基于GIS数据的线实体的数据处理与质量控制的方法

来源:用户上传      作者: 武宏莉

　　【摘 要】GIS的空间数据由矢量数据结构与栅格数据结构组成，矢栅一体化的数据结构以及三维数据结构就实现了地理实体的点线面体在三维空间中的点面的弧拓扑与面拓扑进而构成了三维的八叉树结构。
　　【关键字】线实体；数据处理；质量检查；八叉树结构；弧拓扑；面拓扑
　　引导语
　　众所周知，GIS的最主要的功能即是其较为完善的空间分析能力，这种能力也是传统的计算机制图和GIS之间的最大的差异。空间分析对于GIS是至关重要的一个环节，在这个过程中不仅要用到计算机科学，还要用到图论、空间统计学、拓扑学、计算几何学等复杂的数学工具。空间分析在多学科集成的帮助之下对实体的空间以及空间中的物体的构成使用拓扑学以及其他学科的描述方法进行描述，并使用空间统计学对其进行分析，以获得所需要的模型数据，这些模型数据既包括了目标的空间的描述的数字化模型，又包括了目标空间中的各物体及其与空间以及与其他物体之间的关系。这些数字化的模型数据是计算机辨识空间、搜寻目标、快速定位的理论依据，这些数据模型帮助计算机理解实体空间与模型空间的映射路径与拓扑关系。在此基础上就可以实现相对空间之间的距离的计算，坐标的确认、速度的转换、方向、角度等相关数据的交互。
　　1、概述
　　我们人类生存在四维的立体空间之中，在三维的立体空间中加上时间这一T维坐标系，就构成了整个人类的历史，我们无法穿越过去与未来，我们只能活在现在。虽然我们无法在四维空间中任意穿梭，但是，幸运的是，我们可以在三维空间中任意往来。也正是基于这一基本的需求，才导致了GIS的诞生。这种较为先进的空间系统可以通过数字化模型对空间中的任意一点进行定位、搜寻、分析。我们人类生存于其中的三维空间与任何其他的三维空间都一样，都可以分解为点、线、面这三种最常见的元素。我们每个人所在的位置就可以看做是一个点，那么两个点之间就可以连成一条线，而一整个区域，比如一片街区就可以看做是一个面，当然这个面在某种情况下也可以成为一个点。比全国的GIS系统中，比较小的城市就可以暂时看做一个点。打开这个点，一个城市的坐标系统就显现出来，这个点一瞬间就变成了一个面。点、线、面三者之间以及彼此互相之间还可以形成多达十三种的较为复杂的拓扑关系。这十三种关系之中，较为常用的有相邻、相交、相接、重叠、包含、分离等几种关系。这些关系是如此的复杂，以至于我们不得不将点、线、面这三种基本元素分开来加以讨论。因此本文将重点论述这三种基本元素之中的线元素，也叫线实体的相关问题。
　　线实体可以是包括直线、线段、弧、链、串、不规则线型、规则线型等在内的任何线实体。线实体的数学表示通常可以用函数f（x）来表示。在GIS中通常可以用线实体来标注线状的地形、线状的地貌、线状的道路、线状的河流等。线实体之间的系系就没有点、线、面三者之间的关系复杂。线实体之间的主要关系可以描述为自相交线检、重复线检查、伪节点检查、悬挂点检查与处理等。下面我们就分别对结的关系进行阐述。
　　2、悬挂节点的检查与处理
　　悬挂节点即指只与一条经相交的一个节点，这个节点即称之为悬挂节点。如果与该节点相交的不是一条线而是一条弧，则称这个弧为悬挂弧。悬挂节点的通常由于地图数字化时候的定位不准确，造成的定位误差。
　　（1）获取检查图层（Layer），确认是否为线图元图层，是则读入一条线图元（LineFeature），否则返回提示信息告知检验员。
　　（2）对读入的线图元，提取其两个端点数据（PointMin和PointMax），并分别进行是否为悬挂节点的判断。
　　（3）对每个端点，首先判断是否满足了悬挂节点的必要条件，即只与一条线图元相连接。判断的依据是对该端点做空间分析。
　　（4）在与该端点只与一条线图元相连接的情况下，这时有两种情况存在，一种确实为悬挂节点，而另一种则为线图元起始点或终止点。
　　（5）对判断出来的悬挂点进行错误记录，记录在错误信息列表中。
　　（6）判断读入的线图元的两个端点是否全部完成检查，如果还未全部完成。
　　（7）检查完成后，将错误信息以列表的形式告知检验员，由检验员通过人机交互的方式进行错误确认并改正。
　　3、伪节点的检查与处理
　　伪节点的定义：伪节点使一条完整的线变成两段，造成伪节点的原因常常是没有一次录入完毕一条线。
　　对于伪节点的自动检查算法：
　　（1）获取检查图层（Layer），确认是否为线图元图层，是则读入一条线图元（LineFeature）。
　　（2）对每个需要检查的线图元图层，需要确定该图层的主属性字段的名称。
　　（3）对读入的线图元，提取其两个端点数据 （PointMin和PointMax），并分别进行是否为伪节点的判断。
　　（4）对每个端点，首先判断是否满足了伪节点的必要条件，即与多于一条线图元相连接。
　　（5）在与该端点连接的线图元大于一条的情况下，这时有两种情况存在，一种确实为伪节点，而另一种则为线图元起始点或终止点。
　　（6）对判断出来的伪点进行错误记录，记录在错误信息列表中。
　　（7）判断读入的线图元的两个端点是否全部完成检查，如果还未全部完成。
　　（8）检查完成后，将错误信息以列表的形式告知检验员，由检验员通过人机交互的方式进行错误确认并改正。
　　4、重复线的检查与处理
　　重复线的定义：如果同一层内，同类地物的边界被重复输入两次或多次，造成空间数据冗余并影响GIS分析的结果。粗线、细线分别代表两次数字化得到的结果，具体算法如下：
　　（1）获取检查图层（Layer），确认是否为线图元图层，是则读入一条线图元（LineFeature），否则返回提示信息告知检验员。
　　（2）对读入的线图元，提取其所有的组成节点数据，去除该线图元的首尾节点，将所有的非首尾节点存放于节点数组中 （PointArray），并将节点总数记录于PointCount中。
　　结束语
　　GIS空间数据的成果质量控制主要是采用人工方法进行检查并修改发现的错误。随着大量数据的涌现，质检人员迫切需要可以快速而有效地对数据进行质量检验的工具。国内外已开发的一些数据质量检查软件存在依赖于GIS平台、专用性强、仅适用于成果数据检查验收等弱点。因此，有必要研究针对GIS空间数据质量的自动检验与评价方法，并开发出相应的软件，实现对GIS空间数据质量的跟踪检查、实时修改以及成果评价，使成果数据满足质量要求。
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