第03章 质检对象谱系与检查项分类法
本章导读
本章对应原报告 4.1 与 4.2，回答技术篇的第一个问题：检什么。4.1 节按对象把质检分成五类，二维矢量、栅格与影像、三维模型、点云、时序与实时各有一套技术路径；真正的分野不是格式，而是判定性质——确定性几何算法、统计与模型推断、必须在线完成。4.2 节再把质量拆成七类可判定的原子检查项，从几何、拓扑、属性，到逻辑与跨层一致性、参考与接边、时相与现势性、元数据与规范性。把三维、点云、时序的问题当成二维矢量来检，是架构设计里最常见的错配，本章要防的就是它。
学习目标
读完本章，你应当能够：
- 按 4.1 节的表复述五类质检对象的核心手段与主要难点，并说出各自最适合的判定方式；
- 解释技术路径的分裂为何决定架构：哪类检查可完全自动化、哪类必须人工确认、哪类只能在线完成；
- 按 4.2 节列出七类检查项，为其中每一类各写出两条可执行的判定条件；
- 说明 ST_MakeValid 一类修复动作为什么必须重跑精度与面积检查，并举出一个修完更错的场景；
- 判断一处缺陷属于几何类、拓扑类还是属性类，并据此选择 GEOS、空间数据库或 SQL 作为实现载体；
- 指出编码与名称映射不一致为什么单表检查永远发现不了，并设计一条跨表校验规则。
4.1 质检对象谱系：五类数据，五套技术路径
| 对象类型 | 典型格式 | 核心质检手段 | 主要难点 |
|---|---|---|---|
| 二维矢量 | Shapefile / GeoPackage / FileGDB / GeoJSON / GeoParquet | 拓扑规则、几何有效性、属性值域、图层间一致性 | 跨图层语义一致性、接边 |
| 栅格与影像 | GeoTIFF / COG / IMG / JP2 | 元数据完整性、NoData、云量、色差、配准、DEM 中误差 | 大文件 IO、概览与金字塔一致性 |
| 三维模型 | OSGB / 3D Tiles / glTF / IFC | 空洞与悬浮物、纹理拉伸、LOD 单调性、坐标精度、瓦片索引 | 缺陷形态非结构化、判据缺量化定义 |
| 点云 | LAS / LAZ / COPC / E57 | 点密度、高程中误差、噪声、分类正确性、拼接精度 | 数据量大、分类质量难自动判定 |
| 时序与实时 | 流数据 / 版本库 / STAC 目录 | 现势性、时间戳一致性、版本连续性、服务可用性 | 必须在运行链路中判定，无法离线补检 |
这张表最重要的信息不是格式，而是技术路径的分裂：二维矢量质检可完全依赖确定性几何算法（成熟、可解释、可复现）；三维与点云质检在相当程度上依赖统计与模型推断（概率性、需人工确认）；时序数据质检必须在在线链路完成（无法事后补检）。把三类问题当一类处理，是架构设计中最常见的错配。
4.2 检查项分类法：把质量拆成可判定的原子
以下是工程实践中的完整检查项分类，可直接作为规则库骨架（附录 A 给出更细算子清单）。
（1）几何类（确定性，可直接自动判定）
自相交、环未闭合、重复点、极小面积与极小长度、坐标超范围、空几何、几何类型不符、环方向（外壳顺时针、内环逆时针）。这类检查全部可在 OGC Simple Features 语义下形式化，是自动化覆盖率最高的一层。
修复动作的陷阱：ST_MakeValid 与 ogr2ogr -makevalid 已成标准动作，但修复会改变几何形态（面积变化、环结构改变、自相交被拆分为多面）。修复后必须重跑精度与面积检查，否则会出现“修完更错”的隐蔽问题，而这类问题往往在验收现场才暴露。
（2）拓扑类（确定性，但依赖邻域关系）
