任江峰 穆志杰

（自然资源部第二地形测量队，陕西 西安 710054）

0.引言

数字表面模型属于地面高程模型，模拟地物表面相关事物的高度，比如，地表建筑物、桥梁、树木等等。数字表面模型范围更广，相比数字高程模型，对于地表信息的高程也可以由此获取。随着地面工程增多，数字表面模型越来越受到关注，应用范围更加广阔。尤其一些行业对建筑物高度有一定的标准，十分重视数字表面模型的应用，了解最真实的地面起伏情况。但仍缺乏标准化、完整的检验方法，检查和评定数字表面模型的数据质量。现行标准的规范，没有说明具体的质量检测细则，只是有关数字表面模型的数据检查项。本文进行合理地评价和改进，研究探索数字表面模型的数据质量检查方法，用于生产生活中。

1.数字表面模型（DSM）的质量元素

（1）位置精度。不仅包含地面高程，并且也包括其他地表的高程信息，比如，房屋表面、植被表面。位置精度质量的主要子元素，为高程精度；（2）数据的现势性是其主要质量子元素。质量元素为时间精度；（3）空间参考系。数字几何对象、地面实体的对应数学基础，为空间参考系[1]。高程基准是空间参考系的主要子元素，同时有地图投影、大地基准；（4）格网或图幅的范围、格网尺寸，为栅格质量的主要质量子元素，也就是格网参数；（5）逻辑一致性[2]。就是一致性的拓扑关系，属性编码、数据格式、数据结构的正确性；（6）附件质量。图历簿、元数据及其他附属文档等，都是其主要质量子元素。

2.地形测绘中数字表面模型的质量检查

地理信息资源的测绘工作中，通常需要利用数字表面模型（DSM）、数字正射影像图（DOM）等工具，并通过主题模型(LDA)的潜在语义分析融合形成低维度的高层语义表征，最后以支持向量机(SVM)作为监督学习训练分类器，实现数字表面模型的高精度快速自动识别，同时使用非压缩IMG数据格式，表示DSM成果。山地为10m，丘陵地为6m，平地为6m，格网间距为10m，高山地为13m[3]。评定DSM成果的质量，依据国家标准执行。现行的国家相关标准，主要是数字测绘成果质量评定标准，并没有细化测绘产品的评定方法，需制定具体的检查细则。通常检查细则制定，需要依据数字测绘成果的不同特点进行。对于具体的DSM产品，依据行业标准[4]。随着实际检验工作的推进，进行修正完善。

3.地形测绘中数字表面模型的质量检查评定体系

数字表面模型的质量检查关键检验元素主要包括元数据、空间参考系、栅格质量、逻辑一致性、位置精度、时间精度，其检查详细内容如下：

（1）元数据。检查元数据的内容、完整性、正确性、数据格式、数据结构等是否符合规定；

（2）空间参考系。检查成果数据坐标系统、高程基准、投影各参数是否符合要求；

（3）栅格质量。检查格网尺寸；检查裁切范围，检查图幅裁切范围的正确性；检查成果范围，检查DSM成果数据在影像控制范围内是否已满幅，针对影像无法匹配处可选用原始DEM填补，使用-99999填补无数据区域；

（4）位置精度。DSM格网数据精度，重点检查内容为高程变化较大的区域，是否符合实际特征；高程精度重点包括检查点位置合理性，检查点数目是否足够，中误差是否超限；接边检查，换带接边时通常需小于地形类别要求的限差,最大应小于2倍中误差；套合检查，对比DSM成果与原始DEM高差较差；云、雪覆盖性检查，覆盖范围是否合理、过渡是否合理；

（5）逻辑一致性检查。检查成果数据格式是否正确；对于补漏数据检查其属性项是否合理充分；进行数据文件检查，检查其文件命名是否符合规定、文件是否完善；

（6）时间精度。检查基础资料利用的正确性、检查最终成果数据。

对上述检查内容需要结合详细的评分标准，判断数据质量，评价检验样本的具体质量等级。对此，评定测绘成果的质量，需要根据国家标准的评分体系[5]。在实际应用中，主要有两种评分体系，包括《数字测绘成果质量检查与验收》质量体系和《测绘成果质量检查与验收》质量体系，各自有优势和缺点。

