Критерии качества

Оглавление

Корректность семантики.

Этот критерий очень значим, поскольку семантика является важнейшей составляющей цифровой карты и ее проверка в большинстве случаев, возможна только путем визуального просмотра. 

Правильность интерпретации У.З. Проверка проводится путем сравнения исходного оригинала и цифровой карты. Очень удобно проводить этот контроль с использованием операции тематического выделения (или тематической карты), отобразив объекты условными знаками в максимальной степени приближенными к топографическим и отобразив характеристики объектов в виде подписей. Ошибки интерпретации У.З. будет считать значительными.

Синтаксический контроль. Включает проверку на синтаксические ошибки, “лишние” пробелы, соответствие кодов характеристик или их расшифровок классификатору (если он имеется) и т.п. Удобно для этих целей использовать SQL запросы с операцией группировки по полю, контроль которого проводится. Ошибки синтаксиса будем считать незначительными.

Система идентификации объектов.

Как известно, большинство ГИС-программ используют для связи метрики и семантики назначаемые пользователем идентификаторы - целые числа. Общее обязательное требование ко всем идентификаторам - уникальность.

В некоторых случаях (например, при создании карт различных кадастров), к системе идентификации могут быть предъявлены определенные требования: упорядочивание по определенному правилу, (например “слева-направо”, “сверху-вниз”), создание сквозной идентификации, выделение определенных диапазонов идентификаторов для определенных листов, отсутствие “пропусков” в идентификаторах. В случае сшитой карты большинство этих требований реализовать нетрудно, но если они предъявляются к карте представленной физически не связанным набором файлов, то требование об уникальности идентификаторов становится труднореализуемым, особенно в случае, если имеется много объектов продолжающихся с листа на лист (т.н. сшивка по идентификаторам).

Методика проверки уникальности идентификаторов, в случае, если карты представлены в единой системе координат, может осуществляться путем выборочной проверки, с использованием одновременной подгрузки одноименных слоев смежных планшетов и отображения их в рамках одной карты. Большинство распространенных ГИС (MapInfo, ArcView GIS, GeoDraw и т.д.) поддерживают такую возможность.

Проверка уникальности идентификаторов может быть осуществлена с использованием какой-либо внешней или встроенной СУБД путем создания SQL запроса с группировкой по полю, где содержаться идентификаторы и использованием функции COUNT(*).

Ошибку уникальности идентификаторов объектов считаем значительной.

“Гладкость”,  точность векторизации и метрическая информативность.

Ломаная линия, представляющая собой контур линейного объекта, должна во первых быть как можно более “плавной”, а во вторых, точно передавать характерные изменения направления объекта (например, прямые углы). Две наиболее распространенные ошибки цифрования порождаемые несоблюдением этих требований это “скошенные углы” и “зубчатая (зигзагообразная) линия” (или в частном случае - “выброс”). Ошибку типа “зубчатая линия” будем считать незначительной, а ошибку типа “скошенные углы” или “выброс” - погрешностью цифрования.

Кроме того, линия контура линейного объекта не должна иметь систематических смещений относительно базовой линии, т.е. располагаться ближе к одному из краев растрового изображения линейного объекта. Ошибку этого типа, если она встречается на небольшом, в пределах просматриваемого сегмента карты, участке объекта, будем считать погрешностью цифрования. В противном случае, если эта ошибка распространяется по всему объекту – будем относить ее к категории незначительных.

Как известно цифровые объекты представляют из себя сегменты ломаных линий, аппроксимирующих изображения (границы) картографических объектов. При этом точность аппроксимации может быть выбрана в широких пределах. Чрезмерное ее уменьшение может уменьшить метрическую точность всей карты в целом (как правило этим страдает дигитайзерный ввод). Чрезмерное же ее увеличение может привести к тому, что объем цифровой карты может значительно возрасти за счет увеличения количества пикетов (или узлов) в ломаных линиях. Автор встречал карты, содержащие объекты с количеством пикетов более 60 тыс., при этом они занимали всего около 1/20 части поверхности листа масштаба 1:200000, а сама карта содержала более десятка таких объектов. Такая ситуация оправдывается тем, что пользователь хочет иметь цифровую карту, которая без существенной потери “привлекательности” могла быть масштабируема в широких пределах. При этом не принимается во внимание ухудшение других “эстетических” критериев: времени отрисовки карты, времени выполнения пространственных запросов и операций пространственного анализа.

Примем, что оптимальным значением точности аппроксимации является такая, при которой сохраняется 1/3 графической точности цифровой карты (+- 0.015 мм), см. рисунок.

