Ολοκληρωμένο περιβάλλον διασφάλισης ποιότητας στη σύνθεση χάρτη

Abstract

Topographic maps portray both physical and artificial entities of the surface of the Earth, which in a digital environment are discrete entities. The entities and their corresponding descriptive properties are organized into thematic units and thematic layers, forming the building blocks in map composition. Their portrayal on the map is subject to constraints dependent on the method of data collection, the map scale, the data processing procedures and the requirements of map users. In addition to constraints, geospatial data contain uncertainties and errors that are either inherent in the data or a result of the map composition process. The type and significance of these errors determine the quality of maps. The question that arises is how the map producer can evaluate and document the quality of the map in the context of an integrated automated production system and what is the optimal way to achieve this? The PhD thesis aspires to give a new perspective to cartographic producers, proposing an integrated environment where the monitoring and documentation of the quality of data at all stages of its production plays an important role, in order to compose and produce quality-controlled maps. The methodology described involves the design and implementation of a “quality model” based on international Standards ISO 19000 series. The proposed quality model, is the core of the production project quality management system of the map, in each discrete phase of the production line. In the context of the research for the description, analysis, documentation and implementation of an integrated quality assurance environment in map composition, the proposed methodology is chosen to be applied to the compilation of a topographic map at scale 1:25,000 for the country using cadastral data. The main advantages of the cadastral information selected as reference data for the map are that it covers the whole country, is available in digital form, is continuously updated and has been compiled on a single geodetic reference system. A stand-alone software application is developed to integrate the geospatial information of the National Cadastre for the production and future updating of the 1:25,000 scale topographic map and the implementation of an integrated quality assurance environment, using quality models, in all phases of its production line. The software application developed in the framework of the thesis is functional and significantly accelerates the map production tasks, through automation of the processes implemented in all phases of the production line. Simultaneously with the implementation of the proposed integrated quality monitoring and documentation environment, the map produced is quality controlled. The aggregated quality results produced by the application of the quality models are shown on the sheet of the printed map and enable the user to know its quality. The result of the application of cadastral information exploitation software for the compilation of a 1:25,000 scale map for the working area, produced printed map sheets that are considered complete, legible, visually balanced and of documented quality. The result of the map composition shows that the methodology developed and the software application that implements it, are functional and the assurance of the map quality, through the proposed integrated environment for verifying its quality, is effective. Chapter 1 presents and analyses the research topic and sets out the research objectives of the thesis. It presents the current status regarding quality management and the application of quality standards in mapmaking used by international cartographic organizations. Chapter 2 deals with issues related to the interpretation of the concept of quality and its role in the use of geospatial information as well as the management of quality in geospatial data. Chapter 3 presents issues related to the management of geospatial data using international standards. It identifies the needs for the adoption of standards, presents the strategy for their application to geospatial data and the main international geospatial data quality standards. It presents and comments on the two (2) most prevalent international standards related to geospatial data quality management and, through a comparative evaluation, documents the selection of the ISO 19000 series standards for application in the development of the quality models of the thesis. Chapter 4 provides a comprehensive set of guidelines for the design and development of a Geospatial Data Quality Model based on international standards for quality monitoring and documentation in the creation of products using geospatial data. The same principles are used to compile and apply Quality Models to cartographic products. Chapter 5 presents the process of design and development of a software environment for the integration of the geospatial information of the National Cadastre in order to produce and update the topographic map at scale 1:25,000 as well as the design, development and implementation of an integrated quality assurance environment at all stages of the production line. It describes the structure and methodology of the software application used to compile the map, the thematic content of the map and the encoding of thematic categories and layers. The technical specifications of the INSPIRE Directive have been used in the encoding where available. It presents the map data model, the design - development of the Quality Models that were applied, the implementation strategy and the working area of the pilot application. It also presents the following: a) the methodology for the design and implementation of the geospatial database, its supply with reference geospatial data and examples of the development and implementation of methodological scenarios. The procedures implemented for the assurance of the quality of the geospatial data by applying the corresponding quality model, the interpretation of the quality results obtained and the methodology of quality documentation are presented. b) the methodology for the design and implementation of the cartographic data base, the transformation of the geospatial data base entities, the generalisation and simplification of the cartographic data as well as examples for the development and implementation of methodological scenarios. It presents the actions implemented to verify the quality of the cartographic database by applying the corresponding quality model, the interpretation of the quality results obtained and the methodology for documenting the quality of the database. c) the process of map compilation and the process of map production and revision. The first section presents the methodology applied in the preparation of the data required for the implementation of the map composition and the production of the map. The second section, presents the mapping process in the ArcMap environment via a custom made toolbar. The last section presents the actions implemented to assess the graphical quality of the map by applying the corresponding quality model, the interpretation of the quality results obtained and the methodology for documenting the quality of the map. Chapter 6 contains the summary and evaluation of the research results. It presents the general conclusions drawn from the implementation of the map production through the software application developed and the effectiveness of the quality models applied in each phase of the production line and the capabilities of the software application developed for the map composition, with statistics, automation rates and implementation times. In addition, it presents and comments on the specific findings related to the quality assessment of the reference data used as derived from the implementation of the geospatial database quality model and provides recommendations for addressing them. Finally, it suggests topics for further research in the management and documentation of geospatial data quality using Geospatial Data Quality Models and for the improvement of the pilot map produced.