3.1 《数字测绘成果质量检查与验收》质量体系

《数字测绘成果质量检查与验收》，有一定的优势，对于数字产品。每一个质量元素，有判断标准、评分公式相对应。同时可以有不同的评定标准，判定各个质量元素。根据“木桶原理”，获取产品质量的最终得分，选取每个的最低分数。

在实际应用中，需要注意对于检查员来说，此方式的操作比较困难，有一定的局限性。关键是栅格质量的编辑质量。如果出现较轻的错误，扣除的分值在此就会显示。如果没有重大的A类错误，成果评价得分的主要依据，就是编辑质量。同时，依据面积比的方式，针对这个质量子元素进行计分。一幅图容易计算整体面积。但确定每一个错误区域的面积，可操作性比较低，存在较大困难：（1）部分高程错误的分布方式是成点状散列。如果需要框选每一处错误的面积，检查员的工作就会非常繁重。并且框选的面积值的准确性不能保证；（2）许多高程错误成线性分布，很难确定面积。比如，断崖式高程异变在换带区域等。由于异常的高程，对质量的判定要求更高，不能简单依据框选面积。需要判定是A类的错误，或者B类。若判定为A类错误，则该产品即为不合格的产品，产生的影响较大。由此《数字测绘成果质量检查与验收》实际应用可操作性有限。

3.2 《测绘成果质量检查与验收》质量体系

应用《测绘成果质量检查与验收》，进行质量评分，判定需要错误类别。该体系属于百分制的评分体系。错误类别A、B、C、D，对应扣除不同的分数，分别为42分、12分、4分、1分。总分100分，采取满分减分制，获得检查评价结果。该体系的评分方法容易操作、简单方便。通过加权，可以对质量元素的重要程度进行调节。由此在实际应用中，其良好的可操作性，获得检查员们的认可。

3.3 分析结果

在《测绘成果质量检查与验收》中，有关错误判定的标准不足。因为DSM属于新的测绘产品，相关评定尚不完善。为更好地检查质量，需要结合两种质量评定体系。质量元素的分类，以及错误标准，更加明确。结合积累的质检经验，以及相关项目的大量统计，制定错误评定标准，评分可以使用百分制评定原则。

3.4 地形测绘数字表面模型质量检查实例

不同的高程异常情况（如图1、图2所示）：

图1 断崖式高程异常

图2 网格状高程异常

根据相关检查规范，两种错误类型属于质量元素问题，归于位置精度。但很难界定具体的错误面积，因为错误区域呈现线性分布的特点。根据评价体系,B类错误，属于趋势性错误，扣12分。

3.5 栅格数据质量检查流程

数字表面模型、数字高程模型数据生产过程中，对成果检查有具体的技术规程要求，比如，格网尺寸、文件命名、逻辑一致性、空间参考、逻辑关系检查、接边检查等。在地理空间数据生产中，栅格数据的图幅接边检查是重要的一部分。自动接边检查根据程序进行。程序化工作可以节约检查时间，防止人工作业的疏漏。一些异常通常人工作业难以发现，通过程序实现检查，能够获得良好的结果。图幅接边质量问题检查，采用的是FME系统，能够进行自动批量检查，满足实际需求。对于此项目，降高处理以数字表面模型为基础，对地物的高程进行编辑，比如，桥梁、房屋、植被、林地等，使其降低至地面，形成数字高程模型产品。

在实际生产中，需要数字表面模型的高程值，超过数字高程模型高程值。要求对数字表面模型、数字高程模型的逻辑关系进行检查。通过FME转换器，能够实现批量化检查工作，比如，文件命名、逻辑一致性、栅格数据的空间参考等数据质量。