悬挂节点（undershoot）、过头（overshoot）、伪节点、重叠（overlap）、缝隙（gap 与 sliver）、未打断相交、覆盖一致性（planar enforcement：相邻面必须无缝无叠）、网络连通性与方向。计算代价远高于几何检查——需要空间索引加邻域配对，通常按 tile 切分后另行处理边界带。
（3）属性类（确定性，规则密集）
必填项空值（区分 NULL 与空串）、值域、编码字典、字段长度与字符集、唯一性、格式（正则）、跨字段约束（A 有值则 B 必填）、日期逻辑（竣工早于开工）。最隐蔽的缺陷是编码—名称映射不一致：同一 code 在不同表中对应不同 name，单表检查永远发现不了。
（4）逻辑与跨层一致性类（半确定性，需设计规则）
图层间空间关系（建筑物须落在建筑用地面内、道路中心线须与路面对应）、层级归属（行政区代码与空间范围一致）、面积与长度汇总守恒（子区之和与父区的偏差阈值）、图文一致性（统计报表数值与空间汇总一致）。
（5）参考与接边类
图幅接边（相邻图幅同名要素的几何与属性必须一致；接边后连续、无裂缝与错位；重叠部分高程一致）、影像与矢量套合、与更高精度参考数据比对求中误差、控制资料比对（仅以公开或自设检查点比对，不涉及涉密控制点）。
（6）时相与现势性类
时相标识缺失、更新日期与实际变化不符、多版本时间线断裂、时间字段逻辑（起始不得晚于终止）、同一实体的时态区间不得重叠。现势性抽检的高效做法是：从最新影像或传感器数据抽取变化样本，反向核对数据是否已更新——这是“以新检旧”的思路。
（7）元数据与规范性类
元数据必填项（对齐 ISO 19115-1 与 GB/T 19710 系列）、坐标参照系声明、密级标注、审查图号（地图类成果）、成果目录结构、图层与字段命名规范、数据质量与血缘记录是否随成果提交。
分类法的工程意义：七类检查的实现载体不同——几何类可用 GEOS 或 JTS 一次扫描；拓扑类必须进空间数据库或用拓扑库；属性类适合 SQL；参考类需要外部参照数据集；时相类依赖版本库。规则引擎若不区分这七类，就会出现“用内存计算跑拓扑”的性能灾难。
本章小结
- 五类对象的分野不在格式，而在判定性质：二维矢量可依赖确定性几何算法，三维与点云依赖统计与模型推断，时序数据必须在在线链路完成。
- 把这三类问题当一类处理，是架构设计中最常见的错配，代价通常在性能与误判上同时出现。
- 七类检查项中几何类自动化覆盖率最高，因为它全部可以在 OGC Simple Features 语义下形式化。
- 修复动作不是终点：MakeValid 会改变几何形态，修复后必须重跑精度与面积检查，否则问题会推迟到验收现场才暴露。
- 拓扑类检查的计算代价远高于几何类，需要空间索引与邻域配对，通常按 tile 切分后单独处理边界带。
- 属性类最隐蔽的缺陷是编码与名称映射不一致，只在跨表核对时才现形。
- 七类检查的实现载体不同，规则引擎若不区分，就会出现用内存计算跑拓扑的性能灾难。
思考与练习
- 取你单位一份矢量成果，按 4.2 节的几何类条目逐项跑一遍，记录每项能否自动判定、结果是否可复现。
- 同事认为“三维模型和矢量数据都是空间数据，一套质检规则可以通用”。用 4.1 节的判定性质反驳，并给出至少两条不能通用的理由。
- 某区县成果入库前发现 12 处自相交面，已用 ST_MakeValid 修复。按 4.2 节的提示，写出修复后必须补做的两项检查与判据。
- 为你熟悉的图层设计三条属性类规则，其中一条是跨字段约束，一条是跨表编码校验，并写明不合格的处理方式。
- 对照 4.2 节的七类检查，列出你所在单位规则库目前缺失的类别，并按实现载体排一个补齐顺序。
- 有人认为“接边检查就是看相邻图幅的要素数量是否相等”。用 4.2 节参考与接边类的表述判断这个说法漏掉了什么。