（摄影测量与遥感专业论文）地籍数据库动态更新机制的研究.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 地籍数据库作为国土资源基础数据库的核心，直接为地籍管理工作提供数据 支撑，探索其长效更新机制更具有针对性和现实性。地籍数据库的更新实质上就 是不断地向地籍信息系统中注入新鲜的血液，使它在地籍管理的过程中保持强大 生命力。它的变更机制应该体现快捷、准确的特点，管理模式应该杜绝粗放式， 追求精细化。随着现代社会发展脚步的不断加快，土地变更也越来越频繁，更加 突显了地籍数据库建设中动态更新机制的重要性。本文提出“三库一体 的地籍 数据库变更管理模式，并开发了小型地籍变更信息管理模块。具体内容包括： ( 1 ) 以“实体+ 时态为独特视角，论述了地籍实体及其对象关系；地籍 实体的时态性；并强调土地登记在地籍变更管理中的枢纽作用。这些基础但关键 的理论，将为地籍数据库动态更新机制的建设提供依据。 ( 2 ) 提出“三库一体 的地籍变更管理模式。从地籍信息的时态数据结 构出发，分析对比目前主流的几种时空数据库，论证地籍数据库动态更新机制要 采用的动态多级基态修正模型和“三库一体 管理模式，并用一个实例描述了这 一模式的基本思想。 ( 3 ) 分析了建设地籍数据库动态更新机制所需要的g i s 支持。这其中包 括空间数据库技术、空间数据模型、开发组件和开发语言的选择 ( 4 ) 最后本文采用s q l s e r v e r 做为后台关系数据库，通过a r c s d e 空间数 据引擎扩展s q l s e r v e r 来管理地籍数据，以g e o d a t a b a s e 作为空间数据模型， a r c o b j e c t s 为开发方式，v b 为开发语言，开发出地籍变更信息管理模块。 关键词：地籍数据库，动态更新，三库一体，模块开发 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a bs t r a c t a st h ec o r eo fl a n df o u n d a t i o nd a t a b a s e ，t h ec a d a s t r ed a t a b a s ed i r e c t l yp r o v i d e s t h ed a t af o rt h ec a d a s t r es u p e r v i s o r yw o r k t h u si ti sf o c u s e da n dr e a l i s t i ct oe x p l o r e l o n g - t e r mu p d a t em e c h a n i s mo ft h ec a d a s t r ed a t a b a s e t h er e n e w a lo ft h ee a d a s t r e d a t a b a s ev i r t u a l l yi sp o u r i n g 能s hf l o o di n t ot h ec a d a s t r ed a t a b a s eu n c e a s i n g l ya n d k e e pi t sl i f e f o r c ei nt h ep r o c e s so fc a d a s t r ea d m i n i s t r a t i o n i t su p d a t em e c h a n i s m s h o u l db ef a s ta n da c c u r a t e 1 1 l ea d m i n i s t r a t em o d es h o u l db ef i n er a t h e rt h a n e x t e n s i v e a s t h em o d e ms o c i a lu n c e a s i n g l yd e v e l o p sa n dt h es o i lc h a n g i n gb e c o m e s m o l ea n dm o r ef r e q u e n t ，t h ed y n a m i cm e c h a n i s mi nt h ec a d a s t r ei n f o r m a t i o ns y s t e m s d a t a b a s ee s t a b l i s h i n gb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h ec a d a s t r ed a t a b a s e c h a n g em a n a g e m e n tp a t t e m t h r e ed a t a b a s ei no n eb o d y i si n t r o d u c e di nt h e d i s s e r t a t i o n as m a l le a d a s t r ec h a n g ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi se x p l o i t u r e d t h ei d i o g r a p h i cc o n t e n t sa l e ： ( 1 ) t h ec a d a s t r ee n t i t ya n di t sc o n n e c t i o n ，t e n s ea r ed i s c u s s e di nt h ev i e wo f e n t i t ya n dt e n s e b e s i d e s ，t h eh i n g ee f f e c to fs o i le n r o l l i n gi nt h ee a d a s t r ed a t a b a s e a d m i n i s t r a t i o n i si n t r o d u c e d t h e s eb a s a lb u tp i v o t a lt h e o r i e sw o u l dp r o v i d eg i s tf o r t h ec a d a s t r ei n f o r m a t i o ns y s t e m sd a t a b a s ee s t a b l i s h i n g ( 2 ) t h ec a d a s t r ed a t a b a s ec h a n g em a n a g e m e n tp a t t e m t h r e ed a t a b a s ei no n e b o d y i si n t r o d u c e d e m b a r k i n gf r o mt h ee a d a s t r ei n f o r m a t i o n st e n s ec o n s t r u c t i o no f d a t a , s e v e r a ll 【i n do fs p a c ea n dt i m ed a t a b a s e sa r ea n a l y z e d t h ee a d a s t r ed a t a b a s e d y n a m i cu p d a t i n gm e c h a n i s ms h o u l du s ed y n a m i cm u l t i s t a g eg r o u n ds t a t er e v i s i o n m o d e la n d t h r e ed a t a b a s ei nab o d y ”m a n a g e m e n tp a t t e m ae x a m p l ei su s e dt o d e s c r i b et h eb a s i ci d e o l o g yo ft h em o d e m ( 3 ) t h eg i ss u p p o r tw h i c hi sn e e d e di nt h ec a d a s t r ed a t a b a s ed y n a m i cu p d a t i n g m e c h a n i s me s t a b l i s h i n gi sa n a l y z e d ，i n c l u d i n gt h es p a t i a ld a t a b a s e st e c h n o l o g y , s p a t i a ld a t am o d e l ，t h ec h o i c eo f t h ed e v e l o pm o d u l ea n dl a n g u a g e ( 4 ) f i n a l l y , s q l s e r v e ri se l e c t e da st h eb a c k s t a g er e l a t i o n sd a t a b a s e t h e a r c s d es p a t i a ld a t ae n g i n ei si n t e g r a t e dt oe x p a n ds q l s e r v e r 弱t om a n a g et h e c a d a s t r ed a t a g e o d a t a b a s ei su s e da st h es p a t i a ld a t am o d e l t h ec a d a s t r ec h a n g e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l ei sd e v e l o p e di na r c o b j e c t sa n dv b 玎 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t k e y w o r dt h ee a d a s t r ed a t a b a s e ，d y n a m i cr e n e