基于GIS的城镇地籍管理信息系统建设

基于GIS的城镇地籍管理信息系统建设一、 前言地籍管理是国土资源管理的一项基础工作，它通过地籍调查和土地登记工作，对土地的利用状况、产权产籍状况及其法律关系依法进行确认，从而为国土资源管理工作和社会经济发展提供服务。随着我国现代化地籍制度的建立和完善，管理系统工程的成熟度已经可以适应信息工程的要求。伴随着信息化时代的到来，如何充分利用现代信息技术为科学管理服务，是新时期我国地籍管理工作的一个显著特点和迫切要求。地籍管理信息化建设要满足土地调查评价、政务管理和地籍信息的综合应用三个应用层次的目标要求，这也是地籍管理信息化建设的核心内容。1999年6月30日，北京市城镇地籍调查土地初始登记领导小组印发了北京市城镇国有土地初始登记总体设计方案的通知 (京地调字1999001号)和北京市城镇国有土地初始登记总体设计方案，提出了“北京市城镇地籍管理信息系统”建设目标。充分运用现代化信息技术为依法行政服务是“北京市城镇地籍管理信息系统”建设的主导思想。当前，GIS技术和网络信息技术的飞速发展为北京市城镇地籍管理信息系统建设创造了条件。ESRI公司推出了ArcSDE空间数据引擎，依托在大型关系型数据库上，对海量数据的存储和查询提出了较为完整的解决方案。而ArcGIS、MapObjects组件的二次开发能为业务量身定做，满足了土地行业的特殊要求。本文以北京市城镇地籍管理信息系统为例，对基于GIS的城镇地籍管理信息系统建设进行探索。该系统的初始建库部分开发工作已基本结束，并开始投入使用。二、系统目标利用地理信息系统 (GIS) 技术，数据库管理(RDBMS)技术以及计算机网络技术，采用三层体系结构，实现北京市城镇地籍数据的登记建库、信息管理、综合查询、统计分析、日常变更、制图输出等多方面应用。从土地管理的中心工作出发，系统应该实现以下目标：1实现测量数据和权属调查数据的入库，并辅助完成审批发证工作。2实现数据的实时更新，满足数据统计汇总和图形变更的需要；3满足业务需求，实现工作流，体现地籍管理的日常办公流程；4图形数据能够实现转入和转出；5海量数据的存储和查询6基于市和区县的两级分布式管理三、系统功能1、系统架构北京市城镇地籍管理信息系统分为城镇初始地籍建库子系统和城镇日常地籍流程化办公子系统。采用统一的后台数据库，前者是后者的应用基础，后者则是前者的实际应用体现。这两个系统的软件构成针对市、区县两级管理特点分为以下两种：区县版：以Windows 2000 Server作为服务器端操作系统，SQL Server 2000作为权属数据库平台，M021作为图形处理平台，客户端通过COM+组件(中间件)调取数据库中的数据。图形数据以采用ESRI的ARC SDE图形数据库引擎，将图形文件保存到SQL Server 2000数据库中。市局版：以Sun Solaris作为服务器端操作系统，Oracle8i作为权属数据库平台，M021作为图形处理平台，客户端通过COM+组件(中间件)调取数据库中的数据。图形数据以采用ESRI的ARC SDE图形数据库引擎，将图形文件保存到Oracle8i数据库中。系统可保证区县数据平滑迁移到市局系统中。系统针对不同的用户的应用要求，采用三级管理模式。(1)数据维护端是基于Arclnfo平台的管理客户端。功能包括：ArcSDE图层操作、数据转换、图形输出、数据编辑、数据提取、数据分析以及系统备份、系统配置等。(2)高级客户端是基于Mapobjects组件的应用客户端。功能包括：图形管理、图形操作及量测、数据维护、数据处理、数据查询、数据分析、数据统计、数据提取、数据输出、系统配置。(3)网络客户端是基于ArclMS的WebGIS模块。功能包括：数据显示、数据查询检索、基本数据统计分析。系统的整个结构如图1所示。 