土地利用更新调查中3S技术空间数据质量控制探讨

摘要：我国经济社会发展日新月异，因此必须不断开展土地利用变更调查工作。本文就3S 技术在土地利用更新调查应用关于空间数据质量的控制问题进行探讨，供同行专家借鉴批评。

关键词：3S技术；土地利用更新调查；数据；质量控制

数据是科学的基础。一切科学论点都要靠必要的数据来佐证，尤其是自然科学，需要用足够的实验数据和实况调查数据作证据。凡是利用的数据越多，所得的结论的科学性就越强。在利用 3S 技术进行全面的土地利用现状更新调查过程中，由于空间数据的不确定性，从而将会使得调查数据具有不准确性，产生数据质量问题。如果运用这种有质量问题的数据进行分析，则结果就会不正确，从而可能产生误导作用，甚至产生严重后果。因此，高质量的成果需经过严格的质量控制体系检查，质量控制是土地利用数据库更新及建立土地利用规划基础数据图库项目的重要环节之一，也是该项目得以顺利完成的重要技术保障。

1 、3S 技术的概念

3S 技术主要是指 RS（Re－mote Sensing，遥感）、GPS （Globe Position System，全球定位系统）、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术。GPS 提供实时而准确的定位信息，对于空间数据的确定具有特殊意义；RS 技术利用某些仪器设备，在不与被研究对象直接接触的情况下，收集数据通过处理分析，最后提取和应用有关对象信息，是一种高效的信息采集手段，具有极高的空间时间分辨率；GIS 是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存贮、编辑、查询、分析决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统，能够把现实生活中的种种信息有机地与反映地理位置的图形信息结合在一起，可根据查询与分析将信息真实、直观地展现在用户面前，也可将分析决策模型处理结果提交各级管理部门，供他们参考。简而言之，RS 发现变化GPS 测量变化区域，GIS 统一管理数据。

2、空间数据的不确定性

空间数据的不确定性主要包括三种类型：（1） 客观世界固有的不确定性。地球是一个复杂的、开放的巨系统（钱学森，1996），复杂性是客观世界的固有特征。这种不确定性存在于天文领域、自然地理领域、生态环境领域等；（2）人为引起的不确定性，包括认识过程、科学技术的应用、模型、公式计算及操作过程等引起的不确定性，其中以认识过程最为主要，它是科学技术应用、建立模型、公式的基础。在不确定性的总量中，人为引起的不确定性约占 70%；（3） 空间数据不确定性的其他问题，包括地理数据大多为近似值，很少有真值；地理知识的不完备性；地理分类定义不明、概念不清；虽有明确定义，但很难操作；地理数据很多是衍生数据。

2.1、RS 数据不确定性的来源

（1）数据固有的不确定性。某些地物的波谱带是部分相叠置的，如玉米和大豆，具有确定性和不确定性并存的特征，即具有固有的不确定性；

（2）数据获取过程的不确定性。遥感数据的获取过程中有些误差是难以控制的，如大气条件下的不均匀性、变化性与仪器的不稳定性等。有些误差是可以消除或削弱的，如光谱校正与几何校正等，但残存误差是永远存在的；

（3）数据处理的不确定性。在几何校正时采用的地面控制点的误差是不可能消除的。影像增强或特征提取、数模转换过程中都会产生新的误差；

（4） 数据转换和传输过程中的不确定性。不论是从矢量到栅格还是从栅格到矢量的转换，在投影变换的过程、数据的网络传输过程中都会产生新的不确定性；

（5） 数据分类与信息提取的不确定性。主要包括：类别的不明确、不一致或没有统一的定量指标，分类本身造成的分类误差，数据输入误差及前面所说的各种误差综合，对参考数据理解的误差等引起了分类的误差。

2.2、GPS 测量误差产生的数据质量问题

GPS 测量是通过地面接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要来源于 GPS 卫星、卫星信号的传播过程、GPS接收机等地面接收设备和其他因素等。按误差性质分为偶然误差和系统误差。偶然误差主要包括多路径效应；系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中，系统误差无论从大小还是对定位信息的危害性来讲，都比偶然误差大得多，因此系统误差是 GPS 测量的主要来源，同时也是空间数据不准确的来源。