w s ，t h r e ed a t a b a s ei nab o d y , m o d u l ed e v e l o p m e n t i l l 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特蔓l , j j j n 以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工 作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 啊片 一 作者签名：垒幺=e l 期：鎏墨年上月2 l _ e t 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留使用学位论文的规定，即：学校有权保 留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学 位论文被查阅和借阅；学2 校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。 作者弛拉聊签名样嗍避年上月且日 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 地籍管理信息系统 第一章绪论弟一早三；百1 = 匕 地籍( c a d a s t r a l ) 在中国有着悠久的历史，它最初被用做历代政府征收田 赋税的依据。随着社会的发展，地籍的内涵不断扩大，在时空演变的过程中经历 了税收、产权和多用途三个阶段。现代地籍则是指由国家监管的、以土地权属为 核心、以地块为基础的土地及其附着物的权属、位置、数量、质量、利用现状等 土地基本信息的集合，用图、数、表等形式表示u 1 。地籍的研究对象是指在地籍 簿册的建立、变更和发展过程中，地籍诸要素的确定和变化规律，即对土地产权、 界址、数量、质量和用途的确定和变化规律的研究。形象地说，地籍回答了关于 土地及其附着物的六个基本问题：“是谁的 、“在哪里、“有多少 、“在什么时 候一、“为什么 、“怎么样地籍的内涵之一就是以土地的空间位置为依托，对 每一块土地及其上的建筑物、构筑物所具有的自然属性、社会属性进行准确的描 述和记载。它具有极强的空间性、时间性和复杂的图数关系。 地籍管理( c a d a s t r a lm a n a g e m e n t ) 是国家为获得地籍资料而采取的系列 地政措施。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。现阶段我国地籍管理研究的主要内容包括：土地权属调查、地籍测量、土地 登记、土地统计、地籍档案与信息管理等。权属调查和土地登记是地籍管理研究 体系的主要内容；权属调查和地籍测量是地籍管理的基础性工作；地籍档案与信 息管理是土地登记、土地统计的后续工作，是地籍管理各项工作成果的归宿，并 为土地管理各项工作提供参考和依据。 地籍管理信息系统( c a d a s t r a lm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是国土 资源信息系统的重要子系统，是地籍管理业务的数字化拓展。它是以计算机为基 础，用管理理论和信息技术建立起来并为地籍管理业服务的信息系统，基于g i s 平台构建，将g i s 技术运用于地籍管理，把地籍管理中的空间地理数据与相应的 属性数据连接起来，实现图文互访、查询统计、空间分析等功能。地籍管理信息 系统是适应现代地籍管理发展的需要而产生的，为国土资源管理提供了优良的工 作环境、简捷的工作程序，大大缩短了工作时间，节省了大量的人力、财力和存 中南大学硕士学位论文第一章绪论 储空间，同时可以避免资料的丢失与损坏，具有高效率、高质量和高效益等优越 性。其目的就是要把土地管理人员从繁重的日常事务中解放出来，进行更多的决 策分析工作，实现办公的自动化、无纸化，并充分发挥地籍数据的重要作用，为 各个行业提供服务。随着国土资源信息化和电子政务工程的推进，围绕它的关键 技术研究也在不断发展。 1 2 地籍数据库动态更新机制的研究意义 土地是人类赖以生存的自然资源和可持续发展的基础。随着社会经济增长和 城市化发展进程的日益加快，深度开发和利用下的土地划分更细，用途更广，加 剧了人地矛盾，特别是各种形式的变更、继承、转让、抵押等以房地产为主题的 经济活动尤为频繁。所以说，地籍信息的变更是一个动态变更的过程。各级土地 管理部门要做好地籍管理工作，就必须快速掌握这些动态变化的地籍信息。因此， 地籍数据库更新成为现代地籍管理工作的关键所在，是地籍管理工作可持续发展 的基本要求。 地籍信息时态特征的显著性是其他空间信息所不及的，地籍的生命力和使用 价值就在于其现势性和历史与现状的连续性。所以，国土资源基础数据库的现势 性成为其基本的质量特性，为确保国土资源基础数据库的数据质量，地籍数据库 的建设要体现现势性、安全性和权威性等特点，就必须建立具有“运行中的电子 档案”特性的地籍数据库，也就是地籍数据库的动态更新。它可用于国土资源精 细化管理的战略性数据资源，服务于社会和经济生活，为政府管理和决策提供信 息支持，同时，加强地籍数据库的有效管理，可以为地籍管理信息系统的应用及 可持续发展提供基础保障。 