2、功能描述(1)初始地籍建库系统为了配合北京市初始城镇地籍调查和登记发证工作，开发了初始地籍建库系统，包含数据录入、审批发证、查询统计、系统管理、数据管理共5个模块，功能介绍如下：数据录入模块：主要功能是供录人人员将宗地收审的权源材料和宗地界址信息批量录入或将扫描件录入到系统中，包括申请书、地籍调查表、收件单、法人代表人身份证明书、指界通知书等。录入的数据以案卷(每一宗地对应一个案卷，案卷按照录入的时间进行排序)自动转到登记审批模块，等待审批。录入过程中有相应的数据检核。审批发证模块：主要功能是对权属来源、地籍调查表、土地权属性质等进行审核，同时对地籍调查表、地籍图、宗地图、宗地的一致性进行审核，然后审批，通过审批的案卷可注册发证，套打输出登记卡、归户卡和土地证、他项权利证明书等。查询统计模块：为了辅助完成登记发证工作，查询统计模块提供了基本查询的功能，为整个地籍管理工作提供必要的图形信息、宗地基本信息和宗地档案等信息。系统管理模块：主要用来对系统的字典表进行初始设置、用户和角色设置、业务流程设置、系统参数设置，对系统进行有关信息的初始化，为系统正常运行奠定基础；同时在业务需求有调整时，可对有关参数进行重新设置，使系统仍能较好的满足地籍管理工作需要。数据管理模块：主要用来批量图形数据的转入和转出，实现对外进行正常的数据交换；还可对图形无属性、有属性无图形、宗地图相交等进行检核，以保证宗地逻辑正确、图形属性一致；对图层分布、图层显示属性等进行调整与管理；对基础地形图层进行更新与维护，对宗地界址点、界址线及其属性进行编辑与维护；同时还可以对指定的宗地地籍档案的各种表单材料信息进行维护。(2)日常地籍管理系统日常地籍管理系统是初始地籍建库系统的延伸，根据地籍管理的日常工作需要，按照工作流程开发了申请收件、地籍调查、登记审批、注册发证、查询统计、系统管理、数据管理和Intranet应用共8个子系统，各子系统相对独立，通过业务主线关联。功能如下：申请收件子系统：主要功能是收件人员对变更土地登记案卷收件情况进行处理，包括录入收件单、土地登记申请书、法人代表人身份证明书和权源证明材料等。同时可以查询参与变更土地登记案件的宗地的现状信息(包括图形信息、宗地基本信息和宗地档案)。地籍调查子系统：主要为地籍管理人员对受理的变更土地登记案件的录入地籍调查表、指界通知书、权调工作笔录等处理权属调查成果，同时进行宗地的分割、宗地的合并、宗地的复杂变更等图形处理，还可以输出宗地图、地籍图、界址点成果表等外业测量必要材料。登记审批子系统：主要功能是对权属来源、地籍调查表、土地权属性质等进行审核，同时对地籍调查表、地籍图、宗地图、宗地的一致性进行审核，然后审批并填写有关意见。注册发证子系统：实现对于审批的变更土地登记案件缮证、发证(套打输出国有土地使用证、他项权利证明书，打印输出宗地图)。注册人员对已经审批的变更土地登记案件生成并填写登记卡、归户卡、共用宗登记卡，打印(套打)输出登记卡、归户卡、共用宗登记卡。查询统计子系统：主要是为了满足地籍管理部门日常地籍查询的需要，为整个地籍管理综合管理工作提供图形信息、宗地基本信息和宗地档案等信息，从属性、图形方面人手查询案件的档案信息及图形信息，还对宗地生成各种专题图，按一定条件进行统计生成统计报表，如城市道路扩建，旧城改造可在一定范围内进行缓冲区分析或对有关历史信息进行回溯，为地籍管理提供辅助决策信息。系统管理子系统：系统参数设定、权限管理等。数据管理子系统：主要用来实现地籍档案维护和图形更新。同时继承初始地籍建库系统的数据交换、数据检核、图层管理等功能。Intranet应用子系统：利用先进的ArclMS WEBGIS建立基于市局网络(各区县)系统没有该模块)地籍有关宗地的基本信息、宗地地籍档、宗地图形等，方便籍管理的查询应用。