基于時空過程數(shù)據(jù)模型的地籍管理系統(tǒng)

方丹娜 譚玉婷 高睿

【摘 要】國土地籍管理形成的國土時空數(shù)據(jù)，具有空間位置信息和時間屬性，文章采用面向?qū)ο笤O(shè)計方法，從概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計等方面探討了基于時空過程數(shù)據(jù)模型的國土時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計方法。該系統(tǒng)支持地籍變更過程中各階段狀態(tài)記錄的查詢、統(tǒng)計、回溯和分析，實現(xiàn)了地籍數(shù)據(jù)的全生命周期管理。

【關(guān)鍵詞】時空過程;地籍對象;全生命周期管理;時空索引;分布式非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

【中圖分類號】P273 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）02-0058-03

0 引言

國土資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基本保障[1]，其中國土資源信息化建設(shè)顯得尤為重要[2]。國土地籍管理形成的國土時空數(shù)據(jù)，具有空間位置信息和時間屬性，即對每一塊土地的變更時需要進行準確的描述和記載，涉及大量的空間數(shù)據(jù)，如紅線圖和宗地圖;同時必須強調(diào)歷史數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用，宗地歷史數(shù)據(jù)的回溯及土地動態(tài)監(jiān)測等[3-4]。因此，地籍變更過程是一種典型的時空過程，對時間和空間具有高度的依賴性。

針對上述特征，同時結(jié)合現(xiàn)有業(yè)務(wù)實際情況，本文采用面向?qū)ο笤O(shè)計方法設(shè)計了以時空過程為基礎(chǔ)的國土時空數(shù)據(jù)模型。在國土時空數(shù)據(jù)模型中，概念層次以Entity Relationship（E-R）模型為基礎(chǔ)，將時間特征作為一種屬性信息加入到地籍對象中，實現(xiàn)地籍對象在時間維度的表達;邏輯層次設(shè)計分為地籍空間實體（界址點、界址面與宗地）邏輯設(shè)計與地籍非空間實體（權(quán)屬人與土地證書）邏輯設(shè)計;物理層次從對象、過程與事件出發(fā)進行庫表設(shè)計。國土時空數(shù)據(jù)模型可以表達地籍管理中的業(yè)務(wù)階段過程、土地對象、對象狀態(tài)及狀態(tài)數(shù)據(jù)間的層次性關(guān)系，通過各階段的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)支持各階段狀態(tài)記錄的查詢、統(tǒng)計、回溯和分析，實現(xiàn)了地籍數(shù)據(jù)的全生命周期管理[5-6];進而以該模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了國土時空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的應(yīng)用，包括分布式存儲、高效時空索引、快速訪問接口、動態(tài)可視化、在線分析統(tǒng)計等功能。

1 地籍管理系統(tǒng)設(shè)計及方案

1.1 國土時空數(shù)據(jù)模型設(shè)計

1.1.1 概念模型

地籍數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念模型以E-R模型為基礎(chǔ)，將時間特征作為一種屬性信息加入到地籍對象中，實現(xiàn)地籍對象在時間維度的表達。在實際操作過程中，表現(xiàn)為給不同類型的地籍對象在地籍變更的各個階段增加起始時間和終止時間。地籍變化時空過程如圖1所示。

（1）地籍實體。從空間維度上看，按照是否具有空間屬性可以將地籍實體分為地籍空間實體和地籍非空間實體。地籍非空間實體僅包含地籍對象的基本特征，比如權(quán)屬人實體和土地登記實體等。地籍空間實體除了包含地籍對象的基本特征外，還包含空間信息，分為地籍點實體（界址點）、地籍線實體（界址線）和地籍面實體（街道、行政區(qū)等）。地籍實體E-R概念模型如圖2所示。

（2）地籍時空過程。時空過程是用來描述對象一段時間內(nèi)在時間維度與空間維度發(fā)生的演變，在時間維度上表現(xiàn)為先后順序或因果序列，在空間維度上表現(xiàn)為對象間關(guān)聯(lián)關(guān)系的變化，比如拓撲關(guān)系由“相鄰”變更為“相離”。而地籍時空過程則是描述地籍對象的時空演變，按照先后順序可以將地籍時空過程劃分為5個子過程，分別是預(yù)審過程、報批過程、征地過程、供地過程和登記過程，不同類型的子過程對應(yīng)不同的屬性信息[7]。地籍時空過程E-R概念模型如圖3所示。