地籍数据库更新是针对土地数量、质量、权属及其分布、利用、使用等的变 化情况，用反映土地现势状况的地籍信息修正、补充和更新原数据库中的相应数 据，以真实反映地籍信息的现状，保存历史数据、记录变化原因等，使数据库现 状与实际现状保持一致的过程瞳1 。它的目的在于要在最大程度上保持主数据库和 用户数据库的现势性。 地籍数据库动态更新就是针对地籍数据时变性特点，时实监测它的动态变 化，把宗地的历史既宗地存在的有效时间考虑在内对地籍数据库进行更新，实现 同时对空间、属性和时间进行描述。 总之，地籍信息系统的核心是建立动态空间数据和属性数据合一的地籍数据 库，并在此基础上建立图文一体化的地籍管理办公系统，以适应现代地籍管理发 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 展的需要。它的建设目标和发展趋势使得它必须要求地籍数据库中的数据具有现 势性，包括空间数据以及非空间数据，最大限度反映城市地籍权属现状、提供全 面综合、准确的地籍数据，这就突显了地籍信息系统数据库建设中动态机制的重 要性。地籍数据库动态更新机制满足了数据获取与更新体系中建立高效、高精度 的数据采集和更新系统的要求，保证了系统数据库中的数据能够得到及时的更 新。 1 3 地籍数据库动态更新的技术难点和研究现状 地籍数据库和其他数据库有很大差别：首先，地籍数据库要管理大量空间数 据和属性数据，在分析处理任何一个事件时都需要建立二者之间的对应关系。第 二，正是由于需要对空间数据和属性数据进行统一管理，使得地籍数据库管理不 仅要涉及多方面的地理信息系统技术，而且还要取得组织体系的支持。第三，地 籍数据库中的非空间数据除了包括属性数据，还有非常重要的时间数据，这就是 g i s 中的动态信息，也就是时空数据一体化。第四，地籍管理作为国土资源管理 的重要部分，要能够提供任意时刻的地籍信息，所以，这里提出的动态更新不仅 包括对现势数据的更新，更重要的是对历史数据的回溯。 目前许多国家和地区的初始地籍数据库建设工作都已经完成，开始将工作重 心转移到地籍信息的管理、动态更新和维护上来，这使得地籍数据库的更新机制 成为这一领域的研究热点。 从技术支持方面来看，面向对象数据模型和面向对象的空间数据管理一直是 地理信息系统领域追求的目标。国际上在空间数据库领域进行深入研究并形成了 一些成熟的软件产品，例如e s r i 的a r c s d e ，o r a c l e 的s p a t i a l 以及m a p l n f o 的 s p a t i a l w a r e 等，都是空间数据库的解决方案；商业化的面向对象的空间数据库 g e o d a t a b a s e 数据模型中已经融入了面向对象技术；g i s 技术框架a r c o b j e c t s 提 供的了几乎全部的底层g i s 功能，为开发自己的应用程序给予了强大支持。总 之，面向对象空间数据库研究已经进入了一个全新的时期，是g i s 数据库系统 发展的必然趋势，必然性的成为地籍数据库动态更新机制研究的强大平台。 从理论成果方面来看，全世界的专家和学者都关注和研究这个问题。经过网 络检索，国际上关于地籍时态研究的文章大约有2 0 0 0 篇，通过中国期刊网查询， 全国以地理信息时态为研究主题的论文有3 0 篇( 涉及地理信息时态的论文有9 篇) ，而以地籍信息或土地信息时态作为主体研究的论文有2 7 篇( 涉及地籍信息 或土地信息时态的论文有4 7 篇) ，并这些研究主要集中在理论性的试验研究和纯 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 试验性研究两个方面，能真正用到地籍信息系统建设中的研究成果很少，这至少 说明地籍信息的时态问题非常复杂和解决的难度很大1 。在这方面的研究还有很 长的路要走。 1 4 本文研究的主要内容 地籍数据库作为国土资源基础数据库的核心，直接为地籍管理等工作提供数 据支撑，探索其长效更新机制更具有针对性和现实性。地籍数据库的变更机制应 该体现快捷、方便、准确的特点，管理模式应该杜绝粗放式，追求精细化。本文 研究的主要内容包括两个方面：一是在分析了时态地籍数据的基础上，提出地籍 数据库动态更新机制需要采用的动态多极基态修正模型和“三库一体 地籍数据 管理模式。二是在分析了建立地籍数据库动态更新机制所需要的g i s 技术支持的 基础上，开发了小型地籍变更信息管理模块。具体内容如下： 首先从“实体+ 时态的角度看待地籍信息。地籍作为一个独立的门类，有 它自己的组成元素，这就是地籍实体，包括界址点、界址线、宗地等等，需要分 析地籍数据源，地籍实体之间存在的对象关系。在g i s 领域里，用时间、空间和 属性三维信息来表达和描述地理实体和地理现象，使它更加丰富，也更加生动地 反映地理实体的演变过程。对于地籍来说，同样涉及到了很多类型的时间信息， 这就是时态地籍。所以，分析地籍变更信息，应该从“实体+ 时态”的基本思路 出发。