GIS在土地利用数据质量检查中的应用研究
摘要：要实现土地利用数据的有效应用和社会化服务，满足经济社会发展、土地宏观调控需要，须重视土地利用数据质量。本文从土地利用数据的特点入手，结合GIS数据质量控制内容和技术分析，提出了利用GIS技术检查土地利用数据质量的方法。
关键词：GIS；土地利用数据；数据质量检查
中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1674-3695-（2010）02-37-04
引言
随着国土资源信息化的全面推进和纵深发展，特别是“数字国土”、“金土工程”的全面实施，实现土地利用数据的有效应用和社会化服务，满足社会经济发展、土地宏观调控需要，是土地利用数据的应用方向，而数据质量是土地利用数据有效应用的基础。
土地利用现状调查是获取土地利用现状数据的重要方式。为了有效保证现状调查成果的正确、规范和完整，避免由于技术和人为因素造成的数据失真，确保调查成果、图件与实地三者的一致性，需利用成熟的技术手段对土地利用数据进行质量检查。GIS是用于采集、处理、查询、分析、表达和输出空间数据的计算机信息系统，具有空间特性的GIS数据是GIS的核心。因土地利用现状数据的空间特性，可采用GIS的质量控制技术从图形、属性和拓扑关系等方面对土地利用数据进行质量检查。
本文从土地利用数据的特点入手，结合GIS数据质量控制内容和技术分析，提出了土地利用数据质量检查方法，为实际工作中土地利用数据质量控制提供参考。
2土地利用数据特点
土地利用数据包括行政区、境界、等高线、高程点、权属单位、界址线、基本农田、地类图斑和注记等多类土地利用要素，其内容是通过矢量的几何图形和相应的属性值来表达的。其中，行政区、宗地和图斑用面状图形表达，境界、等高线、界址线、线状地物和地类界线用线状图形表达，高程点、界址点和零星地物用点状地物表达。
土地利用数据的空间特性和信息化的计算机管理模式，决定了土地利用数据不仅仅要满足特定的几何精度指标，自动计算出的土地面积更要与实际调查结果保持一致，不同级的行政界线之间必须保持共线，地块之间的拓扑关系必须正确，例如相邻地类图斑间不存在缝隙或交叠。
3GIS数据质量控制内容
GIS数据质量控制的主要内容，包括数据完备性、逻辑一致性、定位精度、属性精度、时间精度等内容。
数据完备性：指地理数据在范围、内容及结构等方面覆盖所有要求方面的完整程度，包括数据范围、数据分层、实体类型、属性数据和名称等方面的完整性。
逻辑一致性：描述数据结构（包括概念的、逻辑的或物理的数据结构）、要素属性和它们间的相互关系符合逻辑规则的程度。它是指数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据内容、空间属性和专题属性，尤其是拓扑性质上的内在一致性；如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等。
定位精度：也称作空间位置精度，为实体的坐标数据与实体真实位置之间的接近程度，常常以空间三维坐标数据精度来表示，包括数学基础精度、平面精度、高程精度、接边精度、形状再现精度（形状保真度大小）、像元定位精度（分辨率）等。平面精度和高程精度又可分为相对精度和绝对精度。
属性精度：是指实体的属性值与其真实值相符的程度，属性精度一般取决于数据的类型，而且常常与位置精度有关，主要包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的正确性及名称的正确性等几个方面。
时间精度：即数据的现势性，是指地理数据时间信息的可靠性。地理数据的更新周期较长，因此历史数据和实际数据存在一定差异，这直接影响了地理数据的有效应用，可以通过记录数据更新的时间和频率等来表示。
4GIS数据质量控制技术
基于规则的拓扑一致性检查技术是GIS数据质量控制重要技术，其本质上是利用GIS预定义的图形拓扑规则，实现对图形的拓扑一致性的检查。
4.1悬挂点检查