В процессе приемки-сдачи работ по созданию цифровых карт целесообразно проконтролировать величину метрической информативности по сканерным изображениям исходных оригиналов. К сожалению, оценить качество цифровой карты по этому параметру можно только визуально.

Избыточную информативность можно оценить двумя путями:

·         как погрешность, что не вполне корректно т.к. как правило она относится ко всей карте.

·         В графе “описание ошибок” ведомости проверки качества охарактеризовать степень ее проявления устно, в текстовом виде.

Контроль деформации исходного материала.

Главная задача изготовителя цифровых карт состоит в том, чтобы не привнести в цифровую карту погрешностей источником которых является сам процесс цифрования или плохое качество исходного материала. Наиболее точным является способ создания цифровых карт с исходных расчлененных оригиналов на пластике. Деформация пластика (как и любого другого “жесткого” носителя) очень мала: до 0.1 мм/м, сама же деформация подчиняется простому закону и легко исправима программным способом. Деформация бумаги составляет более 2-3 мм/м (у картона чуть меньше), и кроме того, она распределяется по поверхности картматериала неравномерно (“пузырями”), что делает ее трудно исправимой и, самое главное, трудно контролируемой. 

Единственный способ проверить (и возможно исправить) деформацию бумажных материалов состоит в следующем: необходимо оцифровать имеющиеся на цифровой карте линии координатной сетки (или “кресты” на крупномасштабных материалах) а затем, составить матрицу следующего вида из квадратов которые они образуют:

Заказчик может потребовать наличие такой матрицы для всех карт, которые создавались с бумажных носителей, в качестве составляющей отчетной документации при сдаче работ по договору, т.е. в составе паспорта карты или, лучше, в составе ведомости проверки качества.

В случае, если приращения расстояний подчиняются линейному закону на площади всего листа карты , то такую деформацию сравнительно просто исправить обычными линейными преобразованиями. Исправление подобной деформации, в общем случае (“кусочном”, нелинейном), представляет из себя сложный процесс с использованием так называемых “локальных преобразований”. Но и даже после него нельзя иметь гарантии точности, поскольку ведь могут существовать “минидеформации” и внутри квадратов.

При контроле деформаций жестких носителей достаточно проверить совпадение теоретических и измеренных размеров рамок листов. По опыту работы предприятия “Уралгеоинформ” только у 1 планшета из 1000 (масштабы 1:200000, 1:25000, расчлененные оригиналы)  имеются значимые расхождения (более 0.1 мм/м).

Ошибки данного вида, превышающие установленные нормы (или требования технического задания) будем считать значительными.

Однородность выполнения правил формирования модели цифровой карты.

При массовом производстве цифровых карт, над одной и той же картой (или группой листов, составляющих карту), работают разные специалисты, имеющие разную квалификацию. Кроме того, технология цифрования, особенно если она создавалась “под заказчика”, может быть плохо методически проработанной. По этой причине, цифровые карты могут обладать неоднородностью структуры. К наиболее распространенным ошибкам такого рода принадлежат: ошибки создания семантики (например, один оператор указывает “стр.”, а другой “строящийся”), ошибки топологии (например, один оператор садит точечный мост на пересечение дороги и реки, а другой - только на дорогу, но вблизи реки). Количество подобных ошибок значительно уменьшается при соответствующей организации работ, при введении на производстве многоступенчатой (и независимой) системы контроля качества. При выборе изготовителя цифровой карты, необходимо обратить на это внимание.

Проверку ошибок семантики можно проводить, например, при помощи SQL запроса, с использованием операции группировки по полю (аналогично проверке уникальности идентификаторов).

Ошибки данного вида будем считать значительными, если они касаются кодирования объектов. Например объект вида “озеро с плотиной” в одном месте может быть указан как просто “озеро”, а в другом как “водохранилище”. Погрешностями будем считать ошибки, возникающие из-за разного (но принципиально допустимого) способа формирования объектов. Например в случае, если в одном месте карты установлены топологические отношения между контуром болота и прилегающим лесом, а в другом –нет.

Модельные критерии.

Традиционная карта или план на бумаге или пластике, содержит большой объем информации, заданной в неявной форме, которую человек, читающий карту, легко понимает. Цифровая карта, является моделью местности, интерпретируемой соответствующим программным обеспечением (с участием оператора), и поэтому должна явным образом содержать описания этой информации. Данный тип информации может быть разделен на 3 класса: фундаментальная,  производная и семантическая неявная информация.