另外，从地籍领域本身来看，它是一种以土地登记为标志的国土资源管理 方式，这就要求在做地籍变更分析时，必须以土地发证为主要数据源，把土地登 记作为一个重要指标考虑到变更机制的建设中，研究地籍信息变更流程，这样才 能不脱离地籍本身，又利用现代g i s 技术去开展地籍数据库变更的研究。 第二，采用“三库一体统一管理的地籍数据库变更机制建设思路。地籍信 息的时态性要求地籍数据库能够提供当前时刻的现势数据。但是，在实际应用中 不但需要浏览数据库中的现势数据，还需要可以回放过去某一时刻某一地理区域 的历史情况。例如：在宗地发生变更后，如果系统通过增加新值或用新值替换旧 值来维持地籍信息的现势性，就无法跟踪宗地的变化过程，无法正确恢复评价某 一历史时刻的土地利用状况。目前对于历史数据通常的做法是采用每隔一定的时 间对信息系统所生成的所有数据进行备份，从而造成数据冗余，恢复某一历史数 据过程过于复杂，而且几乎不可能连续查询某一宗地的历史变化过程，所以要在 数据库的设计中考虑数据的时间序列的问题。每当现状发生变化时，除了将最新 信息采集到地籍数据库中，形成最新的现势库，同时，还要将所有变更前的地籍 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 信息作为历史数据保留在历史库中，用来进行地籍数据的历史回溯、历史分析。 将地籍数据库分为现势库、历史库和变更库，通过有效的组织，能很好地解决地 籍信息管理中的时态问题，提供了完善的时序分析功能，可以高效地回答与时间 相关的各类问题。这样不仅能使现势库得到大量的精简，提高日常工作效率，使 现状宗地和历史宗地井然有序，还能简化对繁杂宗地变更的界定，更能有效地将 时间、空间和属性数据结合起来，实现三者之间的相互查询。 第三，分析地籍数据库变更机制建设中需要的g i s 技术支持。地籍数据库实 质上一种空间数据库，现代g i s 技术的发展为地籍管理的现代化提供了强大的技 术支持。对于要开发的地籍变更信息管理模块，本文采用的是：以a r c o b j e c t s 作为开发工具，以g e o d a t a b a s e 为数据模型，采用s q l s e r v e r + a r c s d e 的数据存 储形式。也就是采用s q l s e r v e r 作为后台数据库，用a r c s d e 空间数据引擎扩展 s q l s e r v e r 的空间数据处理功能，将空间数据和属性数据集成到s q l s e r v e r 中。 最后，实现地籍变更信息管理模块。以宗地的变更类型为线索开发地籍变更 信息管理模块。先制作每种变更类型的更新作业流程图，进而在系统中实现自动 更新。最终，建立地籍数据库动态变更机制。实现的功能主要包括六个方面：宗 地新增、宗地消亡、宗地合并、宗地分割、宗地变化、父宗地子宗地互查、历史 信息重构。 中南大学硕士学位论文第二章时态地籍数据分析 第二章时态地籍数据分析 2 1 地籍实体及其对象关系 地籍是国家监管的，以土地权属为核心，以地块为基础的土地及其附属物的 权属、位置、数量、质量和利用现状等土地基本信息的集合。其中，“以地块为 基础 中的“地块是地籍信息的基本载体，是具有固定的位置和具有明确的边 界，并可辨认出同类属性的最小土地单位。地块由界址线所边界，界址线由界址 点来定位，界址点、界址线和地块一起构成了地块目标的基本组成成分，并统称 为地块实体。 2 1 1 地籍实体的相关概念 图2 - 1 地籍实体的基本组成 土地权属界址( 简称界址) 包括界址线、界址点和界标。土地权属界址线( 简 称界址线) 是指宗地的边界线，也是相邻宗地之间的分界线。界址点是指界址线 或边界线的空间或属性的转折点。界标是指在界址点上设置的标志。界标不仅能 确定土地权属界址或地块边界在实地的地理位置，为今后可能产生的土地权属纠 中南大学硕士学位论文 第二章时态地籍数据分析 纷提供直接依据，同时也是测定界址点坐标值的位置依据。相关概念如下： 界址点( b o u n d a r yp o i n t ) ：界址点是地块( 或宗地) 权属界线的拐点或转角 点。如果一个地块( 或宗地) 周围的界址点确定了，则其位置、形状、面积、权 属界线也就确定了，因此界址点在地籍测绘中被用来确定地块的地理位置。在地 籍数据库中，界址点大致可分为两种基本类型：一是作为界址线的起始结点和终 止结点( n o d e ) ；二是作为界址线的形状点或定位点( s h a p ep o i n t ) 。 图2 - 2 界址点 界址线( b o u n d a r yl i n e ) ：界址线在功能上是地块( 或宗地) 权属单位的分 界线，在地籍图上一般表达为界址点之间的连线。在地籍数据库中，往往将由起 结点、终结点及中间定位界址点( 或形状点) 组成的一条弧段( 相当于平面图中 的一条链) 作为一条界址线记录，其具有共同的双边指界人等性质。界址线一般 包括两种基本类型：简单界址线和弧段界址线。 简单界址棼- 图2 3 界址线 宗地：宗地是指法律上具有统一性的地块，即同一土地权利相连成片的用地 范围，具体指同一土地权属主的用地范围。在 乡村城市匕= = = = ： 乡村乡村城市亡= 令 乡村 乡村 乡村城市 图3 - 5 时空复合模型示意图 3 3 2 地籍时空数据模型的主要原理 不同的t g i s 功能，要求选择不同的时空数据模型。