（3）地籍事件。在對象的時空演變過程中，對象的特征、屬性會不斷地發(fā)生變化，引起這種變化的動作或操作成為事件。地籍事件是描述引起地籍對象在地籍時空過程中發(fā)生變化的動作或操作，例如宗地合并、宗地分割、用地性質(zhì)的改變等。地籍事件主要包括空間事件（如宗地合并/分割）、屬性事件（如用地性質(zhì)變更）及拓撲事件（如界址點變化）。地籍事件E-R概念模型如圖4所示。

1.1.2 邏輯模型

采用UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言）描述地籍管理中的時空數(shù)據(jù)模型，目的是表達土地衍化的業(yè)務(wù)階段（預(yù)審、報批、征地、供地和土地登記階段）、土地實體對象、對象狀態(tài)之間的關(guān)系，為地籍管理中的時空數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和管理提供一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示模型（如圖5所示）。

面向地籍的UML結(jié)構(gòu)模型描述了階段過程（Process）、土地對象（Object）、對象狀態(tài)（Object Status）及對象數(shù)據(jù)（Object Data）之間的層次關(guān)系。一個數(shù)據(jù)集包含多個階段過程，每個階段過程對應(yīng)著業(yè)務(wù)流程中的一個階段（預(yù)審、報批、征地、供地和土地登記階段）;一個階段過程涉及該階段的所有土地對象;而每個土地對象有一個或多個狀態(tài)數(shù)據(jù)，每個狀態(tài)數(shù)據(jù)都涉及空間和屬性描述數(shù)據(jù)。

1.1.3 物理模型

物理模型從對象、過程與事件出發(fā)進行庫表設(shè)計，涉及的庫表結(jié)構(gòu)及包含的屬性信息如圖6所示。

1.2 地籍管理系統(tǒng)實現(xiàn)

1.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖7所示。采用面向?qū)ο蟮臅r空數(shù)據(jù)模型，表達地籍管理中的業(yè)務(wù)階段過程、土地對象、對象狀態(tài)及狀態(tài)數(shù)據(jù)間的層次性關(guān)系。基于面向地籍的時空數(shù)據(jù)模型，設(shè)計分布式時空數(shù)據(jù)存儲與管理的方案，提供分布式時空數(shù)據(jù)的快速訪問機制。同時，為地籍管理應(yīng)用提供基本的工具和功能，包括數(shù)據(jù)導入、導出、統(tǒng)計和可視化等功能。

1.2.2 訪問接口

地籍管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問模式采用兩層C/S架構(gòu)，底層為分布式數(shù)據(jù)庫，上層訪問客戶端，訪問接口庫位于客戶端程序與HBase數(shù)據(jù)庫驅(qū)動之間。訪問接口庫基于HBase Thrift采用Java語言實現(xiàn)。訪問接口庫以面向?qū)ο笮问竭M行API封裝，對象通過接口、屬性、方法對外暴露具體操作功能。

1.2.3 系統(tǒng)展示

對于地籍管理系統(tǒng)中的時空過程數(shù)據(jù)，以Web的形式直觀地顯示，能夠方便地實現(xiàn)對各類地理對象的觀察，掌握其空間和非空間屬性隨時間的動態(tài)變化，表達地塊隨時間的變化過程。隨著時間的推移，地塊變更的過程如圖8所示。隨著征地事件、用地事件和土地登記事件的發(fā)生，地塊隨時間的變化而發(fā)生變化，包括分割、合并、出現(xiàn)、消失和屬性信息變更，直觀地呈現(xiàn)了地籍變更過程。

2 結(jié)論

本文通過深入分析國土業(yè)務(wù)邏輯，明確各業(yè)務(wù)對象的關(guān)系，設(shè)計國土時空數(shù)據(jù)模型。在時空數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，建立國土資源管理中批、供、用、補、查的過程數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，突破業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相互獨立的局限性，將所有數(shù)據(jù)整合在一起，實現(xiàn)時空過程數(shù)據(jù)高效地管理，同時結(jié)合南寧市國土時空數(shù)據(jù)管理的需求開展了應(yīng)用試驗，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)國土時空數(shù)據(jù)的時態(tài)化管理，支持國土業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全生命周期管理。

參 考 文 獻

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