2.3、GI S 数据误差来源

由于数据来源众多，因而产生误差的原因也很多，可以综述为三个方面：

（1）自然界的固有属性误差。变化和模糊是自然界的两个固有属性，它们影响着 GIS 信息的准确表达。例如，草原的范围并不总是确定的，而是向森林或沙漠区域逐渐移动；土壤单元的边界植被类型的划分也常常是模糊的。不同的地理信息有不同的数据结构，地图或其他空间数据产品并不是现实世界的准确描述，空间特征分布的不确定性造成了空间信息的不确定性。

（2）测量的固有属性。利用测量仪器设备进行的任何测量都不可避免地引入误差。这种误差主要受观测条件，即仪器、观测者和外界环境等三方面因素的影响。此外，对于外业调查数据，如环境调查数据或地块区域单元界线的划分，则还取决于调查员的主观判断。

（3）测量结果的表达模型。表达地理信息的数据结构也是一个误差来源。在矢量数据结构情况下，线或边界的表达具有较高的可靠性或精度，尽管在自然界中可能无法精确地辨别它们，在栅格数据结构情况下，用像元表达集合的位置或均值精度较高。而事实上，现实世界中的一些特征是抽象的。例如，为了使所感兴趣的特征在图上易读，需要进行概括和综合，这显然会引入误差和不确定性。此外，不但用于记录测量数据的介质材料本身会引入误差，而且在数据的传输过程中也会引入误差。

3、空间数据质量控制原则

（1）质量控制应贯穿作业全过程。土地利用规划基础数据图库作业流程复杂，需经过很多工序方可得到结果，每道工序产生的错误必然会影响最终成果的正确性。为确保成果质量，作业流程中每一工序均进行质量检查。

（2）确定明确的质量检查指标。作业过程中每一环节的质量检查均有明确的质量检查指标。有了质量检查指标，才能使通过 3S 技术收集的数据标准化，准确性高。

（3）建立严格的质量验收制度和健全的质量检查组织。严格的质量验收制度和健全的质量检查组织有效地保证了项目在完成时间、成果质量、资料管理等诸多方面的一致，保证在最短的时间内发现问题、解决问题。

4、空间数据质量控制、检查实施措施

为了保证质量检查的组织落实，应建立完善的质量控制体系。每道工序的作业员首先进行自检和互检，然后提交质量检查人员，检查合格后，才允许进入下一工序，最后组织验收。从而保证了成果的质量，避免出现较大的返工现象。

对基础资料的质量控制，对原有图纸进行实地核对，通过相对关系利用钢尺进行查漏补缺；对没有图纸部分，先利用探管仪找出管线实际位置、分别编号，再用全站仪按《城市测量规范》（CJJ8-99）1∶1000 图进行实测（全野外数字化），利用 GPS 进行纠正，确保原始资料的准确度。实测数据（全野外数字测量、摄影测量采集数据）的数字地形图和数字地藉图，地物点（及界址点） 对相邻控制点位置中误差以及相邻地物点间的间距中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定。实测数据的数字地图其高程注记点和等高线对相邻高程控制点的高程中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定，并对原有图纸进行扫描矢量化。在不确定性传播方面，多数研究集中在地图叠置和多维尺度变换上，应增加对其他许多较为复杂的主要操作研究，尤其要增加对量化数据不确定性传播的研究；建立度量空间数据（RS和GIS等）产品质量的合适指标；寻求有，效的不确定性探测和减少方法，尤其是自动的质量控制模型；进行不确定性理论成果转化应用方面的研究，探求计算机评估遥感与GIS产品质量的方法。此外，对GPS的数据处理，经验的积累是很重要的，也是无止境的。

结束语

3S 技术属现代高新技术，科学技术的产生和应用就是为了方便人们的生产和生活，从而提高人们的办事效率，减少劳动量，达到事半功倍的效果，人们可以利用科技产品进行分析和研究。在土地利用更新调查工作中，应用3S 技术，并对数据进行质量控制，才能确保基础资料的现势性、准确性和可信度。