通过分析比较并结合地 籍变更的特点，本文采用目前相对成熟的基态修正时空数据模型，在此基础上作 中南大学硕士学位论文第三章地籍信息动态更新模式设计 进一步改进。根据地籍管理的特点：离现在时刻越近的历史数据查询的频率越高， 因此可以采取分段索引的机制，即根据不同的历史时间长短及查询频率高低建立 不同时期的基态，从而大大提高系统查询的效率。在时空数据模型的具体实现上 采用当前先进的面向对象的开发模式，使系统具有更好的适应性和生命力。 图3 - 6 基态修正模型原理n 7 3 基态修正模型非常适用于全局变化较少，而局部变化较多的情形，但较难处 理给定时刻的时空对象间的空间关系，而且对于将整个地理区域作为处理对象 时，该模型处理方法难度较大、效率较低管理变化索引也很困难。鉴于基态修正 模型的优点和缺陷，有必要对其进行扩展，充分利用其数据冗余小的优点，并寻 求解决变化索引管理困难和历史回顾效率低下的方法。因此采用基态修正模型的 扩展模型动态多级基态修正模型n ( d y n a m i m u l t i l e v e l b a s e s t a t e w i t h a m e n d m e n t s ，d m b s a ) 作为基态修正模型的扩展来进行 时空数据库设计，可以较好地解决数据存储量和历史回顾效率之间的矛盾。 基态修正模型进行历史回顾时，必须依赖该时刻和当前时刻间的各个基态距 和当前基态进行逐步回退求解，例如，求图3 - 6 中时刻瓦的历史状态，就需要 知道时刻乃到时刻瓦之间所有的基态距和当前基态才能恢复。这个计算量随着 时间的推移和变化的加快会成倍增长。但是如果在兀时刻附近记录一个历史状态 则z 时刻的状态只需该历史状态和瓦时刻到该状态发生时刻之间的基态距就可 以获得。如果根据事件变化的频度和基态距的大小适当地在历史变迁过程中记录 若干历史状态( 即设立历史基态) ，则不会造成太多的数据冗余，还可大大提高 历史回顾的效率。 d m b s a 模型就是基于上述思想所设计的时空数据存储模型。通过发生小范围 事件或者说发生少量事件时，都会有一个和该时刻基态相比的变化修正量，该变 化量就是一个基态距，通过记录基态距使当前状态始终是当前基态。当发生大范 围事件或者大量变更事件发生时，可设立一个历史基态，以便于进行该时刻以前 的历史时刻的历史回溯、历史查询等操作。如图3 - 7 所示，若要恢复历史时刻矗 中南大学硕士学位论文第三章地籍信息动态更新模式设计 的历史状态，则要检索瓦时刻所属基态( 历史基态1 ) 和瓦与正之间的基态距( 基 态距0 和基态距1 ) ，然后通过历史基态1 和两个基态距即能恢复瓦时刻的历史 状态。对于变更频繁、历史恢复操作较多的系统来说，采用d m b s a 模型更能胜 任时态信息的管理。 图3 - 7 动态多级基态修正模型 3 3 “三库一体 的更新模式 3 3 1 时态地籍数据库中的关键概念 l 、宗地的生命周期 根据时态g i s 的观点，每个实体都有其诞生( b i r t h ) 时间和消亡( d e a t h ) 时间j + 实体在现实世界中存在的时间成为实体的生命周期( l i f e - s p a n ) n 9 1 。进 行地籍实体变更分析，首先要对地籍实体的生命周期有一个准确的分析和定义。 2 、父宗地与子宗地 当一个对象消亡时，有时不是简单消亡，而是参与了新对象的产生；同样一 个对象产生时，有时也不是凭空产生，往往是继承了其他对象而产生的。这种对 象消亡和诞生之间的相互继承关系，就是对象变更的亲缘继承。父对象的消亡与 子对象的产生是由同一事件触发的，在生命周期上，父对象与子对象具有承接关 系。判断新旧宗地是否具有亲缘继承关系时，只需要判断二者之间是否继承了空 间位置。因此，每一次宗地变更，消亡的宗地为对应其所生成宗地的父宗地，而 新生成的宗地为其演化而来的宗地的子宗地，父子宗地之间具有演进继承关系。 详细的记录父子宗地之间的亲缘关系对宗地的历史回溯具有非常重要的作用。 3 、内聚性强度 时态内聚性强度主要是指现状数据与历史数据结合的紧密程度，其包括对象 变更的频繁程度和对现势、历史数据操作的频繁程度等。空间和属性内聚性强度 主要是指应用领域的空间信息和属性信息的结合程度。如果空间形状、状态与属 中南大学硕士学位论文 第三章地籍信息动态更新模式设计 性同时发生改变，则空间和属性内聚性强；如果两者分开变化，则内聚性弱。设 计时空数据库应考虑时空数据时态内聚性和空间与属性内聚性的强度，忽略其中 任一方面均会导致系统性能的下降。 3 3 2 现势库、历史库、变更库 基态修正模型关注的只是给定时刻( 时段) 的数据状态，而不涉及由一种状 态转变为另一种状态的过程。而且在实际应用中往往存在一种“伪变化 ，也就 是处理过程中经证实需要取消或修正的“变化。这时，“伪变化 应被撤消，系 统需恢复、回退到变化前的状态。因此，需要设计“过程库 来记录、表达变化 过程。再者，在基态修正模型中，采用“直接比较法 每次更新基态时，需要修 改所有的“差文件 ，而采用“间接比较法 ，又必须搜索数据库中大量的记录。 为此，历史库查询效率必须提高。一个较好的解决方法是建立分级索引。