chǔ)地理信息4D數(shù)字產(chǎn)品之一，也是其它數(shù)字化產(chǎn)品直接或者間接的數(shù)據(jù)來(lái)源[1]。DEM作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、水文、地質(zhì)、建設(shè)、軍事等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。其數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞，將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)。本文從DEM的質(zhì)檢內(nèi)容、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則等角度出發(fā)，對(duì)DEM的質(zhì)檢方法做出探討。

1 DEM質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

1.1 DEM質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容

目前，DEM質(zhì)量檢驗(yàn)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要是GB/T 18316-2008《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》，它將DEM質(zhì)量的問(wèn)題按特性概況歸納為空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時(shí)間精度、柵格質(zhì)量、附件質(zhì)量等6類(lèi)質(zhì)量元素[2]。質(zhì)量元素由質(zhì)量子元素(描述質(zhì)量元素的某一特定方面)構(gòu)成，質(zhì)量子元素又由具體檢查項(xiàng)(描述具體檢查內(nèi)容)構(gòu)成。DEM質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容[3]如表1所示。

表1 DEM質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容

1.2 DEM質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

按照GB/T 18316-2008《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》的規(guī)定，DEM成果的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系可以概括為以下三個(gè)層次[3]：

(1)各檢查項(xiàng)合格，質(zhì)量子元素合格；各質(zhì)量子元素合格，質(zhì)量元素合格。

(2)各質(zhì)量元素合格，單位成果質(zhì)量合格，并取各個(gè)質(zhì)量元素中的最小分值作為單位成果的最終得分。

(3)各單位成果(即樣本)質(zhì)量合格，批成果質(zhì)量合格。

2 DEM成果信息化質(zhì)檢方法研究

目前，常用的DEM成果格式大致可以分為文本格式和柵格格式兩大類(lèi)。文本格式主要包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)交換格式NSDTF-DEM(*.dem)、Arc ASCII Grid(*.asc)等；柵格格式主要包括Arc info Grid(*.grd)、Tiff(*.tif)等。不同格式由于表現(xiàn)形式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)方式的不同，導(dǎo)致具體的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)內(nèi)容也會(huì)存在差異。但不論是何種格式的DEM成果數(shù)據(jù)，其本質(zhì)都是一系列給定坐標(biāo)的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)集。

2.1 空間參考系檢查

對(duì)于NSDTF-DEM(*.dem)、Arc ASCII Grid(*.asc)等文本格式的數(shù)據(jù)，空間參考系的檢查主要是依據(jù)GB/T 13989-2012 《國(guó)家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào)》中標(biāo)準(zhǔn)圖幅的計(jì)算規(guī)則，通過(guò)DEM圖號(hào)反算出其坐標(biāo)范圍、行列數(shù)、成果數(shù)據(jù)量等信息，進(jìn)而與DEM頭文件中所含的空間參考系信息作對(duì)比檢查。值得注意的是，NSDTF-DEM(*.dem)頭文件中的定位信息為圖幅范圍的左上角角點(diǎn)坐標(biāo)[4]，Arc ASCII Grid(*.asc)頭文件中的定位信息一般為圖幅范圍的左下角中心點(diǎn)坐標(biāo)。文本格式的DEM，主要是涉及圖幅范圍的反算，數(shù)據(jù)讀取與操作簡(jiǎn)便，利用VC等編程軟件進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢查。

對(duì)于Arc info Grid(*.grd)、Tiff(*.tif)等柵格格式的數(shù)據(jù)，其檢驗(yàn)原理與文本格式相同，且可檢驗(yàn)的內(nèi)容更豐富。但由于要涉及空間數(shù)據(jù)的操作，因此在對(duì)該類(lèi)數(shù)據(jù)質(zhì)檢時(shí)，宜利用第三方地理信息軟件開(kāi)發(fā)包編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化檢查。 如利用ESRI的ArcGIS Engine組件開(kāi)發(fā)包中的IRasterProps接口[6]，就可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)成果空間參考系的檢查，包括坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)、投影參數(shù)等各個(gè)方面。

2.2 位置精度檢查

如表1所示，位置精度包含高程中誤差、套合差、同名格網(wǎng)高程值等三項(xiàng)檢查內(nèi)容。

高程中誤差檢查：無(wú)論是何種格式的DEM成果，其原理都是首先利用內(nèi)插方法將DEM成果的高程值與所采集的檢測(cè)點(diǎn)高程值作差值，然后依據(jù)不同的檢測(cè)方式對(duì)DEM成果的高程精度進(jìn)行評(píng)定。按照GB/T 24356-2009《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》的要求，可分為同精度檢測(cè)、高精度檢測(cè)。高程中誤差的檢查，按照不同內(nèi)插方法的要求，編寫(xiě)自動(dòng)化檢查程序相對(duì)容易。