К фундаментальной неявной информации отнесем топологические отношения и форму объектов. Эта информация не может быть получена автоматически. Производная неявная информация включает отношения типа “вложение”, “частичное вложение”, “пересечение” и т.д, которые легко могут быть получены путем выполнения простых вычислительных процедур. Семантическая неявная информация - это отношения между объектами, которые зависят от контекста, от картографической ситуации в данном месте карты. В большинстве случаев для формирования этих отношений необходима дополнительная информация, а при помощи чтения карты о них можно судить только с определенной долей вероятности. Такими отношениями являются, например, отношения типа “часть-целое”.

Топологические отношения.

На карте существуют группы объектов, между которыми должны быть установлены топологические отношения, хотя, в применении к геореляционной структуре, они могут находится в различных слоях карты и, следовательно не могут иметь общих узлов. Устанавливать или не устанавливать топологические отношения зависит от задачи, для которой используется цифровая карта (т.е. от ее “концепции”, от требований к карте как к модели). 

Примером может служить ГИС, предназначенная для решения задач маршрутизации на карте дорожной сети. Для решения этих задач дорожная сеть должна быть представлена в виде графа (как минимум), т.е. в цепочно-узловом виде. Все прочие слои карты служат только в качестве подложки, "для ориентирования" и установление топологических отношений между ними может потребовать значительных материальных затрат. Наоборот, в ГИС, предназначенных для решения кадастровых задач, необходимо наличие полной топологии.

В наиболее распространенных геореляционных ГИС, как отмечалось выше, установление топологических отношений возможно только в пределах одного слоя. Чтобы частично обойти это ограничение и сделать возможным использование отношений в этих ГИС, например при помощи графического расширения языка SQL (как , например это сделано в MapInfo и SpatialWare ) предлагается следующее простое правило: необходимо иметь в местах локализации таких топологических отношений точное совпадение метрики объектов, по принципу “пикет в пикет”, или, что менее жестко, по принципу “совпадение с машинной точностью” (т.е. например допустима “посадка на отрезок” ).

На исходных картографических материалах (как на литооттисках так и на расчлененных оригиналах) никогда не выполняются топологические отношения, поэтому при создании цифровой карты оператору так или иначе необходимо корректировать метрику объектов. Важно обратить внимание на то как это сделано. Дело в том, что в традиционной картографии имеется понятие “жестких” или опорных и “подвижных” контуров. Опорные контура определяются с большей точностью и дольше сохраняют свое положение c течением времени. Это результаты есть следствие многолетнего опыта. Цифровая карта должна быть создана так, чтобы объекты, представляющие их себя опорные конура, оставались неподвижными, а подвижные контура корректировались. Пример: лес по берегу реки. Контур реки остается неизменным, а контур леса корректируется.

Проверка корректности топологической структуры в ГИС не поддерживающих топологические отношения и между различными слоями (уровнями, покрытиями) производится просмотром выбранных участков при среднем увеличении (2-3 раза по сравнению с исходным масштабом). Можно предложить следующую шкалу: если возникает смещение линий (или точки примыкания) не более чем на величину одного-двух пикселей, то считаем это незначительной ошибкой. Если более - значительной ошибкой. Установление специального предела (один-два пикселя) продиктовано влиянием на отображение объектов ошибок округления, которые имеют место в некоторых ГИС (см. обсуждение этого вопроса в начале статьи). Если вы полностью уверены, что ГИС в которой вы работаете свободна от ошибок подобного рода, тогда можно применять абсолютный критерий, т.е. любые ошибки топологии будем считать значительными. Кроме того, в обоих случаях мелкие ошибки совмещения дуг в их центральной части для которых выполняется "пиксельный критерий" и которые имеют характерные размеры  значительно меньше точности карты (в 100 и более раз) будем считать погрешностями.

Требования к форме объектов.

Имеется в виду, что объекты, изображения которых на исходной карте, в пределах графической точности, например, являются прямоугольными, должны оставаться прямоугольными (но теперь уже с абсолютной точностью) и на цифровой карте. Это требование должно выполняться в случае, если цифровую карту предполагается использовать при сильном увеличении, например для печати схем, где содержимое данной карты служит в качестве сопутствующей информации.

Ошибку данного типа будем считать значительной для планов городов и незначительной для карт остальных типов.

Учет логики взаимного расположения объектов. Негативные топологические отношения. 