实践表 明，在时空数据库中创建三个表达不同时态的数据库是解决问题的较好途径。即 现势库( 现在时态) 、变更库( 进行时态) 和历史库( 过去时态) ，现势库存储最 新的反映现状的数据；历史库存储历次宗地发生变更时被更新的历史数据；而变 更库则是存储历次宗地变更时的变更信息。数据库更新中，每一次宗地变更，将 旧的宗地数据转移到历史库中，将更新后的数据存放到现势库中，同时将该次变 更的变更信息追加到变更库中。数据库分离存储既能准确地反映地理世界，实现 较小的数据存储量，又能提高系统运行效率，迅速从中获得所需的信息。下面就 扩展的基态修正模型的现时库、过程库和历史库分别加以阐述。 图3 - 8 时空数据库结构 中南大学硕士学位论文第三章地籍信息动态更新模式设计 现势库：根据动态多极基态修正模型的特点，处于最频繁操作的状态应作为 基态，显然现时库中的对象一般应作为基态。在时空数据库中，现时库反映的是 操作对象的现在时态的空间位置和属性，数据库中的每个元组都处在“激活 状 态，是数据库的当前操作对象。 变更库：大多数的时态数据库中，只保存对象的空间位置和属性的现状( 最 后一次更新的数据状态) 和变化前的各时段历史状态。然而合理的现实情况是数 据的变化往往需要经历一个过程，必须满足一定的条件，经过过程操作验证后， 才允许进入过程演变的下一个阶段。变更库跟踪对象演变的所有阶段，描述事件 发生和演变的全过程。同时，一旦事件发生的条件不满足时，该事件将会沿发生 的时间轴回退直到条件成立时停止或返回到事件发生前的状态。 历史库：一个对象当由一事件引起变化后，其最新状态被存入现时库中，它 的演变过程被存入过程库中。当变化的所有条件成立时，事件将会按时间顺序排 列，将相对基态修正量存入历史库中。为了对历史进行快速查询对所有元组建立 分级索引。对于任意给定的时刻或时间段，都可从历史库中查询出“过去 的状 态，恢复当时对象的时空关系，进行相应的时空运算。 建立变更库能清楚地记录历次宗地的变更信息，以及宗地之间的亲缘继承关 系，这对求解任一宗地的生命周期、实现数据的查询和历史回溯等都有很重要的 作用。变更库中包含了丰富的信息，既有历次宗地的变更时间，变更的类型；任 一宗地的生命周期；以及宗地历史演替过程中各个宗地之间的亲缘继承关系等。 在业务受理过程中，时空信息数据暂时存储在变更库中，待输入信息确定后 再入库到现势库，当变更业务数据入库时，原宗地信息则转入历史库。另外业务 流程中还允许回退，包括现势库数据回退到变更库和历史库数据回退到现势库， 即恢复到变更业务入库前的状态。“三库一体 的地籍数据变更作业模式如图： 变更 变 数据变更 包质 更后经 领 1 量检 入 数 _ 办导 i： 查填 1 ， 库 1 ， 据 1 ， 人审 f 7 写验操 入审 批 收报 作变核 出 更口 库 图3 - 9。三库一体”的入库作业模式1 变更库 中数据 入现势 库，变更 前数据 入历史 库 中南大学硕士学位论文 第三章地籍信息动态更新模式设计 3 3 3 动态更新实例描述 本小节中用一个包括了多种变更类型的例子来说明“三库一体 地籍变更数 据管理模式的作业情况，以及变更后的数据查询和历史回顾。 ( 2 ) l li l ； 鬻 一li | l | i 毒! j j 叠3 j 晕：秘 l 崮 l ll i ；i。毫毒孕警聋聋疆 l l ll ；i 羹j h j = ! = 警五五蕾童立羔 l llll ! ； | ；ll j ：li： ，t - 寸 托专 ：。：。：。：一 l ；mi ；i tii：l：lt#； ：l ；r ：i ：l ；r ： f ： ：tl：ii t t l ： jijl!eifile；i；!； ：；：；：；：li：j “!l；!li l 十+ “ ：it i ：i ：i ： iii!llielii i ； ：；：i：l：li： - _ - ：；：j ( 4 ) 住宅用地 团揪用地 建设用地 图农业用地 霎霎| | | | 鬃 茎萋萋妻垂萋霎 ( 3 ) ； ；i ； ； 鞋 l ll | iiii ；i ：j h ： li i ；ii 拜专f 琶十 r i ；i ；lr r r r f i；f；j；!l ； ；ll ； ( 6 ) 商蝴地囵林业用地 图交通用地 教育用地 ( 2 ) 1 9 9 8 1 - 2 0 ( 3 ) 2 0 0 0 - 8 j ( 4 ) 2 0 0 3 - 2 - 15( 5 ) 2 0 0 4 - 1 2 一l( 6 ) 2 0 0 6 - 7 - 3 0 图3 - 1 0 宗地变更示例 如上图所示，某区域范围内的宗地经历了六段变更过程，包含了宗地的合并、 分割、权属变化、混合合并等情况，假设该地籍区街道编号为6 ，街坊编号为8 。 ( 1 ) 一( 2 ) ：( 1 ) 时刻的三块宗地：6 - 8 - a 是住宅用地；6 8 一b 是建设用地； 6 8 一c 是绿化用地。到( 2 ) 时刻宗地6 8 - a 、6 8 一c 没有发生变化，6 - 8 - b 分割 成为6 8 一b 一1 和6 8 一b 一2 两块宗地，而且6 - 8 - b - 1 的权属没有发生变化，6 - 8 - b - 2 的权属发生了变化。属于宗地的分割。