四、功能实现1、实现方案(1)数据库设计包括两部分：属性库和图形库。属性库设计遵循标准的关系型数据库设计范式。图形库针对地籍数据的特点划分为包含基础地理信息、行政区划信息、地籍信息等在内共36个图层。(2)中间层的设计针对属性数据，采用Microsoft Windows 2000 server的组件服务器(COM+服务器)作为中间件容器，导入使用VB60+ADO开发的的组件，实现了业务过程的封装。通过ArcSDE实现M021对图形数据的访问和编辑。(3)客户端应用开发客户端主要采用Visual Basic60编程构建应用软件。在数据处理方面，采用ESRI公司的Arclnfo作为客户端，以实现ArcSDE服务器中的数据更新维护，并提供高级分析功能。高级客户端采用VB60+Mapobiects21开发。为了实现空间数据和属性数据的同时存取，客户端集成了M021控件和微软OLE DB数据通取技术；报表采用VBDaraReport和自己开发的一套通用打印程序完成。2、关键技术和创新(1)GMIS的实现地籍管理的特征决定了地籍信息管理系统必需建立在GIS与MIS的基础上，利用GIS可以实现空间几何图形与属性数据的同步管理，而地籍管理中的各种表单、报表、批件等文档资料与其所属的宗地、房屋等空间几何要素紧密相关，在日常地籍管理中必须实现一体化，才能符合现代地籍管理制度的根本要求，而流程化的地籍管理对涉及的空间几何要素也需要GIS技术的支持，因此，高水平的地籍管理系统应当是GIS与MIS一体化的系统，才能保障系统的实用高效、先进。本系统引入工作流引擎，实现了办公流程化管理。同时采用GIS技术(主要是ArcSDE)解决了图形对象的高效存储和检索。图形和属性数据均存储在关系型数据库中，可以自由互查，同步更新，实现了图属一体化。(2)数据质量控制数据质量控制是保证数据完整性和一致性的重要手段。本系统在数据转入前就需要进行测量数据的格式检核、空间关系检核。转入成功后，还需要进行图形库和属性库的一致性检核，以确定数据的完整性和一致性。检核的标准就是地籍核心要素宗地的完整性和一致性。对图属一致性的控制贯穿在整个工作流程中，从而有效实现质量控制。数据入库属性录入提交，需要检查是否有图形。如果没有对应的图形数据存在，不能审批通过；测量数据转入需要进行事前控制和事后控制。事前控制即转入前进行格式检核、空间关系检核，确保转入的图形数据本身不重复、不丢失、拓扑关系正确。事后控制即转入后图形与属性数据进行比较核对，包括有图形无属性、有属性无图形、图形属性一致、图形相交等检核。图形变更变更前必须先录入权属数据，这样在图形变更过程中就可以提供属性查询、对照和约束的功能，从而保证一致性。其中，属性查询调用地籍档案的内容，供变更人员查询各种细节；对照包括界址点号、界址线类型、界址线位置、宗地号等内容，提示变更后生成的图形应该与属性的一致；约束是指变更必须满足一定的条件才能提交，比如变更参与者和变更生成者必须一致，方能提交。审批控制在审批环节中，也给审批人员提供了变更前后的对照、地籍档案的查询功能。如果变更不符合规范，可以回退到上一个环节。(3)基于MO和ArcSDE的空间数据处理本系统采用客户端服务器结构，服务器端为ArcSDE+RDBMS。作为一种高性能的应用程序服务器，ArcSDE的客户端可以是ArcGIS，ArclMS服务器，Mapobjects等。我们主要采用的是MapObjects 21。Mapobjects提供了对ArcSDE访问的各种清晰高效、且简单易用的对象和接口，完全可以满足地籍管理业务对图形操作的要求，如图形显示、查询、编辑、分析和输出等。(4)历史数据存储与管理存储方式和时态管理由于业务的需要，历史数据的存储和管理在系统建设的过程中非常重要。为此，我们引入了三种时态：临时、现状和历史，分别对应临时库、现状库和历史库三种存储机制。