套合差檢查：套合差是指DEM 再生等高線與原始等高線之間差的定量描述指標(biāo)[5]，通常以再生等高線偏移原始等高線三分之一量值作為限差。目前，套合差利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)檢的方法較少，多為人工檢查，評(píng)判尺度不一、檢查效率低下。本文結(jié)合湯國(guó)安[5]、張新利[6]等學(xué)者的理論方法,提出利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)檢的兩點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：(1)線與線之間比較偏移量無(wú)法量化，應(yīng)轉(zhuǎn)換思路，考慮利用原始等高線的線節(jié)點(diǎn)高程值與DEM成果的高程值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量化。(2)等高線是否偏移的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮兩個(gè)方面，一是原始等高線的節(jié)點(diǎn)高程值與DEM高程值的差值大小，二是各超限線節(jié)點(diǎn)間的總長(zhǎng)相對(duì)于整條等高線的占比多少。由于等高線套合差檢查會(huì)涉及對(duì)點(diǎn)、線等空間要素的操作，因此宜使用第三方地理信息軟件開(kāi)發(fā)包，編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)套合檢查。

同名格網(wǎng)高程值檢查：即接邊檢查。“同名格網(wǎng)”，即同一坐標(biāo)、同一位置的意思。對(duì)于NSDTF-DEM(*.dem)等文本格式數(shù)據(jù)的檢查，主要是依據(jù)GB/T 13989-2012 《國(guó)家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào)》中的計(jì)算規(guī)則，按圖號(hào)計(jì)算出重疊范圍，對(duì)重疊范圍內(nèi)的同名各網(wǎng)點(diǎn)高程值間做差值，最后應(yīng)用精度檢測(cè)公式對(duì)接邊精度進(jìn)行評(píng)定。該項(xiàng)利用VC等編程軟件進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢查。對(duì)于Arc info Grid(*.grd)等柵格格式的DEM成果，宜利用第三方地理信息軟件開(kāi)發(fā)包編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的接邊自動(dòng)檢查。如利用ESRI的ArcGIS Engine組件開(kāi)發(fā)包中的IMath Op接口[6]，可實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算, 將重疊區(qū)域的柵格值進(jìn)行柵格相減操作, 之后應(yīng)用精度檢測(cè)公式對(duì)接邊精度進(jìn)行評(píng)定。值得注意的是，不論哪種格式的接邊檢查，涉及跨帶接邊時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行換帶，將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一投影帶，再檢查其接邊精度。由于經(jīng)過(guò)換帶后重疊區(qū)的格網(wǎng)點(diǎn)已不是同名格網(wǎng)點(diǎn)，因此高程較差的比較采用的是內(nèi)插高程值，允許中誤差應(yīng)放寬一定的值[7]。

2.3 邏輯一致性檢查

DEM成果的邏輯一致性檢查，一般按照CH/T 1005-2000《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件命名規(guī)則》、CH/T 9008.2-2010 《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果 1:500 1:1000 1:2000 數(shù)字高程模型》的要求進(jìn)行。一般采用人機(jī)交互的方式對(duì)文件命名的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)組織的符合性進(jìn)行檢查。

2.4 時(shí)間精度檢查

時(shí)間精度一般通過(guò)人工方式來(lái)檢查。主要檢查DEM現(xiàn)勢(shì)性是否滿足要求。

2.5 柵格質(zhì)量檢查

對(duì)于NSDTF-DEM(*.dem)、Arc ASCII Grid(*.asc)等文本格式的數(shù)據(jù)，格網(wǎng)尺寸的檢查主要是通過(guò)讀取其頭文件中的X方向和Y方向間距信息，通過(guò)比對(duì)計(jì)算進(jìn)行檢驗(yàn)；格網(wǎng)范圍的檢查，主要是通過(guò)圖號(hào)反算DEM成果范圍，與原DEM成果范圍進(jìn)行比較的方法。

對(duì)于Arc info Grid(*.grd)、Tiff(*.tif)等柵格格式的空間數(shù)據(jù)的檢查，宜利用第三方地理信息開(kāi)發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢查。如利用ESRI的ArcGIS Engine組件開(kāi)發(fā)包中IRasterProps接口的Height和Width的屬性完成對(duì)格網(wǎng)尺寸的檢查，通過(guò)Extent屬性讀取范圍坐標(biāo)來(lái)完成格網(wǎng)范圍的檢查。

2.6 附件質(zhì)量檢查

對(duì)于元數(shù)據(jù)和圖例簿的檢查，一般是依據(jù)CH/T 1007-2001《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品元數(shù)據(jù)》的要求或技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)約定的屬性項(xiàng)與屬性值內(nèi)容，利用人機(jī)交互檢查或計(jì)算機(jī)編程自動(dòng)檢查方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于附屬文檔，一般通過(guò)人工檢查的方式，檢查DEM成果的技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)、技術(shù)總結(jié)、檢查報(bào)告等文檔資料的完整性、正確性和權(quán)威性。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文緊緊結(jié)合GB/T 18316-2008《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的檢驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)DEM質(zhì)檢的6個(gè)質(zhì)量元素進(jìn)行了深入分析，基于現(xiàn)行的DEM數(shù)據(jù)格式提出了切實(shí)可行的質(zhì)檢方法，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)就實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)化檢查方面提供了一些具體的辦法措施，對(duì)DEM成果的信息化質(zhì)檢具有一定的借鑒作用和參考價(jià)值。