Thematic accuracy and completeness of topographic maps

Abstract

Suuremõõtkavalised topograafilised kaardid on tänapäeva ruumiandmete taristute lahutamatuks osaks. Tänu sellele on kaardil kujutatud andmete kasutajaskond laialdane alates nii riigi- kui omavalitsusest ja lõpetades hariduse või ettevõtlusvaldkonnaga. Suur kasutajaskond eeldab andmetelt kõrget kvaliteeti. Ruumiandmete kvaliteediga on nii teadlased kui ruumiandmete tootjad tegelenud üle 40 aasta. Ühe suurima saavutusena nimetavad mitmed autorid (Devillers, R. et al., 2010; Hunter et al., 2009) ISO 19100 ruumiandmete kvaliteedi standardite loomist. Rahvuslike kaardistusagentuuride katusorganisatsiooni Eurogeographics’i 2018. a uurimus näitab, et INSPIREga ühinenud liikmete seas on ruumiandmete kvaliteedi standardite kasutus suurenenud. Samas tuuakse välja ka kvaliteedi valdkonna mõned kitsaskohad. Üheks suuremaks puuduseks on see, et kvaliteeti käsitletakse monotoonsena, mis kogu ruumiandmekogu ulatuses omab ühesugust väärtust. Tegelikult peaks kvaliteeti analüüsima ning väärtuseid esitama suurema detailsusega kas väiksemate territoriaalsete üksuste kohta, nähtuskihtide kohta või mõne muu omaduse, näiteks kaardistuse teinud välitöötaja, järgi moodustatud alamhulga kohta. Detailsem kvaliteedi analüüs ning saadud näitajate esitamine on vajalik nii andmetootjatele kvaliteedi paremaks tagamiseks kui ka kasutajatele. Doktoritöös on kasutatud Eesti põhikaardi 1:10 000 välitööde kontrolli andmeid aastatest 2003-2006. Töö eesmärgiks on uurida välitöötajate mõju topograafilise kaardistuse kvaliteedile. Põhiliselt on analüüsitud klassifitseerimise õigsust ning täielikkust, mida kirjeldati liigsete ja puuduvate objektide näitajatega. Välikaardistusel tehtud vigu ja nende struktuuri analüüsiti kahel tasandil: 1) üldisel tasandil, kus analüüsis osalesid kõik andmebaasis olnud vead korraga; 2) detailsel tasandil, kus vigu analüüsiti välitöötajate lõikes (II teadusartikkel). Topograafiliste andmete kvaliteet võib erineda ka ruumiliselt. Selle põhjuseks võib olla maastiku keerukus, välitöötaja sugu, kogemus ning võimekus maastikku tõlgendada. Käesolevas doktoritöös uuriti kas ja mil määral mõjutavad kaardistuse kvaliteeti välitöötaja teatud omadused ning maastiku keerukus (III teadusartikkel). Vektorandmetest maastiku keerukuse indeksite arvutamiseks töötati välja metoodika, mille abil väiksed punkt ning joonobjektid lõimiti ühtseks pinnakatte kihiks (I teadusartikkel). Reaalne maailm on pidevas muutumise. Seetõttu vajab topograafiline andmestik pidevat kaasajastamist ehk uut kaardistamist, mis on ressursimahukas ja kallis. Tänapäeval on ühe potentsiaalse võimalusena uuritud vabatahtlikke kaardistajate poolt toodetud andmestiku (VGI) kvaliteetsust ning kasutamist kaasajastamise protsessis. Doktoritöö näitas, et üldisel ja detailsel tasandil tehtud kaardistusvigade analüüsid andsid teatud juhtudel erinevaid tulemusi ning teatud juhtudel sarnaseid tulemusi. Vead, mis ilmnesid mõlemal tasandil, olid süsteemsed, teisel juhul aga põhjustatud peamiselt üksikutest välitöötajatest. Nähtused, mis olid kriitilisemad mõlema tasandi analüüsides, olid kivihunnik, vundament, harvik, rada, siht ja salu. Välitöötaja sugu kaardistuse kvaliteeti ei mõjutanud. Samas väikse töökogemusega välitöötajate kaardistuskvaliteet oli kõrgem, kui keskmise töökogemusega välitöötajatel ning kvaliteet tõusis jällegi väga kogenud töötajatel. Analüüsi tulemused näitasid, et hoonestatud-mitmekesises maastikutüübis oli välitöötajate lõikes kaardistuse kvaliteet kõrgem, kui avatud-lihtsas või suletud-keerukas maastikutüübis. Sarnastele tulemustele on jõudnud ka mitmed VGI kvaliteeti uurinud autorid. Kaardistuse kvaliteedi tõstmiseks tuleks süsteemsete vigade vältimiseks täiendada kaardistusjuhendeid – täpsustada nähtuse definitsiooni või tunnuseid või kaaluda, kas antud nähtuse kaardistamine on üldse vajalik. Individuaalsete, üksikute välitöötajate põhjustatud vigade vältimiseks on soovitav viia läbi koolitusi. Samuti võiks välitöötaja valida endale sobiva maastikutüübi kaardistamise, sest uuringud on näidanud, et sobiv maastik tõstab turvalisust ning enesekindlust ja seeläbi ka kvaliteeti.The availability of quality topographic databases and associated maps is critical for all users of spatial data. Various governmental agencies, first responders, utilities and GIS practitioners rely on the completeness and thematic accuracy of national topographic datasets. Spatial data quality has been the subject of discussions for almost 40 years. One of the biggest achievements of that period was agreement in international standards for spatial data quality. National mapping agencies involved in INSPIRE, are users of the ISO 19100 quality standards or the others spatial data quality standards. By contrast, the biggest problem is that data quality is analysed and presented at a generic global level rather than at more detailed levels of granularity. More detailed quality information is needed for data users and data producers as well. An analysis of topographical Estonian Basic Map, empirical field inspections from 2003-2006 provides an excellent case study to investigate the effect of characteristics of field workers on spatial data quality. Mainly three quality elements are considered: classification correctness, omission, and commission. The error analyses published in II paper were performed on two levels: in general across all map sheets and in detail according to the field workers involved. The quality of topographical maps may vary spatially, also. The variation of the interpretation of orthophotos on the field may occur due to the differences in the complexity of the landscape, differences in the characteristics of individual field workers, and differences in their perception of the landscape. In the III publication the interaction between the characteristics of field workers, including their gender and years of experience (as a proxy for their mapping skills), and landscape heterogeneity were explored. In order to obtain landscape indicators describing landscape heterogeneity, the methodology of calculation of landscape indicators for vector data was developed (I publication). Results showed the importance of error analyses on the level of a field worker and by landscapes as well. The outcomes reveal that the structure of errors on the general level and field workers’ level is different by geometry and error types. However, both systematic and individual errors were evident. Gender and years of experience of the field workers did not have a statistically significant impact on the mapping quality. By contrast, the results showed differences in the rates of misclassification, omission, and commission errors between field workers in different landscape types. To improve the mapping quality concerning systematic errors, it is necessary to revise the definitions or methods of determination in a mapping specification or to consider whether the mapping of these features is absolutely necessary. In case of individual errors, monitoring field work to detect errors, so that workers can be trained to avoid such errors in the future, would also improve the mapping accuracy.