海岛(礁)DEM成果质量检验关键技术研究

程鹏飞，赵有松，尹　粟，毛文娟，陈海鹏

(国家测绘产品质量检验测试中心，北京 100830)

Key Technology of Quality Inspection in the Production of Coastal

CHENG Pengfei，ZHAO Yousong，YIN Su,MAO Wenjuan，CHEN Haipeng

海岛(礁)DEM成果质量检验关键技术研究

程鹏飞，赵有松，尹粟，毛文娟，陈海鹏

(国家测绘产品质量检验测试中心，北京 100830)

Key Technology of Quality Inspection in the Production of Coastal

Island (Rock) DEM

CHENG Pengfei，ZHAO Yousong，YIN Su,MAO Wenjuan，CHEN Haipeng

摘要：在人机交互质量检验技术的基础上，提出了解决海岛(礁)DEM成果质量检验问题的3个关键技术。首先，提出了目录组织模型用于质量检验的自动化检查方法，该模型支持对各个单位汇交的成果数据组织、数据命名和数据格式等方面进行检查，实现了对空间参照系、逻辑一致性等质量元素较为全面的检查，提高了大规模批量海岛(礁)DEM成果的检验效率；其次，提出了桩点法统计高程中误差，以取代外业现场打点检查DEM高程精度的检测方法，解决了海岛(礁)无法布设足够外业检查点的技术难题；最后，开发了质量等级评定工具，实现了DEM成果质量检验评价结果的电子化统一管理。通过对3000多幅海岛(礁)DEM成果质量检验的工作证实，该技术提升了质量检验能力和效率，保证了测绘成果检验的正确性和科学性。

引文格式： 程鹏飞，赵有松，尹粟，等. 海岛(礁)DEM成果质量检验关键技术研究[J].测绘通报，2015(9)：48-50.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0276

关键词：质量检验；海岛(礁)DEM成果；目录组织模型；高程精度检测

中图分类号：P229

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2015)09-0048-03

收稿日期：2014-09-17

作者简介：程鹏飞(1964—)，男，研究员，研究方向为全球卫星定位系统(GPS)的理论研究和应用开发。E-mail：chengpf@casm.ac.cn

一、引言

海岛航空航天遥感测图成果中DEM数据产品的生产技术，是利用DLG产品中等高线、高程点、水域等数据，辅以立体采集的地形特征点线，构TIN内插、裁切生成。在DEM质量检验和质量控制的研究中，国内学者提出了一些有效的方法，如雷蓉等[1]在探讨多种DEM质量检查方法的基础上，提出了基于遥感影像生产DEM的综合检查方法，即采用影像分析算法进行粗差点初步检查， 然后再用拟合法或影像相关法进一步检查， 能快速、 准确地发现并定位DEM中存在的质量问题；汤国安等[2]首次提出等高线套合差的概念，通过等高线套合积差、超限区个数比、系统偏差3个测算因子定量检查DEM数据质量。

与传统DEM成果相比，海岛(礁)DEM成果具有3个自身的特点[3]：第一，海域面积的比例比其他DEM数据大；第二，河流水系、海洋、陆地交界地段的要素更为复杂；第三，不易或不宜登岛进行实地测量获得足够的检查点。基于上述分析，传统的DEM数据质量检验方法不能在很短的时间内满足大规模海岛(礁)DEM数据质量检验的需要。

结合上述海岛(礁)DEM成果特点，在严格按照质量管理体系的基础上制定成果检验组织实施方案，如图1所示。本文结合海岛(礁)DEM成果检验的特点，从成果检验数字化、高程精度检测方法、质量评定3个方面对海岛(礁)DEM成果质量检验的关键技术进行了研究。3000多幅海岛(礁)DEM成果质量检验的结果表明，该技术路线是可行的，质量评价结果是客观和真实的。

图1　成果检验组织实施

二、关键技术

海岛(礁)DEM成果的处理流程包括数据准备、质检方案制作、自动化检查、人机交互检查、倾向性问题检查、质量评定，最终形成质量检验报告。首先，成果检验数字化涵盖了DEM数据检查的部分质量元素和检查项，若出现无法通过自动检查的内容时，可利用软件的交互检查工具进行错误定位与标识；其次，在自动检查的基础上，增加人工干预对DEM成果中的高程中误差、静水面置平、套合差、完整性和附件质量进行检查；最后，对成果详查样本图幅中发现的倾向性问题进行批次概查，如图幅拼接的接边处理一致性、DEM数据质量完整性(除海域外的DEM格网点灰度值无缺失)等。综上所述，海岛(礁)DEM数据成果质量检验过程所采用的关键技术如图2所示。

1. 成果检验数字化

(1) 构建目录组织模型

目录组织模型是用来检查各个单位汇交的成果在数据组织、数据命名和数据格式等方面的正确性。目录模型按照“汇交要求”构建的文件组织形式上，还可以进行目录体系结构的修改，以适应变化的要求。基于目录组织模型的自动检查实现了批量高效的数据质量检查，通过设置不同尺度、不同数据类型的数据成果，可以完成对大批量图幅(待检数据)的

