基于Geodatabase的城镇地籍数据库设计

1、第 PAGE 12 页 （共 12 页）基于Geodatabase的城镇地籍数据库设计1绪论1.1城镇地籍概述地籍是记载土地的位置、界址、数量、质量、权属和用途(地类)等基本状况的簿册，地籍最简单的说法是土地登记册。地籍是土地管理的基础，提供有关土地的数量、质量及权属与利用状况的基本材料，是调整土地关系、合理组织土地利用的基本依据1。城镇地籍调查即城镇土地调查，是指依照国家的相关法规，通过权属调查和地籍测量，查清宗地的权属、界址线、面积、用途和位置的情况，形成数据、图件、表册等调查成果，为土地登记、核发证书提供依据的一项集行政、技术与一体的工作。地籍调查是土地登记的法定程序，是土地登记的基础工

2、作，其资料成果经土地登记后，具有法律效力2。地籍调查通常分为初始地籍调查和变更地籍调查。初始地籍调查是初始登记前得区域性普遍调查。变更地籍调查是在变更土地登记或设定土地登记时利用初始地籍调查成果对变更宗地的调查，是地籍管理的日常性工作。1.2城镇地籍数据建设的研究现状2007年我国开始实施第二次全国土地调查，包括农村土地利用类型调查和城镇土地调查，建设土地调查数据库，实现土地信息共享，建立土地资源变化信息的调查统计、及时检测与快速更新机制。我国地籍工作正在从理论研究向实践阶段发展。城镇地籍数据库系统是土地信息系统的重要分支和组成部分，它采用地理数据库技术对土地利用数据进行管理，并提供数据采集、

3、存储、分析、土地利用数据统计汇总等多项生产和管理功能，为土地利用总体规划、政府部门科学管理用地提供基础数据来源1。在此方面，国内外一些学者也进行了研究，如张海军，边柳的基于Geodatabase的城镇地籍数据库设计围绕实体类型的划分、要素分类与分层、子类设计、要素属性表和属性域设计、拓扑规则设计、要素数据集设计等进行了详细论述。冯杭建、麻土华等在地籍空间数据库拓扑关系分析及基于规则的验证方法主要讨论了提高空间数据质检的效率，实现要素类间拓扑关系的智能检测。李凤凤、曹林在基于Geodatabase的数字校园空间数据库的设计与实现中以南林大校园为例，分析并运用Geodatabase数据模型成功设计

4、了维校园地理信息系统的后台空间数据库，论证了采用这种空间数据库的设计方法在性能方面的优势，为建设数字化校园提供了技术支撑。数据库是发展迅速的一种计算机数据管理技术。数据库的应用领域相当广泛，从一般的事物处理到各种专门化数据的存储与管理，都可以建立不同类型的数据库。空间数据是GIS的核心，因为GIS的操作对象是空间数据，因此设计和使用GIS的第一步工作就是根据系统的功能，获取所需要的空间数据，并创建空间数据库。空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。空间数据库借助各种时空准则，有效地表示空间对象之

5、间的空间关系。1.3本文拟完成的工作及意义城镇地籍管理信息化建设的重点主要是城镇地籍管理信息系统。城镇基础空间数据是城镇地籍管理信息系统应用的基础，是城镇地籍管理信息系统建设成功与否的关键。地籍信息系统技术还可以满足大数据量的管理、地籍图生成和快速更新、土地信息咨询以及土地利用状态预测等方面的要求，在宏观决策和微观应用等方面为土地资源的规划与综合利用提供高效、实时、准确的信息服务。我国土地资源绝对数量大，人均数量少。随着我国人口的增长和经济的快速发展，人口和土地的关系越来越紧张。耕地面积逐年减少，非农建设用地的面积增长迅猛，使得土地供需出现了严重的问题。要解决好我国的土地问题，首先就是做好土地

6、利用总体规划，严格依照规划来调控和管理土地。而建立土地利用数据库对提高土地管理工作的信息化、科学化、规范化以及实现国土资源共享具有重要的意义。2基于Geodatabase的城镇地籍数据库设计2.1城镇地籍数据库建设的主要内容 在设计城镇数据库时我们应注意到数据库的内容主要包括以下几方面：（1）土地利用数据：包括地类图斑(DLTB)、线状地物(XZDW)、零星地物(LXDW)、地类界线(DLJX)等；（2）土地权属数据：包括宗地、宗地注记、界址点、界址点注记、界址线、界址线注记、房屋、房屋注记等；（3）基础地理信息数据：包括测量控制点、测量控制点注记、行政区、行政区界线、行政区注记、等高线、高程