Οι τοπογραφικοί χάρτες αποδίδουν φυσικά και τεχνητά χαρακτηριστικά του εδάφους, τα οποία σε ψηφιακό περιβάλλον αποτελούν διακριτές οντότητες. Οι οντότητες και οι αντίστοιχες περιγραφικές ιδιότητες, οργανώνονται σε θεματικές ενότητες και θεματικά επίπεδα που αποτελούν δομικά στοιχεία στη σύνθεση του χάρτη. Η απόδοσή τους στον χάρτη υπόκειται σε περιορισμούς που εξαρτώνται από τη μέθοδο συλλογής δεδομένων, την κλίμακα, τις διαδικασίες επεξεργασίας των γεωχωρικών δεδομένων και τις απαιτήσεις των χρηστών του. Εκτός από τους προαναφερόμενους περιορισμούς, τα γεωχωρικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται ως δεδομένα αναφοράς για τη σύνθεση του χάρτη, περιέχουν αβεβαιότητες και σφάλματα που είτε είναι εγγενή στα δεδομένα είτε δημιουργούνται κατά τη διαδικασία της χαρτοσύνθεσης. Ο τύπος και η σημασία των σφαλμάτων που υπεισέρχονται στα δεδομένα, προσδιορίζουν και την ποιότητα του χάρτη. Το ερώτημα που τίθεται είναι πώς μπορεί ο παραγωγός του χάρτη να αξιολογήσει και να τεκμηριώσει την ποιότητα του χάρτη στο πλαίσιο ενός ολοκληρωμένου συστήματος αυτοματοποιημένης παραγωγής του και ποιος ο βέλτιστος τρόπος να το επιτύχει. Η διδακτορική διατριβή φιλοδοξεί να δώσει μια νέα οπτική στους παραγωγούς χαρτογραφικών προϊόντων, προτείνοντας ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον διαχείρισης όπου σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η επόπτευση και διασφάλιση της ποιότητας των γεωχωρικών δεδομένων σε όλα τα στάδια παραγωγής του, με σκοπό τη σύνθεση ποιοτικά ηλεγμένων χαρτών. Προτείνει τη χρήση μοντέλου ποιότητας που βασίζεται στα διεθνή πρότυπα της σειράς ISO 19000 ως πυρήνα του συστήματος διαχείρισης ποιότητας του έργου παραγωγής του χάρτη, σε κάθε διακριτή φάση της γραμμής παραγωγής. Στο πλαίσιο της έρευνας για την περιγραφή, ανάλυση, τεκμηρίωση και υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου περιβάλλοντος διασφάλισης ποιότητας στη σύνθεση χάρτη, επιλέχθηκε η προτεινόμενη μεθοδολογία να εφαρμοστεί στη σύνταξη τοπογραφικού χάρτη κλίμακας 1:25.000 για τη χώρα με αξιοποίηση κτηματολογικών δεδομένων. Τα βασικά πλεονεκτήματα της κτηματολογικής πληροφορίας που επιλέχθηκε ως δεδομένα αναφοράς για τη σύνθεση του χάρτη είναι ότι καλύπτει το σύνολο της χώρας, ευρίσκεται σε ψηφιακή μορφή, επικαιροποιείται συνεχώς και έχει συνταχθεί σε ενιαίο γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς. Αναπτύχθηκε μια αυτόνομη εφαρμογή λογισμικού ενσωμάτωσης της γεωχωρικής πληροφορίας του Εθνικού Κτηματολογίου με σκοπό την παραγωγή και μελλοντική ενημέρωση του τοπογραφικού χάρτη κλίμακας 1:25.000 καθώς και την εφαρμογή ενός ολοκληρωμένου περιβάλλοντος διασφάλισης ποιότητας, με χρήση μοντέλων ποιότητας, σε όλες τις φάσεις της γραμμής παραγωγής του. Η εφαρμογή λογισμικού που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της διατριβής, είναι λειτουργική και επιταχύνει σημαντικά τις εργασίες παραγωγής του χάρτη, μέσω αυτοματοποίησης των διαδικασιών που υλοποιούνται στο σύνολο των φάσεων της γραμμής παραγωγής. Ταυτόχρονα με