所有的初始登记数据最初都存储在临时库中，只有通过业务审批，临时数据才转移到现状库，同时删除临时数据。在日常变更登记中，参与变更的数据从现状库复制到临时库中，经过各种业务过程(申请收件、地籍调查、地籍测量、初审、审核等)直到审批通过前，相关数据都保存在临时库中。审批通过时，执行如下操作：参与变更数据从现状库转移到历史库，临时数据转为现状数据，删除临时数据，并在现状和历史库中将相关数据进行时间标记(示意如图2)。三种库的数据通过引入的变更号、历史库中的源变更号和参与变更的宗地号相互联系。变更号指当前进行的变更代号，源变更号指当前变更所涉及得的宗地上次变化的变更代号。这样变更号、源变更号与宗地号共同构成一个链表，实现历史数据的追溯。历史回溯通过上述机制，系统对宗地的变更产生的图形信息、属性信息进行了完整的保存，可使现状数据和历史数据良好地结合到一体，确保历史数据的完整性，同时可方便快捷的实现宗地历史资料的查询分析和图形的变更历程的完整回溯。主要有根据属性查历史数据和时间剖面回溯历史两种回溯方式。根据属性查历史数据：通过地籍号得到变更号，由此得到宗地现状受理案卷包(包含申请信息、地籍调查信息、地籍测量信息、审批发证等信息)，还可以得到相关的原变更号，再得到对应的受理的变更号得到宗地的历史受理案卷包即得到宗地的申请信息、地籍调查信息、地籍测量信息、审批发证等信息，由此得到宗地的所有历史信息，从而实现了宗地的宗地的历史属性信息回溯。时间剖面回溯历史：历史数据跟现状数据存放在一起，通过两个附加的字段(BirthDay和DeathDay)来加以过滤。进行按时间剖面的历史查询时，利用SDE对图层的过滤功能，按给定的时间对宗地图层进行过滤，即可得到当时的所有宗地。过滤表达式为：filter=”(BirthDay=&GivenTime&”)and (DeathDay is null) OR”&”(BirthDay&GivenTime&”。) OR”&一”(BirthDay is null) and (DeathDay”，&GivenTime”) OR”(Birthday is null) and (Deathday is null)”其中，GivenTime是用户输入的任意合法的时间。这样就可以实现按任意时间剖面的历史回溯。由用户输人给定的时间，如(200111 09：09)，即可得到当时所有存在的宗地图形，并可获得任一宗地的图形信息(如界址点坐标、宗地面积、周长以及界址点个数等)、宗地基本信息(如宗地四邻、坐落位置、土地等级、土地用途等)、以及地籍档案等。(5)异构分布式系统由于北京的特殊情况，市局和区县两级分布式管理，并且独立承担信息化费用(经济状况、硬件条件等各不相同)，所以系统架构会不同(主要是后端数据库不一致)，因而造成异构分布式系统的出现。分布式异构数据访问：北京市城镇地籍管理信息系统按照三层架构的设计模型将数据访问全部封装在中间层。中间件采用ADO+OLEDB技术编程实现数据访问，并采用微软的COM+技术实现分布式事务等企业级特性。中间件在设计时充分考虑到异构数据库平台的处理，针对不同的数据库平台采用不同的OLEDB提供者驱动，调用不同数据库中的同名的数据表、视图、存储过程，并将返回结果数据集封装后传递给客户端。通过数据访问组件的封装处理后数据库端的差异与不同对于客户端是透明的，中间件完全屏蔽了异构数据源的差异。异构数据源的数据同步：根据北京市的实际情况和工程化实施的步骤，我们在分布式数据同步的实现上采用按阶段实施的实现方法。第一阶段是自编程实现数据异步更新，保证系统的可用性；第二阶段是全面实现基于复制技术的分布式数据同步。在第一阶段的建设中我们采用定期根据业务操作纪录由各节点独自提取可同步的业务数据(现状数据)，再通过FTP方式或其他介质