7、注记点、垣栅、工矿建(构)筑物及其他设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施等；（4）栅格数据：包括 DRG、DEM、DOM 和其他栅格数据；（5）元数据：包括数据库的标识信息、数据质量信息、空间参考系统信息、内容信息、分发信息等； （6）扫描文件、表格、报告文本等其他数据1；2.2城镇地籍数据库建设的要求及技术指标数据库结构设计应根据城镇地籍数据库标准要求进行，对属性数据结构表等内容可进行扩充。建立城镇地籍数据库的原则是按照统一的规范和标准将采集与处理的数据进行组织和存储于地籍数据库中，然后利用城镇地籍数据库管理系统进行数据管理、显示、查询、分析、统计、转换、共享和输出。通过建立

8、的城镇地籍数据库及管理系统能够为城镇地籍部门的日常地籍管理和业务提供完整的、现势性强的地籍数据，并为社会各个行业提供基础应用数据和信息。2.3 Geodatabase数据库Geodatabase是面向对象的地理数据模型，其地理空间特征的表达较之以往的模型更接近我们对现实事物对象的认识和表达。 空间数据库是随着地理信息系统的开发和应用而发展起来的数据库新技术。ArcGIS的地理数据库（Geodatabase）是为更好地管理和使用地理要素数据，而按照一定的模型和规则组合起来的地理要素数据集（Feature Datasets）。Geodatabase是按照成层次型的数据对象来组织地理数据的。这些数据

9、对象包括对象类（0bjects）、要素类（FeatureClass）和要素数据集。Geodatabase对地理要素类和要素类之间的相互关系、地理要素类几何网络和要素属性表对象等进行有效管理，并支持对要素数据集、关系及几何网络进行建立、删除和修改更新操作3。Geodatabase数据库与一般的数据库相比，具有以下的特点：（1）GIS数据库不仅有一般数据库性质相似的地理要素的属性数据，还具有有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。（2）Geodatabase是一个复杂的系统，要用数据来描述各类地理要素，尤其是地理的空间位置数据量往往十分庞大。（3）

10、一个Geodatabase数据库的服务范围相当广泛。如科学研究、环境保护、土地利用和规划、资源开发、生态环境、市政管理、交通运输、税收、商业、公安等领域。（4）Geodatabase数据库是一个共享或分享式的数据库。Geodatabase数据库中的数据应该依其本身的特点进行组织，而不应因为使用目的的不同而不同。（5）数据库的结构能反映出各不同用户的要求，支持各种应用程序和目的。支持多用户同时访问编辑相同的地理数据，并可以协调出现的冲突 3。2.4 Geodatabase数据库建设的基本步骤Geodatabase数据库设计就是在用户调查的基础上，决定数据库中储存那些数据（专题层）来模拟真实世界，

11、如何表示各种数据（点、线、面、栅格或其他形式），怎样将各类数据组织到要素类、对象表、栅格数据集等Geodatabase信息结构中，并且通过一些附加的空间数据库对象来保证数据库完整性，实现拓扑、网络和栅格目录等丰富的GIS行为，并定义数据集之间的空间和属性联系。Geodatabase数据库设计流程图如图1 指定比例尺范围以及每个专题在每个比例尺的空间表示确定要使用GIS创建和管理的信息产品根据信息需要确定主要数据专题定义数据集的空间行为、空间关系和完整性规则为描述的属性定义表格型数据结构和行为将各种表示形式分解为一个或多个地理要素集提出一个Geodatabase设计建立和维护各个数据层的分配设计

12、编辑工作流程和地图显示属性建立一个原型数据库并改进完善数据库设计将Geodatabase设计文档化图1 Geodatabase数据库设计流程图确定要使用GIS创建和管理的信息产品、根据信息需要确定主要数据专题、指定比例尺范围以及每个专题在每个比例尺的空间表示是识别数据库涉及的各个专题层及其特征。将各种表示形式分解为一个或多个地理要素集、为描述的属性定义表格型数据结构和行为、定义数据集的空间行为、空间关系和完整性规则和提出一个Geodatabase设计是决定数据表示、数据之间的联系，以及如何组织到Geodatabase对象之中。其中设计编辑工作流程和地图显示属性和建立和维护各个数据层的分配是确定

13、数据获取流程并分配数据采集责任到相关人员。建立一个原型数据库并改进完善数据库设计和将Geodatabase设计文档化这两个步骤经过反复试验不断优化数据库模型，并将设计结果以文档形式记录下来。2.5 数据库的分层设计目前城镇地籍数据库一般都采用基于图形的空间数据与属性数据相结合的数据库模型进行数据的存储与管理，在空间上其基本思想是横向分幅(数据组织在逻辑上是一个无缝的整体)和纵向分类分层(数据在统一坐标系下进行套和和叠加)。在物理存储上把连续的实体分离到不同的单元和空间中进行存储4。地籍数据分类分层是建立地籍数据库的基础，数据分类分层不但直接影响到数据的组织、存储、编辑和管理等，而且更能影响到地