την εφαρμογή του προτεινόμενου ολοκληρωμένου περιβάλλοντος επόπτευσης και διασφάλισης της ποιότητας, ο χάρτης που παράγεται είναι ποιοτικά ελεγμένος. Τα συναθροισμένα αποτελέσματα ποιότητας που παράγονται από την εφαρμογή των μοντέλων ποιότητας, αποτυπώνονται στο φύλλο του εκτυπωμένου χάρτη και δίνουν τη δυνατότητα στον χρήστη να γνωρίζει την ποιότητά του. Το αποτέλεσμα της εφαρμογής λογισμικού αξιοποίησης της κτηματολογικής πληροφορίας για τη σύνθεση χάρτη κλίμακας 1:25.000 για την περιοχή εργασίας, παρήγαγε εκτυπωμένα φύλλα χάρτη που κρίνονται πλήρη, ευανάγνωστα, οπτικά ισορροπημένα και με τεκμηριωμένη ποιότητα. Από το αποτέλεσμα της χαρτοσύνθεσης λειτουργικές και η διασφάλιση της ποιότητας του χάρτη μέσω του προτεινόμενου ολοκληρωμένου περιβάλλοντος διασφάλισης της ποιότητάς του, είναι αποτελεσματική. Το 1ο κεφάλαιο παρουσιάζει και αναλύει το ερευνητικό αντικείμενο και θέτει τους ερευνητικούς στόχους της διατριβής. Περιγράφει την υφιστάμενη κατάσταση όσον αφορά στη διαχείριση της ποιότητας και την εφαρμογή προτύπων ποιότητας στη σύνθεση χάρτη από διεθνείς χαρτογραφικούς οργανισμούς. Το 2ο κεφάλαιο πραγματεύεται θέματα σχετικά με την ερμηνεία της έννοιας της ποιότητας και τον ρόλο της στην αξιοποίηση της γεωχωρικής πληροφορίας καθώς και τη διαχείριση της ποιότητας σε γεωχωρικά δεδομένα. Το 3ο κεφάλαιο παρουσιάζει θέματα που αφορούν στη διαχείριση των γεωχωρικών δεδομένων με τη χρήση διεθνών προτύπων. Προσδιορίζει τις ανάγκες υιοθέτησης των προτύπων, παρουσιάζει τη στρατηγική εφαρμογής τους σε γεωχωρικά δεδομένα και τα βασικότερα διεθνή πρότυπα ποιότητας γεωχωρικών δεδομένων. Παρουσιάζει και σχολιάζει τα δύο (2) επικρατέστερα διεθνή πρότυπα που αναφέρονται στην διαχείριση της ποιότητας γεωχωρικών δεδομένων και με συγκριτική αξιολόγηση, τεκμηριώνει την επιλογή των προτύπων της σειράς ISO 19000 για εφαρμογή στην ανάπτυξη των μοντέλων ποιότητας της διατριβής. Το 4ο κεφάλαιο παρέχει ένα ολοκληρωμένο σύνολο κατευθυντήριων γραμμών για τον σχεδιασμό και ανάπτυξη Μοντέλου Ποιότητας Γεωχωρικών Δεδομένων με βάση τα διεθνή πρότυπα για την εποπτεία και διασφάλιση της ποιότητας στην παραγωγή προϊόντων που χρησιμοποιούν γεωχωρικά δεδομένα. Οι ίδιες αρχές χρησιμοποιούνται για τη σύνταξη και εφαρμογή Μοντέλων Ποιότητας σε χαρτογραφικά προϊόντα. Το 5ο κεφάλαιο παρουσιάζει τη διαδικασία σχεδιασμού και ανάπτυξης μιας εφαρμογής λογισμικού ενσωμάτωσης της γεωχωρικής πληροφορίας του Εθνικού Κτηματολογίου με σκοπό την παραγωγή και μελλοντική ενημέρωση του τοπογραφικού χάρτη κλίμακας 1:25.000 καθώς και τον σχεδιασμό, ανάπτυξη και εφαρμογή ενός ολοκληρωμένου περιβάλλοντος διασφάλισης ποιότητας σε όλα τα στάδια της γραμμής παραγωγής του. Περιγράφει τη δομή και μεθοδολογία ανάπτυξης της εφαρμογής λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε για τη σύνθεση του χάρτη, το θεματικό περιεχόμενο του χάρτη και την κωδικοποίηση των θεματικών κατηγοριών και επιπέδων. Στην κωδικοποίηση χρησιμοποιήθηκαν -όπου υφίστανται- οι τεχνικές προδιαγραφές της οδηγίας INSPIRE. Παρουσιάζει το μοντέλο δεδομένων του χάρτη, τον σχεδιασμό – ανάπτυξη των Μοντέλων Ποιότητας που εφαρμόστηκαν, τη στρατηγική υλοποίησης και την περιοχή εργασίας της πιλοτικής εφαρμογής.