栅格数据作为一种数据组织方式，主要表示空间地物或现象分布，采取二维矩阵的形式显示。一个栅格单元就是一个矩阵单位。地理空间数据的存储模型之一，就是栅格数据模型。采用FME转换平台，检查数字表面模型数据质量，能够批量检查多项内容，为检查栅格数据质量提供有效的途径。FME可以整合不同地理信息系统要素，以及数据模型，对各种空间数据进行读写存储和转换。FME有多种转换器，可以处理栅格数据，对于栅格数据分析检查有良好的作用。采用FME，批量接边检查栅格数据，接边检查流程（如图3所示）：

图3 FME接边检查

接边检查范围提取，依据成果裁切框。将分幅成果裁切框输入，进行面叠加。利用字符串连接器，标记图幅接边图形。并进行融合。（如图4所示）为提取接边检查范围结果。接边检查范围作为裁切框，分幅栅格成果为被裁切对象，通过CLIPPER得到接边检查栅格数据，对其进行栅格减运算，取运算结果最大值、最小值，当最大值、最小值满足均为0或均为背景值时，表明同一格网点高程值一致，即接边正确，否则表示存在不接边问题，对应问题栅格数据将被输出。对于平面换带图幅接边检查，可以设定接边限（一般为内插点高程精度的2倍），当最大值或最小值的绝对值大于接边限差表明存在接边问题。

图4 接边检查范围提取

检查逻辑关系，主要是出现数字表面模型，低于数字高程模型。实际应用中，通常以数字平面模型为基础，将高程下降，编辑获得数字高程模型。要求高程值不超过数字平面模型高程值，达到质量检查的要求。使用FME，将分幅数字高程模型、数字表面模型的成果分别输入。同名文件匹配，采取减运算的方式。同一位置像元的数字表面模型、数字高程模型进行相减。使用栅格运算器。获得差值结果进行判断。像元值最小值提取如果比0更小，负值部分输出，以矢量点图层方式。该图幅内有异常的高程逻辑问题。对错误位置快速定位。逻辑关系成果批量检查流程（如图5所示）：

图5 逻辑关系检查

在FME中也能够批量检查格网尺寸、空间参考、有效范围、逻辑一致性等数据质量。通过坐标系统提取转换器，提取坐标系统，获得相关的数据，评价与要求是否一致。栅格数据的属性，通过Rasterpropertyextractor转换器获取，格网尺寸参数为_spacing_x、_spacing_y，评价数据是否正确。通过Attributeexposer提取数据存放路径、数据文件名称等，通过Substringextrsctor，获得目录组织信息、数据格式属性等。依据设定的Stringconcatenator规则，对数据进行检查。通过Rasterbandminmaxextractor转换器，评价数据高程值与有效范围是否一致，对栅格数据的最大值、最小值进行提取判断。在FME中，批量接边检查栅格数据。对于图幅接边重叠区域为优先提取图幅部分。计算重叠区域，由于数据量小，所有一定程度上，有效提升了检查效率。比如，某区域的1∶50000标准分幅的数字表面模型数据，有1115幅，只需要大约25′，即可完成接边检查。数字表面模型、数字高程模型的逻辑关系批量检查，提升检查质量。另外，检查时可以准确定位出现错误的位置，解决传统无法定位的问题。

4.结束语

数字地表模型可以反映最真实的地面起伏情况，可广泛应用于各行各业，尤其是用在检测森林生长情况，城市发展情况以及安防巡防等工作方面，都会使用到数字地表模型，但数据质量的检查控制是一项关键的环节。任何测量方法都包含各种误差，质量控制与精度密切相关。最主要的是原始数据的质量及控制。在地形测绘数字表面模型的质量检查中，需要灵活运用检查方法及评价体系，尤其是新型地理信息产品。比较优劣性，制定合理的质量评定方法，提升单一成果质量检查评定的准确性，有效把握成果的质量，减少工作量，提升工作效率。