14、籍数据库数据的转换、交换和共享，因而地籍数据分类分层是地籍数据库建库的一个重要部分。数据分类分层标准是数据标准的首先体现。城镇地籍数据库空间主要数据分类分层见表1。表1 城镇地籍数据库空间主要数据分类分层序号层名层要素几何特征属性表名约束条件1定位基础测量控制点PointCLKZDM测量控制点标注AnnotationZJO2行政区划行政区PolygonXZQM行政区界限LineXZ1JXM行政要素标注PointZJM3地貌等高线LineDGXO等高线注记AnnotationGCZJDO4土地权属宗地PolygonZDM宗地注记AnnotationZJM界址线LineZJXM界址线注记Annot

15、ationZJO界址点PointJZDM界址点注记AnnotationZJO房屋PolygonFWM房屋注记AnnotationZJO5土地利用地类图斑PolygonDLTBM线状地物LineXZDWO地类界线LineDLJXM土地利用要素注记AnnotationZJM6栅格数据数字正射影像图ImageSGSLO数字栅格地图ImageSGSLO数字高程模型Image/TinSGSLO注：约束条件取值：M（必选）、O（可选）2.6 城镇地籍要素的分类及编码城镇地籍要素分类大类采用面分类法，小类以下采用线分类法。根据分类编码通用原则，将城镇地籍数据库数据要素依次按大类、小类、一级类、二级类三级类和

16、四级类划分，要素代码采用十位数字层次码组成2，其结构如表2。表2城镇地籍数据库数据要素代码结构大类码小类码一级类要素码二级类要素码三级类要素码四级类要素码注：(1)大类码为专业代码，设定为二位数字码，其中：基础地理专业码为10，土地专业码为20；小类码为业务代码，设定为二位数字码，空位以O补齐。土地权属的业务代码为06，土地利用的业务代码为01，土地利用遥感监测的业务代码为02；一级类码至四级类码为要素分类代码，其中：一级类码为二位数字码、二级类码为二位数字码、三级类码为一位数字码、四级类码为一位数字码，空位以O补齐。(2)基础地理要素的一级类码、二级类码、三级类码和四级类码引用(基础地理信息

17、要素分类与代码 (GB/T13923一2006)中的基础地理要素代码结构与代码。(3)各要素类中如含有“其他”类，则该类代码直接设为“9”或“99”2。城镇地籍数据库各类要素的代码与名称描述见表3。表3 城镇地籍数据库各类要素的代码与名称描述要素代码要素名称说明1000000000基础地理信息要素1000100000定位基础1000110000测量控制点1000119000测量控制点注记1000600000境界与政区1000600100行政区基础地理信息要素分类与代码（GB/T 139232006）的扩展1000600200行政区界线基础地理信息要素分类与代码（GB/T 139232006）的

18、扩展1000609000行政区注记基础地理信息要素分类与代码（GB/T 139232006）的扩展1000700000地貌1000710000等高线1000720000高程注记点1000310000居民地1000310300房屋2000000000土地信息要素2001000000土地利用要素2001010000地类图斑要素2001010100地类图斑2001010200地类图斑注记2001020000线状地物要素2001020100线状地物2001020200线状地物注记2001040000地类界线2006000000土地权属要素2006010000宗地要素2006010100宗地200601

19、0200宗地注记2006020000界址线要素2006020100界址线2006020200界址线注记要素代码要素名称说明2006030000界址点要素2006030100界址点2006030200界址点注记2002030000栅格要素土地利用动态遥感监测数据库标准（报批稿）的扩展2002030100数字航空摄影影像2002030101数字航空正射影像图2002030200数字航天遥感影像2002030201数字航天正射影像图2002030300数字栅格地图2002030400数字高程模型2002039900其他栅格数据2099000000其他要素注：1）本表的基础地理信息要素第5位至第10位

20、代码参考基础地理信息要素分类与代码（GB/T 139232006）；2）行政区、行政区界线与行政区注记要素参考基础地理信息要素分类与代码（GB/T 139232006）的结构进行扩充，各级行政区的信息使用行政区与行政区界线属性表描述。2.7 子类设计一般来说，数据库中的要素类别越少，数据库的性能越好。如果把地理实体能设计在一个要素类中划分为一个子类组织，就不应该把它组织为单独的要素类。要素类划分子类的依据参见表4。表4 划分子类的依据要素类划分子类的依据控制点控制点类型、控制点等级、标石类型、标志类型等高线等高线类型行政区界线界线类型、界线性质界址点界址点类型、界标类型界址线界址线类别、界址线