Επίσης παρουσιάζει τα ακόλουθα: α) τη μεθοδολογία σχεδιασμού και υλοποίησης της βάσης γεωχωρικών δεδομένων, τροφοδότησής της με τα γεωχωρικά δεδομένα αναφοράς και παραδείγματα ανάπτυξης και υλοποίησης μεθοδολογικών σεναρίων. Τεκμηριώνονται οι ενέργειες που υλοποιήθηκαν για τη διασφάλιση της ποιότητας των γεωχωρικών δεδομένων με εφαρμογή του αντίστοιχου μοντέλου ποιότητας, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων ποιότητας που προέκυψαν και η μεθοδολογία διασφάλισης και τεκμηρίωσης της ποιότητάς της. β) τη μεθοδολογία σχεδιασμού και υλοποίησης της βάσης δεδομένων των χαρτογραφικών στοιχείων, μετάπτωσης των οντοτήτων της βάσης γεωχωρικών δεδομένων, γενίκευσης και απλοποίησης των χαρτογραφικών στοιχείων καθώς και παραδείγματα ανάπτυξης και υλοποίησης μεθοδολογικών σεναρίων. Τεκμηριώνονται οι ενέργειες που υλοποιήθηκαν για τη διασφάλιση της ποιότητας της βάσης δεδομένων χαρτογραφικών στοιχείων με εφαρμογή του αντίστοιχου μοντέλου ποιότητας, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων ποιότητας που προέκυψαν και η μεθοδολογία διασφάλισης και τεκμηρίωσης της ποιότητας της. γ) τη διαδικασία της χαρτοσύνθεσης και τη διαδικασία παραγωγής και αναθεώρησης του χάρτη. Το πρώτο τμήμα παρουσιάζει τη μεθοδολογία που εφαρμόστηκε κατά την προετοιμασία των στοιχείων που απαιτούνται για την υλοποίηση της χαρτοσύνθεσης και την παραγωγή του χάρτη. Το δεύτερο τμήμα, παρουσιάζει τη διαδικασία χαρτοσύνθεσης σε περιβάλλον ArcMap μέσω μιας προσαρμοσμένης γραμμής εργαλείων (Toolbar) που δημιουργήθηκε για τον σκοπό αυτό. Το τελευταίο τμήμα, παρουσιάζει τις ενέργειες που υλοποιήθηκαν για την εκτίμηση της γραφικής ποιότητας του χάρτη με εφαρμογή του αντίστοιχου μοντέλου ποιότητας, την ερμηνεία των αποτελεσμάτων ποιότητας που προέκυψαν και τη μεθοδολογία διασφάλισης και τεκμηρίωσης ποιότητας του χάρτη. Το 6ο κεφάλαιο περιλαμβάνει τη σύνοψη και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της έρευνας. Παρουσιάζει τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την υλοποίηση της παραγωγής χάρτη μέσω της εφαρμογής λογισμικού που αναπτύχθηκε και της αποτελεσματικότητας των μοντέλων ποιότητας που εφαρμόστηκαν σε κάθε φάση της γραμμής παραγωγής και τις δυνατότητες της εφαρμογής λογισμικού που αναπτύχθηκε για τη σύνθεση του χάρτη, με παράθεση στατιστικών στοιχείων, ποσοστών αυτοματοποίησης και χρόνων υλοποίησης. Παρουσιάζει και σχολιάζει τα ειδικά συμπεράσματα που αφορούν σε αξιολόγηση της ποιότητας των δεδομένων αναφοράς που χρησιμοποιήθηκαν όπως προέκυψαν από την εφαρμογή του μοντέλου ποιότητας της βάσης γεωχωρικών δεδομένων και παρέχει προτάσεις για την αντιμετώπιση τους. Τέλος, προτείνει θέματα για περαιτέρω έρευνα στη διαχείριση, διασφάλιση και τεκμηρίωση της ποιότητας γεωχωρικών δεδομένων με χρήση Μοντέλων Ποιότητας Γεωχωρικών δεδομένων και για τη βελτίωση του πιλοτικού χάρτη που παράχθηκε.