段明旭 李玉冬 閆 寧 李 楊 龍家恒

(1. 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院, 北京 100038; 2. 城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100038)

0 引言

地理空間數(shù)據(jù)是地理信息的一種抽象表達(dá),也是真實(shí)世界與虛擬世界互相傳遞信息的一種有效媒介[1-2]。因此,其質(zhì)量的好壞與優(yōu)劣對(duì)能否實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的空間分析與精準(zhǔn)的空間決策有著至關(guān)重要的影響。如何精準(zhǔn)把控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量,并建立一套有效的、便捷的質(zhì)量控制產(chǎn)品,已經(jīng)成為當(dāng)前新形勢(shì)下地理信息產(chǎn)業(yè)的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。

目前為止,我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)已初步建立集調(diào)查、研究、保護(hù)、評(píng)價(jià)與監(jiān)督等于一體的新型產(chǎn)業(yè)模式[3-5],地理空間數(shù)據(jù)的成果質(zhì)量控制平臺(tái)也由單一管理平臺(tái)[6-8]逐步向系統(tǒng)性的全流程的成果質(zhì)量控制平臺(tái)[9-11]邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。全流程的成果質(zhì)量控制平臺(tái)覆蓋了地理空間數(shù)據(jù)檢查的全部流程,不僅能夠在最大限度上滿(mǎn)足各級(jí)別的檢查人員的需要,更能自如地適應(yīng)各類(lèi)別、各量級(jí)的成果數(shù)據(jù),具有易操作、使用靈活方便等特點(diǎn)。

依據(jù)《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》(GB/T 18316—2008)和《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》(GB/T 24356—2009)兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)手段,為滿(mǎn)足本單位對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的總要求,以標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、數(shù)字化為重要技術(shù)手段和主要途徑,研發(fā)了“地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查平臺(tái)”。該平臺(tái)軟件是全流程的成果質(zhì)量控制平臺(tái),遵循模塊化的開(kāi)發(fā)思想,支持檢查算子[12-14]、規(guī)則和方案的自由組合與靈活配置,制定了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的輸入與輸出模板,建立了合理的評(píng)分和篩選機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化檢查成果輸出,簡(jiǎn)化了質(zhì)量檢驗(yàn)的工藝流程,在最大限度上提高了地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查效率,縮短了質(zhì)量檢查工期,降低了產(chǎn)品生產(chǎn)和檢驗(yàn)成本。

1 設(shè)計(jì)方案

軟件平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中始終貫穿領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[15]思想,采用洋蔥架構(gòu)模式構(gòu)建平臺(tái)模型,由里向外逐層擴(kuò)展平臺(tái)更多層次功能。如圖1所示,該平臺(tái)設(shè)計(jì)主要包括4個(gè)層次,由里向外依次為內(nèi)核層、核心層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。

圖1 平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

內(nèi)核層是該平臺(tái)最重要的結(jié)構(gòu)層次,類(lèi)似于生物學(xué)中的中樞神經(jīng)系統(tǒng),是驅(qū)動(dòng)整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行的核心領(lǐng)域。該領(lǐng)域?qū)哟沃饕稍S多核心模型(核心驅(qū)動(dòng))共同構(gòu)建而成,是貫穿于軟件與硬件之間的重要橋梁,能夠完成內(nèi)存管理、進(jìn)程控制、權(quán)限認(rèn)證、日志管理與共享等操作。內(nèi)核層是平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的底層邏輯結(jié)構(gòu),具有跨平臺(tái)、易擴(kuò)展以及易搭建等特性,既是平臺(tái)結(jié)構(gòu)的邏輯抽象,也是抽象的具體表達(dá)。核心模型是該領(lǐng)域?qū)哟蔚闹匾M成部分,各模型相互交織并彼此獨(dú)立,它們猶如一個(gè)又一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源,向其他領(lǐng)域?qū)哟蝹鬟f和交互信息,驅(qū)動(dòng)著整個(gè)平臺(tái)的有機(jī)的、協(xié)調(diào)的運(yùn)行。

