18. Показатели качества данных в гис. Позиционная точность данных и типы ошибок

Представления о качестве данных, их точности и оценке погрешности становятся очень важными при создании баз данных ГИС. Интересен такой феномен: если данные представлены в цифровом виде, предполагается, что они заведомо лишены ошибок. Но так ли это? Показатели качества данных в БД определяются стандартами, основные из которых: позиционная точность, точность атрибутов объектов, а также то, что относится к БД в целом ­­– логическая непротиворечивость, полнота, происхождение.

Позиционная точность данных и типы ошибок. Позиционная точность определяется как величина отклонения измерения данных о местоположении (координат) от истинного значения, т.е. адекватностью координат X и Y. При ее определении исходят из масштаба исследования или характера первичного материала. Всегда следует задаться вопросом: какова оптимальная точность и оправданы ли затраты на достижение повышенной точности?

В растровых и векторных изображениях точность определяется по-разному.

В растре точность зависит от размеров ячеек грида. В большинстве случае неясно, относятся ли координаты, представленные в растре, к центральной точке ячейки или к одному из ее углов. Точность привязки, таким образом, составляет ½ ширины и высоты (Z) ячейки.

Координаты в векторном формате могут кодироваться с любой мыслимой точностью – она ограничивается возможностью внутреннего представления координат в памяти компьютера. Обычно для представления координат объекта в векторном формате в ГИС показывается 8 или 16 десятичных знаков (одинарная или двойная точность). Это соответствует ограничению по точности соответственно до 1/10⁸ и 1/10¹⁶ измерения на местности.

Для получения такой точности растра необходимо хотя бы 10⁸ х 10⁸ или 10¹⁶ х 10¹⁶ ячеек, что нереально даже при специальном сжатии данных. Очень ограниченные классы данных соответствуют такой точности векторного представления: карты небольших участков в крупном масштабе. Кроме того, немногие природные явления имеют четкие границы в виде математически определенных линий.

Можно сказать, что на карте толщина линии отражает неопределенность положения объекта. Поэтому в векторной системе фиксируется неопределенность положения векторного объекта, а не точность координат. В растре эта неопределенность автоматически выражается размером ячейки – это действительное представление о точности.

При создании цифровой карты источниками ошибок являются: 1) погрешности исходного материала Δ_b, 2) точность карты Δ_m, 3) погрешности цифрования Δ_d.

Если базовой картой для оцифровки служит, например, топографическая карта масштаба 1:1 000 000, то погрешность исходного материала может быть оценена, по нашим представлениям, в 0,5 мм (устанавливаемый нами допуск). Точность карт приблизительно определяется толщиной изолинии, или 0,4 мм. Погрешность качественного цифрования составляет 0,2 мм. Поскольку источники ошибок независимы, пользуясь известным в статистике правилом "переноса ошибок", общую погрешность Δ_i (позиционную точность) для карты исходного масштаба можно оценить выражением

=0,67 (мм),

что соответствует 0,67 км.

Точность базы данных. Каждый этап создания БД чреват внесением ошибок.

Во-первых, карты являются источником погрешностей, которые даже при идеальном цифровании переносятся в БД. Это результат генерализации, несоответствия на границах листов.

Во-вторых, ошибки имеются и в некартографических источниках. Так, АФС могут быть дешифрированы неверно; существует проблема границ; погрешности классификации. Значительная часть данных берется с АФС, при этом точность зависит от правильного размещения контрольных точек. На космоснимках позиционированию мешает невысокое разрешение.

Для снижения ошибок в измерении местоположения используют геодезический контроль и системы спутникового позиционирования, а также создание массивов данных географической привязки. На весь набор данных влияют: 1) ошибки регистрации и определения контрольных точек, 2) преобразования координат, особенно когда неизвестна проекция исходного документа; 3) ошибки обработки данных, 4) неправильный логический подход, 5) генерализация и 6) проблемы интерпретации; 7) перевод векторных данных в растровый формат и пр.

Могут возникнуть искусственные ошибки (артефакты) – нежелательные последствия применения высокоточных процедур для обработки пространственных данных, имеющих небольшую точность. При работе с векторными данными артефакты возникают при кодировании (цифровании) и наложении полигонов. При работе с растрами артефакты не возникают до тех пор, пока размер элемента растра больше или равен позиционной точности данных.

Чтобы проверить позиционную точность, нужно использовать независимый, более точный источник – карту крупного масштаба, данные GPS, первичные данные съемки.