悬挂点：悬挂节点有多边形不封闭、不及或过头、节点不重合（不接头）等几种情形。
GIS中定义的拓扑规则：Must Not Have Dangles约束了线层中的每一条线段都与本身或者其他要素相接触，可以用来执行悬挂点检查。
4.2伪节点检查
伪节点指的是具有相同编码并相连接的两个图素（直线和直线之间，圆弧和圆弧之间，多义线与多义线之间）的连接处的一对顶点。
GIS中定义的拓扑规则：Must Not Have Pseu-do-Nodes，可对线要素上多余的节点，进行处理，保证线要素的正确分段。
4.3自相交检查
检测当前图面中是否存在自身某两段间存在相交的线类实体。
GIS中定义的拓扑规则：Must Not Self--Intersect可对线层中的任何要素不能与其自身相交或重合进行约束，可用来执行自相交检查。
4.4回头线检查
回头线：一条线的连续两段间夹角小于一定角度时认为此曲线存在回头现象，这种线叫回头线。
GIS中定义的拓扑规则：Must Not self Overlay约束了线对象不能与其自身产生重叠，可用来执行回头线检查。
4.5有向点、有向线方向检查
对于有向点，通过自动根据某一属性字段角度值显示有向点的方向，根据图式上的设置正确的符号，人机交互的方式来判断数字化方向的正确性；有向线是根据线的方向用箭头显示出来，人工判断其正确性，对于水系的数字化方向线，可根据地貌的起伏（通过等高线构TIN）来自动判断其方向正确性。
5土地利用数据质量检查方案设计
5.1检查方法
土地利用数据质量检查方法包括计算机自动检查、人机交互的计算机辅助检查。每种检查手段都包括若干个实施检查的具体技术方法。
自动检查：计算机自动检查是利用数据的图形与图形之间、属性与属性之间、图形与属性之间的关联性、规律性和逻辑关系，通过程序进行自动检查，发现并提示数据中存在的错误。
手动检查：由检查人员根据有关标准或要求、专家知识及经验进行检查，用于无法用计算机检查的内容。主要包括如文档完整性和规范性、相关属性内容正确性以及制图数据规范性等。
5.2检查方式
数据质量检查方式分为全检和抽检。全检：对数据中的所有个体进行逐一检查。计算机自动检查全部为全检。抽检：按照确定的抽样方案，采用适当的抽样方法从数据中抽取部分个体作为样本进行检查，并根据样本质量来推断数据质量。抽检适用于人机交互检查，具体抽检方案由根据具体检查内容制定。
5.3检查内容
土地利用数据质量检查内容主要包括资料完整性和规范性、几何精度检查、图形拓扑一致性检查和属性精度检查。
（l）逻辑一致性检查
逻辑一致性检查主要检查不同类型的土地利用要素的分层、属性表结构定义、表间关系，属性字段的名称、类型、长度和约束条件的定义。具体包括：土地利用要素类的要素分层（如要素层名称和几何特征）、属性（表格）数据结构（如属性表名、字段长度、字段类型和约束条件等）与标准是否保持一致。表与表、表与层等逻辑关系是否符合标准要求。
（2）几何精度检查
几何精度检查主要是检查土地利用数据的矢量图层数据内行政区、境界、等高线、高程点、权属单位、界址线等地物要素与影像数据是否吻合；是否存在错误和缺漏；明显的要素位置精度是否超过图上0.2mm等。
（3）图形拓扑一致性检查
利用GIS的基于规则的拓扑一致性检查技术，可对土地利用要素之间的关系进行检查。
对同类土地利用要素内地物间的拓扑关系进行检查，例如相邻地类图斑之间不存在缝隙或重叠区域，相邻的行政区域之间不存在缝隙或重叠区域等。
对不同类地物要素内的拓扑关系进行检查，例如不同级的行政区域之间必须保持共线，例如省级境界必须与市级境界保持一致；权属界线必须与行政界线一致等；零星地物必须包含在行政区域内；地类图斑与地类界线必须保持一致等。
（4）属性精度检查
利用GIS数据的“图属一体化”的特性，对属性数据的接边一致性、结构一致性、唯一性、合法性、完整性进行检查。
接边一致性：主要用于检查相邻图幅间接边的土地利用要素对象的类型和属性是否一致。
接边实体类型保持一致：相邻图幅的线状地物必须与线状地物进行接边；面状地物必须与面状地物进行接边处理。