21、位置、界线性质宗地权属性质、使用权类型、土地等级房屋房屋结构类型线状地物权属性质地类界线地类界线类型地类图斑权属性质、耕地类型2.8要素数据集设计要素数据集是矢量要素类的容器，用于把关系密切或相似的要素类组织在一起。虽然要素类可存放在要素数据集外，也可以组织到要素数据集中。但不同要素数据集在运算过程中可能会出现细微的差别而引起数据不一致，故具有相同空间参照的要素类组织到同一要素数据集中比较有利。而且，参与平面拓扑和几何网络的各要素类必须组织到同一要素数据集中。城镇地籍数据库中的许多要素类之间存在着密切的关系。如界址点界址线宗地关系；宗地权属关系等。2.9 拓扑规则设计拓扑是地理要素之间的空间关

22、系，它是确保数据质量的基础。使用拓扑，能够更好的表达地理信息，用以提供空间分析能力。本文中，对拓扑规则进行初步的认识和说明5。Geodatabase中预定义了25种拓扑规则, 分为多边形规则、线规则和点规则6。可通过设置拓扑规则, 动态建立拓扑关系, 修改拓扑错误, 维护数据质量。经过分析, 采用了表5中所列的11种拓规则7。表5 拓扑规则要素类1-要素类2拓扑规则规则说明界址点-界址线Must be covered by end point of点必须位于线的端点上界址线-界址线Must not have dangles线不能有悬挂点Must not overlap线不能相互重叠Must n

23、ot self-overlap线不能自身重叠Must not intersect线不能相交Must not self-intersect线不能自身相交Must not intersect or touch interior线不能与其他线在非端点处接触界址线-宗地Must be covered by boundary of线必须被多边形的边界覆盖宗地-界址线Boundary must be covered by多边形边界必须与线要素重合宗地-宗地、街坊-街坊、街道-街道Must not overlap多边形之间不能重叠宗地-街坊、街坊-街道Must be covered by要素类1中的每个多边

24、形要素都要被要素类2中的单个多边形覆盖注: (1)表3中的街坊为地籍街坊, 非自然街坊。(2)表3仅设置了数据库中主要的要素类(间)的拓扑规则, 而未包含要素类的子类间的拓扑规则。如, 工业建筑应位于工业用地内,可采用Must be covered by feature class of规则。子类间的拓扑规则可根据应用需要进行扩展。3结论与讨论城镇地籍数据库是地籍数据管理的重要核心组成8。本文基于Geodatabase设计了城镇地籍数据库，依据最新的土地管理行业标准，较好地划分了要素类和子类，设计了城镇地籍库中空间要素间应遵循的拓扑规则，并把空间要素类组织到数据集中。在此数据库的基础上, 实现

25、地籍管理工作的诸多功能, 使地籍管理从日常操作、资料处理及查询应用等各个方面应用计算机技术, 可提高地籍管理的工作效率、从而使管理技术和管理手段实现质的飞跃。实际上，强大的Geodatabase还有其他诸多功能可用于高效管理城镇地籍数据库中的数据。如现实世界中的对象与数据库中的对象通常存在特殊的联系。在地理数据库中，这种联系称为关系。关系可以存在于空间对象之间（要素类中的要素），非空间对象之间（表中的行），或空间与非空间对象之间。Geodatabase的关系类主要是用于定义不同要素类之间复合和聚合两种关系。当我们城镇数据库中的数据非常庞大复杂时我们可以创建索引加快查询速度，但要注意如果定义过量

26、的索引，性能反而会下降。空间索引提高了空间要素几何查询的选择速度。属性索引是DBMS在表中取得记录的一种可选方法。与直接从第一行记录开始查找，并搜索整个表相比较，首先查找索引，然后找到合适的记录会快得多。然而, 考虑到实际问题的复杂多样性, 本文不做过于详细的设计。参 考 文 献1 刘德光. 基于GIS的城镇地籍数据库建库研究与应用D. 长安大学硕士学位论文，2011（10）：22-25. 2 葛吉琦. 地籍管理M.西安:西安地图出版社，2002(8): 20-30. 3 付用广. 城镇地籍数据库建设研究D. 南京工业大学大学硕士学位论文，2009（3）：43-45. 4 冯杭建, 麻土华, 刘伟宏，等地籍空间数据库拓扑关系分析及基于规则的验证方法J计算机应