Данный тип требований можно отнести к производным отношениям. Известно, что на картах некоторые объекты могут находится только в определенных сочетаниях друг с другом., например строение не может располагаться непосредственно в русле реки (без острова или другого специального указания). Количество возможных сочетаний чрезвычайно велико, хотя существуют и наиболее типичные и широко распространенные случаи.

Русло реки не выраженное в масштабе карты и горизонтали. Река течет по тальвегу долины, т.е. там где наиболее низко. В силу ограничений накладываемых графической точностью, на цифровой карте реки могут слегка смещаться относительно тальвегов, что очень хорошо видно в местах пересечения реки и горизонтали. Если в цифровой карте эта погрешность исправлена - значит перед вами карта высочайшего качества. Но необходимо помнить, что исправляться должны горизонтали, а не русло реки (см рассуждения выше). Учитывая сложность подобных исправлений, я бы порекомендовал пользоваться “Правилом Роскартографии” - если характерный размер отступа менее 0.2 мм, то считаем, что это нормально. В противном случае при отступе до 0.5 мм считаем это погрешностью а более – незначительной ошибкой.

Граница населенного пункта.. Кварталы, другие объекты и комплексы, поскольку они принадлежат населенному пункту не должны пересекать его границы. Существует определенный набор правил для определения принадлежности строения, группы строений, населенного пункта-спутника, к данному населенному пункту. При беглой проверке можно оценивать наличие каких либо ошибок (пересечений линий границы нас. пункта) “на глазок”. Для оценки этой ошибки можно применить тот же критерий, что и для топологических отношений.

Недопустимые (или негативные) отношения. На карте существуют объекты, которые не могут сочетаться друг с другом (накладываться, пересекаться и т.д.). Т.е можно сказать, что определенные отношения между некоторыми объектами не допускаются. Такие отношения мы будем называть негативными. Примеры негативных отношений: вложение “дом”-“озеро”, пересечение “горизонталь”-“горизонталь” и т.п. Перечень негативных отношений определяется логикой сочетания объектов карты, но лучше всего если он будет определен явно (например как недопустимые отношения между некоторыми классами объектов) в техническом задании. Для поиска ошибок такого рода удобно применять пространственные запросы (типа графического расширения SQL), такие возможности есть во многих дешевых ГИС. Правила оценки ошибок данного типа такие же как и правила оценки топологических отношений.

Семантические связи.

При обычном цифровом картографировании редко приходится сталкиваться со связями подобного вида. Приведем два распространенных примера.

Граница населенного пункта, дороги и инженерные коммуникации. Сам объект - “граница населенного пункта” это фиктивный контур, который формируется достаточно произвольно и, как правило, только для того, чтобы можно было привязать какую либо семантику ко всему комплексу объектов, которые мы привыкли распознавать как “населенный пункт”. На традиционных картах дороги и инженерные коммуникации могут быть не дотянуты до населенных пунктов на некоторое небольшое расстояние - до 0.5 мм (что не является ошибкой). В цифровой карте необходимо сформировать контур населенного пункта так, чтобы дороги пересекали его или были на него “посажены”. Если это требование не выполняется, то будем считать это значительной ошибкой (кроме явно спорных случаев).

Болота. Болота, как известно, отображаются посредством “островков” горизонтальной штриховки. Но как быть, если мы имеем тесную группу таких “болотец”, поскольку совершенно непонятно где пространство между ними - небольшой сухой остров, а где - просто условность, особенность отображения. Кроме того, часто такие группы имеют имена собственные - названия болот. В данном случае можно поступить так: оцифровать отдельные острова по границе штриховки и оцифровать фиктивным контуром всю группу. К этому контуру можно присоединить семантику предназначенную в целом для болота. Если установлено, что следует формировать контура болот именно таким образом, то невыполнение данного критерия (отсутствие внешнего контура для группы “болотец”, пересечение контура болота и контуров “болотец”) будем считать значительной ошибкой.

Специальные критерии.

Для некоторых специализированных задач необходимы особые правила локализации объектов, отличные от принятых на топографических картах и планах. Как правило требования подобного рода детально описываются в технических заданиях на создание цифровых карт и их количество достаточно невелико. В большинстве случаев, специальные требования регламентируют представление информации, заимствованной из посторонних (специальных) источников.

Примером могут служить цифровые карты, предназначенные для анализа потокораспределения (на дорожных сетях, в трубопроводных сетях), или цифровые карты, предназначенные для кадастра инженерных сетей. В последнем случае инженерные сети (если, конечно, не показаны только каналы, как в случае теплопроводов) должны быть разделены на сегменты "разделителями" которых служат вентили, колодцы, безвентильные врезки.