核心層是該平臺(tái)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要的領(lǐng)域?qū)哟?是平臺(tái)運(yùn)行的大腦,主要由檢查算子、檢查規(guī)則與檢查參數(shù)3個(gè)部分構(gòu)成。其中,檢查算子是質(zhì)檢平臺(tái)的最基本單元,是對(duì)成果質(zhì)量評(píng)價(jià)體系各要素的概括與抽象,是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的具體量化與算法實(shí)現(xiàn);檢查參數(shù)是指導(dǎo)檢查規(guī)則運(yùn)行的重要因子,也是算子規(guī)范化的一種具體約束,它是工作實(shí)踐與工作經(jīng)驗(yàn)相互結(jié)晶而產(chǎn)生的一個(gè)科學(xué)的、經(jīng)驗(yàn)性的集合,具有先驗(yàn)性、指導(dǎo)性、規(guī)范性等特點(diǎn);檢查規(guī)則可以概括為2個(gè)部分,一部分是由檢查算子和檢查參數(shù)共同構(gòu)建的有參規(guī)則,另一部分則是無(wú)參規(guī)則。前者是可以被量化的規(guī)則,具有先驗(yàn)指導(dǎo),而后者則獨(dú)立存在于空間邏輯之中,需要去挖掘和擴(kuò)展。如圖2所示,算子、規(guī)則和參數(shù)共同構(gòu)成了平臺(tái)的檢驗(yàn)因子,三者是有機(jī)結(jié)合的統(tǒng)一體,不同規(guī)則、不同算子以及不同參數(shù)既可以疊加,也可以自由組合,以滿(mǎn)足不同項(xiàng)目、不同層次以及不同規(guī)模的檢驗(yàn)任務(wù)。

圖2 檢驗(yàn)因子結(jié)構(gòu)圖

業(yè)務(wù)層是平臺(tái)從抽象到表達(dá)的具體實(shí)現(xiàn),處于平臺(tái)的主干地位,總體上由6大模塊組成,即質(zhì)量檢查模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、質(zhì)量評(píng)定模塊、空間分析模塊、成果輸出模塊以及服務(wù)管理模塊。

(1)質(zhì)量檢查模塊是6大模塊中的核心模塊,也是其他模塊的基礎(chǔ),它是平臺(tái)檢驗(yàn)因子的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程,由“任務(wù)+方案”共同組成。不同的質(zhì)檢任務(wù)決定了不同的質(zhì)檢方案,不同方案的有序疊加構(gòu)成了不同的質(zhì)量檢查模塊,不同質(zhì)量檢查模塊的有機(jī)結(jié)合最大限度地保證了檢查的科學(xué)性與規(guī)范性。

(2)數(shù)據(jù)處理模塊、質(zhì)量評(píng)定模塊以及成果輸出模塊是質(zhì)量檢查模塊的子模塊,前者定義了數(shù)據(jù)處理方案與規(guī)則,后者完成質(zhì)量評(píng)定與成果輸出。

(3)空間分析模塊是有關(guān)地理信息方法的具體實(shí)現(xiàn),包括地圖投影、空間拓?fù)浞治觥⒖臻g幾何分析等內(nèi)容。

(4)服務(wù)管理模塊主要用于對(duì)外提供服務(wù)接口,實(shí)現(xiàn)了對(duì)外擴(kuò)展與外接設(shè)備注入的算法。

應(yīng)用層是平臺(tái)的具體表現(xiàn)形式,是對(duì)各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的展示與封裝,主要由用戶(hù)界面、外部服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及工具集合等因素組成。用戶(hù)界面是平臺(tái)的集中表現(xiàn)形式,通過(guò)圖形化定制將各功能對(duì)用戶(hù)展現(xiàn),方便用戶(hù)實(shí)現(xiàn)軟件的操作與控制;外部服務(wù)是服務(wù)管理接口的具體表現(xiàn),方便用戶(hù)進(jìn)行軟件擴(kuò)展與外接設(shè)備注入;數(shù)據(jù)庫(kù)操作是軟件運(yùn)行的支撐平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、存儲(chǔ)與共享;工具集合是提供給用戶(hù)進(jìn)行其他操作的工具集,可以進(jìn)行文件瀏覽、文檔整理、任務(wù)分發(fā)等工作。

