基于时空过程数据模型的地籍管理系统

方丹娜 谭玉婷 高睿

【摘 要】国土地籍管理形成的国土时空数据，具有空间位置信息和时间属性，文章采用面向对象设计方法，从概念设计、逻辑设计和数据库管理设计等方面探讨了基于时空过程数据模型的国土时空数据库管理系统设计方法。该系统支持地籍变更过程中各阶段状态记录的查询、统计、回溯和分析，实现了地籍数据的全生命周期管理。

【关键词】时空过程;地籍对象;全生命周期管理;时空索引;分布式非关系型数据库

【中图分类号】P273 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）02-0058-03

0 引言

国土资源是人类赖以生存和发展的物质基础，也是我国社会经济可持续发展的基本保障[1]，其中国土资源信息化建设显得尤为重要[2]。国土地籍管理形成的国土时空数据，具有空间位置信息和时间属性，即对每一块土地的变更时需要进行准确的描述和记载，涉及大量的空间数据，如红线图和宗地图;同时必须强调历史数据的管理与应用，宗地历史数据的回溯及土地动态监测等[3-4]。因此，地籍变更过程是一种典型的时空过程，对时间和空间具有高度的依赖性。

针对上述特征，同时结合现有业务实际情况，本文采用面向对象设计方法设计了以时空过程为基础的国土时空数据模型。在国土时空数据模型中，概念层次以Entity Relationship（E-R）模型为基础，将时间特征作为一种属性信息加入到地籍对象中，实现地籍对象在时间维度的表达;逻辑层次设计分为地籍空间实体（界址点、界址面与宗地）逻辑设计与地籍非空间实体（权属人与土地证书）逻辑设计;物理层次从对象、过程与事件出发进行库表设计。国土时空数据模型可以表达地籍管理中的业务阶段过程、土地对象、对象状态及状态数据间的层次性关系，通过各阶段的业务关联支持各阶段状态记录的查询、统计、回溯和分析，实现了地籍数据的全生命周期管理[5-6];进而以该模型为基础，实现了国土时空数据数据库管理系统的应用，包括分布式存储、高效时空索引、快速访问接口、动态可视化、在线分析统计等功能。

1 地籍管理系统设计及方案

1.1 国土时空数据模型设计

1.1.1 概念模型

地籍数据库管理系统的概念模型以E-R模型为基础，将时间特征作为一种属性信息加入到地籍对象中，实现地籍对象在时间维度的表达。在实际操作过程中，表现为给不同类型的地籍对象在地籍变更的各个阶段增加起始时间和终止时间。地籍变化时空过程如图1所示。

（1）地籍实体。从空间维度上看，按照是否具有空间属性可以将地籍实体分为地籍空间实体和地籍非空间实体。地籍非空间实体仅包含地籍对象的基本特征，比如权属人实体和土地登记实体等。地籍空间实体除了包含地籍对象的基本特征外，还包含空间信息，分为地籍点实体（界址点）、地籍线实体（界址线）和地籍面实体（街道、行政区等）。地籍实体E-R概念模型如图2所示。

（2）地籍时空过程。时空过程是用来描述对象一段时间内在时间维度与空间维度发生的演变，在时间维度上表现为先后顺序或因果序列，在空间维度上表现为对象间关联关系的变化，比如拓扑关系由“相邻”变更为“相离”。而地籍时空过程则是描述地籍对象的时空演变，按照先后顺序可以将地籍时空过程划分为5个子过程，分别是预审过程、报批过程、征地过程、供地过程和登记过程，不同类型的子过程对应不同的属性信息[7]。地籍时空过程E-R概念模型如图3所示。

（3）地籍事件。在对象的时空演变过程中，对象的特征、属性会不断地发生变化，引起这种变化的动作或操作成为事件。地籍事件是描述引起地籍对象在地籍时空过程中发生变化的动作或操作，例如宗地合并、宗地分割、用地性质的改变等。地籍事件主要包括空间事件（如宗地合并/分割）、属性事件（如用地性质变更）及拓扑事件（如界址点变化）。地籍事件E-R概念模型如图4所示。

1.1.2 逻辑模型

采用UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）描述地籍管理中的时空数据模型，目的是表达土地衍化的业务阶段（预审、报批、征地、供地和土地登记阶段）、土地实体对象、对象状态之间的关系，为地籍管理中的时空数据的统一存储和管理提供一個统一的数据表示模型（如图5所示）。

面向地籍的UML结构模型描述了阶段过程（Process）、土地对象（Object）、对象状态（Object Status）及对象数据（Object Data）之间的层次关系。一个数据集包含多个阶段过程，每个阶段过程对应着业务流程中的一个阶段（预审、报批、征地、供地和土地登记阶段）;一个阶段过程涉及该阶段的所有土地对象;而每个土地对象有一个或多个状态数据，每个状态数据都涉及空间和属性描述数据。

1.1.3 物理模型

物理模型从对象、过程与事件出发进行库表设计，涉及的库表结构及包含的属性信息如图6所示。

1.2 地籍管理系统实现

1.2.1 系统架构设计

本系统的总体架构如图7所示。采用面向对象的时空数据模型，表达地籍管理中的业务阶段过程、土地对象、对象状态及状态数据间的层次性关系。基于面向地籍的时空数据模型，设计分布式时空数据存储与管理的方案，提供分布式时空数据的快速访问机制。同时，为地籍管理应用提供基本的工具和功能，包括数据导入、导出、统计和可视化等功能。

1.2.2 访问接口

地籍管理系统数据访问模式采用两层C/S架构，底层为分布式数据库，上层访问客户端，访问接口库位于客户端程序与HBase数据库驱动之间。访问接口库基于HBase Thrift采用Java语言实现。访问接口库以面向对象形式进行API封装，对象通过接口、属性、方法对外暴露具体操作功能。

1.2.3 系统展示

对于地籍管理系统中的时空过程数据，以Web的形式直观地显示，能够方便地实现对各类地理对象的观察，掌握其空间和非空间属性随时间的动态变化，表达地块随时间的变化过程。随着时间的推移，地块变更的过程如图8所示。随着征地事件、用地事件和土地登记事件的发生，地块随时间的变化而发生变化，包括分割、合并、出现、消失和属性信息变更，直观地呈现了地籍变更过程。

2 结论

本文通过深入分析国土业务逻辑，明确各业务对象的关系，设计国土时空数据模型。在时空数据模型的基础上，建立国土资源管理中批、供、用、补、查的过程数据之间的关系，突破业务数据相互独立的局限性，将所有数据整合在一起，实现时空过程数据高效地管理，同时结合南宁市国土时空数据管理的需求开展了应用试验，系统能够实现国土时空数据的时态化管理，支持国土业务数据全生命周期管理。

参 考 文 献

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