接边实体属性结构和属性内容保持一致：对于相邻图幅的邻接地物要素，是否具有相同的属性结构，譬如地类代码。
编码唯一性检查：对数据层中地块的编码属性字段（地类代码），检查是否符合《土地利用现状分类》(GB/T21010-2007)内容要求，是否有非本层要素及其他非法值存在等，如地类代码错误。
属性字段值合法性检查：是指属性字段值的属性值域的检查、属性组合正确性的检查、一些要素关系正确性的检查。譬如唯一属性字段的属性值是否唯一，如标识码；属性值、数据单位是否正确，如线状地物、零星地物的面积数值和单位正确；图斑面积相对线状地物、零星地物面积及线状地物的扣除。
属性完整性检查：检查一些具体要素的必填属性项是否填写完整。
5.4质量检查规则
根据检查内容和所适用的检查方式、方法，对质量检查规则进行预定义，规则定义主要包括以下项：
检查项：质量检查规则的名称。
检查内容：该规则所要检查的内容。
检查方法：采用手动还是自动检查。
检查方式：是对所有数据进行抽检还是全检。
缺陷等级：如果违背该质检规则，应定义为何种缺陷等级。缺陷分为六级，即致命缺陷、严重缺陷、重缺陷、次重缺陷、轻缺陷和次轻缺陷。
其它：备注项内容。
质量检查规则示例如下：
检查项：地类图斑与地类界限拓扑一致性检查。
检查内容：地类图斑（面层）必须被地类界限覆盖。
检查方法：自动检查。
检查方式：全检。
缺陷等级：严重缺陷。
其它：容限值：0.02。
质量检查规则即可以预组合，制作质检方案模板，亦可在未来灵活组合来定制扩展质检方案。
6土地利用数据质检方案分析
6.1基于GIS的质量检查技术
土地利用数据所采用的图形属性一体化的GIS数据存储模型为采用GIS的质量检查技术奠定前提。基于规则的拓扑一致性检查技术有效实现了土地利用要素之间的拓扑关系检查，实现了相邻地类图斑之间不存在缝隙或重叠区域，相邻的行政区域之间不存在缝隙或重叠区域等一系列关系的检查，从而为进一步计算土地利用面积，维持土地利用面积的逻辑一致性做好了准备。
5.2基于质检规则的质检方案制作
基于质检规则的质检方案制作，不仅可以利用事先定制好的质检方案模板，作为缺省定制模板提供，快速、方便的实现基于模板的数据质量检查流程，保证检查结果的正确性和检查效率。
此外，基于质检规则的质检方案灵活定制技术，通过对成果检查规则、检查模板以及检查结果统计模型、评价模型、成果数据检查方式、异常处理方式的灵活定制，可以将计算机的自动检查与人工干预灵活、有效的组合，因此可进一步保证数据检查的质量。
5.3自动与交互结合的检查机制
由于质检内容中存在大量的非定量化的质检要素，因此采用GIS的空间数据质检技术来实现土地利用数据的质检须采用手动检查与自动检查相结合的方式进行质量检查。
自动检查采用后台批处理的方式，保证数据检查的准确性，降低检查强度、提高检查效率。针对方案中配置的自动检查项，系统按照质检模型中定义的规则参数以及规则算法，结合数据模型中定义的待检数据名称，自动找到数据并进行相应的检查，发现错误后按照质检方案中该质检项对应的错误评估方式和错误输出方式进行自动的错误记录和输出。整个质检方案运行结束之后自动输出该批数据的质量检查报告并输出错误记录。
人机交互检查方式主要检查一些程序自动化检查不高或效率及准确率相对较低的错误类型，如一些需要加载背景影像叠加显示的检查项，包括图形精度检查、参照检查、接边检查、绝对位置精度检查。
7结束语
土地利用数据在国土资源管理中占有举足轻重的地位，是国家土地利用规划、耕地和基本农田保护管理工作的基础数据。数据质量的参差不齐，为土地宏观调控造成了很大的障碍。GIS技术作为在国土行业具有悠久应用历史的技术，其图形属性一体化数据存储模型和拓扑关系模型，有助于空间型数据进行有效的质量控制。本文从GIS质量控制内容的角度研究了土地利用数据的质量检查方法，旨在抛砖引玉，唤起大家对土地利用数据质量控制的关注，并在实际工作日益深化GIS技术在土地利用数据质量控制上的应用。
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