2 關(guān)鍵技術(shù)

為滿(mǎn)足當(dāng)前多種地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的基本要求,平臺(tái)采用了輕便靈活的架構(gòu)模式,配置了靈活多變的檢驗(yàn)因子,提供了規(guī)范化的輸出模式,以任務(wù)和方案為運(yùn)行導(dǎo)向,簡(jiǎn)化了質(zhì)量檢驗(yàn)的工藝流程,在最大限度上提高了地理空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查效率。

2.1 靈活多變的檢驗(yàn)因子

檢查算子、檢查參數(shù)以及檢查規(guī)則相互間有機(jī)地結(jié)合與串聯(lián),構(gòu)成了靈活多變的檢驗(yàn)因子。三者是有機(jī)的整體,不同規(guī)則、不同算子以及不同參數(shù)既可以疊加,也可以自由組合,以滿(mǎn)足不同項(xiàng)目、不同層次以及不同規(guī)模的檢驗(yàn)任務(wù)。

當(dāng)前地理空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大,具有復(fù)雜的空間拓?fù)浜蜁r(shí)空關(guān)系,層次也比較復(fù)雜,對(duì)檢驗(yàn)方法的自由度和靈活度提出了巨大挑戰(zhàn)。面對(duì)復(fù)雜的地理空間數(shù)據(jù)形式,質(zhì)檢規(guī)則也不是一成不變的,就需要根據(jù)不同項(xiàng)目、不同方案不斷調(diào)整與調(diào)和。靈活多變的檢驗(yàn)因子提高了程序的穩(wěn)定性與靈活性,擴(kuò)展了平臺(tái)的適用性,加大了平臺(tái)的使用范圍。有參規(guī)則與無(wú)參規(guī)則相互配合,即解決了規(guī)則的量化程度,也滿(mǎn)足了規(guī)則的靈活擴(kuò)展,同時(shí)可以配合人工智能手段進(jìn)行有參或無(wú)參的模型訓(xùn)練,可以進(jìn)一步提高檢驗(yàn)因子的智能化程度。

2.2 任務(wù)與方案的導(dǎo)向作用

質(zhì)量檢查模塊在從抽象到具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,遵循著“任務(wù)+方案”為根本指導(dǎo)原則。不同的質(zhì)檢任務(wù)決定了不同的質(zhì)檢方案,不同方案的有序疊加構(gòu)成了不同的質(zhì)量檢查模塊,不同質(zhì)量檢查模塊的有機(jī)結(jié)合最大限度地保證了檢查的科學(xué)性與規(guī)范性。任務(wù)是質(zhì)量檢查的最基本導(dǎo)向,它驅(qū)動(dòng)著不同質(zhì)檢方案的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一;質(zhì)檢方案是質(zhì)量檢查的最終表現(xiàn)形式,它推動(dòng)著平臺(tái)的有序工作和各工序間的有效銜接。

如圖3所示,檢查任務(wù)和檢查方案具有較高的自由度,不同任務(wù)的自由組合構(gòu)成了每一個(gè)檢查方案,所有的方案匯總為一套完整的、科學(xué)的評(píng)價(jià)方案,其主要由質(zhì)量子元素、檢查項(xiàng)以及評(píng)價(jià)方法組合而成。檢查任務(wù)與檢查方案是相輔相成的關(guān)系,其構(gòu)建模式具有很強(qiáng)的方向性,保證了質(zhì)量檢查模塊構(gòu)建的統(tǒng)一性。