把当前数据库里宗地号为6 8 一b 的时态数 据表进行修改，在变更时间内添加变更日期1 9 9 8 - 1 2 0 ，生成i d l a t e r 指针，填 写变更类型标志“宗地分割 。然后把6 8 一b 有关的数据库中相应界址点记录和 孺甜|圈图心澍圈图 中南大学硕士学位论文 第三章地籍信息动态更新模式设计 其他属性记录改为历史状态，并且删除当前数据库中的空间数据，把原6 8 一b 空间数据添加到历史数据中。选取产生的的宗地6 8 一b _ 1 和6 8 一b _ 2 ，逐一添加 每一宗地的数据库中的相应界址点记录和其他属性记录及现状数据库中的空间 数据。在6 8 一b l 和6 - 8 - b - 2 的时间数据表里起始时间中填上变更日期 1 9 9 8 1 - 2 0 ，生成i d f i r s t 指针，将i d l a t e r 记录指针设为空。生成i d f i r s t 指 针库，添加被分割宗地的宗地号6 - 8 一b 。生成i d l a t e r 指针库，添加被分割宗地 的宗地号6 8 一b l 和6 8 - b - 2 。 ( 2 ) 一( 3 ) ：( 2 ) 时刻有的6 - 8 - a 、6 - 8 - b l 、6 8 一b 一2 、6 8 _ c 四块宗地， 在( 3 ) 时刻都发生了变化，生成6 - 8 - a - 1 、6 - 8 - d 、6 - 8 一e 三块宗地。其中宗地 6 - 8 - a 仅权属发生了变化生成6 8 - a l ，空间数据没有变化；6 - 8 一b _ 1 、6 8 一b 一2 、 6 _ 8 弋三块宗地全部合并后又重新分割为6 _ 8 一d 、6 8 一e 两块宗地，空间数据和 权属都发生了变化。对于6 - 8 - a 到6 - 8 - a - 1 的变化：选取变化的宗地6 8 一a ，对 当前数据库里该宗地的时态数据表进行修改，在变更时间内添加变更日期 2 0 0 0 8 - 7 ，生成i d l a t e r 指针，填写变更类型标志“权属改变 。然后把时态数 据表记录和权属数据表记录改为历史状态。添加该宗地的数据库中的权属属性记 录。在时间数据表里起始时间中填上变更日期2 0 0 0 - 8 - 7 ，生成i d f i r s t 记录指 针，将i d l a t e r 记录指针设为空。生成i d f i r s t 指针库，将合并前各宗地的宗地 号6 8 一a 添加至记录指针库中。生成i d l a t e r 指针库，将合并后宗地的宗地号 6 - 8 - a - 1 添加至记录指针库中。对于6 8 一b l 、6 8 一b 一2 、6 8 一c 三块宗地到6 8 一d 、 6 - 8 - e 两块宗地的变化应分解为两个过程：6 8 一b 一1 、6 8 一b 一2 、6 8 _ c 三块宗 地的合并：选择参与合并的宗地号6 8 一b _ 1 、6 8 一b 一2 、6 8 一c ，把当前数据库里 宗地号为6 8 一b - l 、6 - 8 - b - 2 、6 8 - c 的时态数据表进行修改，在变更时间内添加 变更日期2 0 0 3 - 2 - 1 5 ，生成i d l a t e r 指针。然后把与6 8 一b 一1 、6 _ 8 一旷2 、6 8 - c 有关的数据库中相应界址点记录和其它属性记录改为历史状态，并且删除当前数 据库中的空间数据，把原6 - 8 - b - 1 、6 - 8 - b - 2 、6 - 8 - c 空间数据添加到历史数据库 中。假设合并后的宗地为6 - 8 - x ，宗地属性和宗地6 8 一d 的一致。宗地6 8 一x 分割为6 - 8 - d 、6 - 8 - e 两个部分，其中宗地6 - 8 - d 的权属没有发生改变，宗地6 _ 8 一e 的权属发生了改变。属于宗地分割，过程同宗地6 - 8 一b 分割为宗地6 - 8 一b l 和宗 地6 8 一b 一2 。 ( 3 ) 一( 4 ) ：( 3 ) 时刻的6 - 8 - a - 1 、6 - 8 一d 、6 8 一e 三块宗地在( 4 ) 时刻都 没有发生变化，只是增加了新的宗地6 - 8 - f 。属于简单的新增宗地。选取新增的 宗地6 8 - f ，添加该宗地的数据库中的相应界址点记录和其他属性记录及现状数 据库中的空间数据。在f 的时间数据表里起始时间中填上变更日期2 0 0 3 - 2 - 1 5 ， 生成i d f i r s t 记录指针，将i d l a t e r 记录指针设为空。 中南大学硕士学位论文第三章地籍信息动态更新模式设计 ( 4 ) 一( 5 ) ：( 4 ) 时刻有四块宗地6 - 8 一a 一1 、6 - 8 - d 、6 8 一e 、6 - 8 - f ，在( 5 ) 时刻宗地6 - 8 - e 没有发生任何变化，宗地6 8 一d 到宗地6 8 一h 属性没有发生变化， 但是空间数据发生了变化，而且该变化还参与了宗地6 - 8 一a l 和宗地6 - 8 一f 到宗 地6 - 8 - 6 的变化。因此，可以直接看作宗地6 8 - a l 、6 8 一o 、6 - 8 - e 、6 - 8 - f 全 部合并后又被分割成了两个部分宗地6 - 8 一g 和宗地6 - 8