数据组织、命名、格式等项目的检查。海岛(礁)DEM数据目录组织模型如图3所示。

图3　海岛(礁)DEM数据成果目录组织模型

(2) 质检软件设计

海岛(礁)DEM数据成果共涉及12家生产单位、20批次上交成果，合计3000多幅图幅，数据量大、检验工作复杂。为争取在较短时间内评定成果质量，增强成果检查功能，减轻质量检验工作强度和重复性，开发了相关的质量检验软件。软件具有目录模型设计、检查项设计、评价模型设计、质检方案设计等功能，实现了批量自动化检测，大大提高了大规模海岛(礁)数据成果质量检验的工作效率。

为了在规则抽象的基础上，建立灵活的检查模型，构建了基于“规则—检查项—方案”的质检机制，可以根据实际数据的内容和质检标准制定检查项，对数据检查方法进行扩展和定制，实现了对空间参考系、属性精度、逻辑一致性、栅格质量等质量元素的自动质量检查。

2. 高程精度检测

(1) 野外实测法

利用外业全站仪或GPS RTK手段实地测量散点的坐标，与DEM同名格网点进行比较，可以得到一组高程较差，通过此方法计算出的中误差用来评定DEM成果精度。

(2) 桩点法

在立体模型下，用量测高程注记点的方法，测得一组检测点坐标值，与DEM同名格网点高程相比较，可以得到一组高程较差。在没有外业检测点的情况下，桩点法统计出的中误差可以作为衡量DEM精度的另一个重要方法。

桩点选点需要遵循一定的原则：首先，DEM高程精度检测点要求选择在非人工地物、高程变化不大的自然地表。考虑到生产作业主流作业方式是利用高程注记点、等高线、其他特征点线等构建TIN生成DEM的，科学进行评价检测点尽可能离高程注记点等稍远，同时，基塘区DEM以堤上高程点的高程值适当降低作为区域的高程，故该区域不适合采集检测点。其次，按照《测绘成果质量检查与验收》(GB/T 24356—2009)[4]和《数字测绘成果质量检查与验收》(GB/T 18316—2008)[5]规定图类单位成果高程精度检测、平面位置精度检测及相对位置精度检测，检测点应分布均匀、位置明显。检测点数量视地物复杂程度、比例尺等具体情况确定，每幅图一般各选取20～50个，按单位成果统计数学精度，困难时可以适当扩大统计范围。为此，海岛(礁)DEM成果高程精度检测采用的两种方法和工作量见表1。

表1　海岛(礁)DEM成果高程精度检测方法

建立DEM精度模型，利用以上两种方法计算得到的DEM检查点误差，均能从整体上描述DEM高程和其真值的离散程度，可以实现对DEM成果质量和精度作出科学评价。具体采用的DEM精度检测模型为：

1) 检测点数量少于20时，以误差的算术平均值代替中误差；大于20时，按中误差统计。

2) 高精度检测时，中误差计算公式为

3) 同精度检测时，中误差计算公式为

式中，m为高程较差；n为检测点数。

3. 质量评定

依照质量评价模型对数据成果进行综合打分，并将数据检查结果(文档、图形)和评价打分结果等进行输出。具体做法是：结合质量检查与验收相关规范中规定的质量评价指标，将质量元素进行统计、分类和分级，可以分为两部分：一是对各个单项质量元素分别评价；二是对各项质量元素评价结果汇总得出整个评价结果。单位成果质量评定依据为《数字测绘成果质量检查与验收》(GB/T 18316—2008)[5]，批成果质量等级依据质量评定指标进行评定(详见GB/T 18316—2008表5)。以上过程由开发的质量等级评定工具自动完成，实现了测图成果标图、检查记录自动入库、检查记录表自动质量评价等功能。成果样本质量评定统计表如图4所示。

图4　成果样本质量评定统计表

三、结束语

基于海岛(礁)测图的特殊性，海岛(礁)DEM数据成果质量控制与评价任务相当繁重，重点对DEM数据成果质量检查的关键技术进行研究，可以

以减轻质量检查工作量、减少经费投入、降低作业成本。同时，可以提高大批量数据成果自动化检查水平，实现对DEM数据成果进行快速、有效的质量控制，保证质量检验评定的科学性。本文提出的海岛(礁)DEM数据成果质量检验方法，可以推广应用到其他数据质量检查项目中，对促进测绘产品质量检查技术的发展具有一定的意义。

参考文献：

[1]雷蓉,邱振戈,张士涛.基于遥感影像生成DEM的质量检查[J].测绘通报,2005(4):36-39.

[2]汤国安,陶旸,王春.等高线套合差及在DEM质量评价中的应用研究[J].测绘通报,2007(7):65-67.

[3]国家海洋局.中国海岛 (礁)名录[M].北京:海洋出版社,2012.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 24356—2009测绘成果质量检查与验收[S].北京:中国标准出版社,2009.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 18316—2008数字测绘成果质量检查与验收[S].北京:中国标准出版社,2008.

[6]党亚民，程鹏飞,章传银，等.海岛礁测绘技术与方法[M].北京:测绘出版社,2012.

[7]汤国安,刘学军,闾国年.数字高程模型及地学分析的原理与方法[M].北京:科学出版社,2005.

[8]陈海鹏,赵有松.GB/T 18316—2008 在国家级测绘工程DOM成果质量检验中的应用实践[J].测绘通报,2013(8):52-54.