圖3 任務(wù)和方案關(guān)系圖

2.3 檢查規(guī)則的模式與內(nèi)容

檢查結(jié)果數(shù)據(jù)是質(zhì)量檢查的重要成果,它是評(píng)價(jià)體系的最終表現(xiàn)形式,也是提供用戶(hù)用于成果評(píng)估的重要依據(jù)。檢查規(guī)則在制定過(guò)程中,主要涉及數(shù)據(jù)的空間參考、屬性特征、拓?fù)潢P(guān)系以及數(shù)據(jù)完整性等方面,具體規(guī)則與內(nèi)容如表1所示。

表1 檢查規(guī)則與內(nèi)容表

2.4 輕便的架構(gòu)模式

平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中,參考了領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的眾多思想,摒棄了傳統(tǒng)的層架構(gòu)模式,采用更為輕巧、靈活的洋蔥架構(gòu)模式,降低了平臺(tái)各業(yè)務(wù)領(lǐng)域間的耦合程度,其層次更加清晰,也易于拆分和維護(hù),實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的快速擴(kuò)充或精簡(jiǎn)。

平臺(tái)在架構(gòu)過(guò)程中的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是將內(nèi)核層從結(jié)構(gòu)中剝離出來(lái),它獨(dú)立運(yùn)行于平臺(tái)內(nèi)部,具有跨平臺(tái)、易擴(kuò)展以及易搭建等特性,提高了平臺(tái)的運(yùn)行效率。

如圖4所示,平臺(tái)的主要功能設(shè)計(jì)到4個(gè)領(lǐng)域,包括檢查模板制定模塊、檢查規(guī)則制定模塊、樣本質(zhì)量統(tǒng)計(jì)模塊以及質(zhì)量報(bào)告輸出模塊。

圖4 平臺(tái)主要功能簡(jiǎn)圖

3 平臺(tái)應(yīng)用

海淀區(qū)管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)更新項(xiàng)目是我院承接的重點(diǎn)項(xiàng)目,主要負(fù)責(zé)全區(qū)市政部件采集、加工與分析工作,并提供相關(guān)專(zhuān)題地圖。本期項(xiàng)目需對(duì)13個(gè)街道,涉及57 000多個(gè)圖斑進(jìn)行質(zhì)量檢查。

按照本次任務(wù)要求,以矢量圖形文件(Shapefile,SHP)文件數(shù)據(jù)作為組織單元和檢查對(duì)象,配置了由坐標(biāo)系統(tǒng)、幾何位移、分類(lèi)代碼值、要素遺漏等數(shù)十項(xiàng)檢查項(xiàng)目組成的檢查方案,平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量檢查并輸出樣本質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表(表2所示。相比人工檢查而言,降低了人工的工作成本,提高了質(zhì)檢質(zhì)量與速度。

表2 樣本質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所述平臺(tái)是一款全流程的成果質(zhì)量檢查平臺(tái),可根據(jù)不同任務(wù)、不同項(xiàng)目自由定制檢驗(yàn)規(guī)則,具有規(guī)范化的輸出模式,易于擴(kuò)展和配置,簡(jiǎn)化了質(zhì)量檢驗(yàn)的工藝流程,在最大限度上提高了地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查效率。

目前為止,本平臺(tái)還處于不斷完善的階段,雖然可以應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中,但還存在諸多問(wèn)題有待解決。第一,平臺(tái)缺乏智能化管理模塊,還不能實(shí)現(xiàn)智能化的質(zhì)量檢查。第二,目前平臺(tái)只能制定針對(duì)一般性規(guī)則進(jìn)行檢查,不能對(duì)特殊或不常見(jiàn)的規(guī)則進(jìn)行制定,還需要進(jìn)一步地?cái)U(kuò)充規(guī)則。第三,目前平臺(tái)功能比較單一,還需要進(jìn)一步細(xì)化功能,提高檢查時(shí)效。