基于過(guò)程時(shí)空數(shù)據(jù)模型的城市地籍信息組織方法

李 景 文，鄒 文 娟，殷 敏，田 麗 亞

基于過(guò)程時(shí)空數(shù)據(jù)模型的城市地籍信息組織方法

李 景 文1，2，鄒 文 娟1，2，殷 敏1，2，田 麗 亞3

（1.桂林理工大學(xué)測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004;2.廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（桂林理工大學(xué)），廣西 桂林 541004;3.湛江市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524002）

以文獻(xiàn)①中提出的基于過(guò)程的面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型（POOSDM）為理論基礎(chǔ)，將其應(yīng)用于城市地籍信息管理系統(tǒng)中，以驗(yàn)證該模型的實(shí)踐可行性。POOSDM是從時(shí)空語(yǔ)義建模的角度反映空間對(duì)象的演變過(guò)程，以及在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的事件因果聯(lián)系，并且通過(guò)過(guò)程語(yǔ)義和面向?qū)ο笏枷氲慕Y(jié)合解決了時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)和查詢問(wèn)題。通過(guò)分析城市地籍信息的時(shí)空變化特點(diǎn)，研究以POOSDM為基礎(chǔ)的地籍地理實(shí)體對(duì)象化描述過(guò)程、相關(guān)定義和對(duì)象構(gòu)建方法，探索城市地籍綜合信息的組織方法和演變過(guò)程，為城市地籍時(shí)空數(shù)據(jù)管理提供新思路。

過(guò)程;數(shù)據(jù)模型;地籍;信息組織

隨著城市信息化和“智慧城市”建設(shè)步伐的加快，城市地籍信息管理系統(tǒng)對(duì)城市地籍綜合信息的變更因果關(guān)系和時(shí)空過(guò)程等動(dòng)態(tài)管理提出了更高的要求。傳統(tǒng)的地籍信息管理僅對(duì)地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)管理，未記錄和管理宗地變更所經(jīng)歷的過(guò)程，只能對(duì)變化后的結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)重現(xiàn)，不能實(shí)現(xiàn)基于時(shí)空變化語(yǔ)義的查詢和分析。本文將基于過(guò)程的面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型①李景文，鄒文娟，田麗亞，等.基于過(guò)程的面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)組織方法.測(cè)繪科學(xué)（待刊）.（Process-based Object-O-riented Spatial Data Model，POOSDM）和城市地籍綜合信息相結(jié)合，探索動(dòng)態(tài)地籍信息的組織方法，研究參與變化的地籍對(duì)象的時(shí)空過(guò)程及變化的因果聯(lián)系和約束關(guān)系，以及基于時(shí)空變化語(yǔ)義的地籍綜合信息的組織和存儲(chǔ)方法，實(shí)現(xiàn)了地籍信息時(shí)間、空間和屬性特征的統(tǒng)一表達(dá)和管理及在時(shí)間軸上的無(wú)縫描述。

1 基于過(guò)程的面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型①

POOSDM是以面向?qū)ο蠓椒榛A(chǔ)，結(jié)合事件與過(guò)程之間的相互關(guān)系，以及基于過(guò)程語(yǔ)義表達(dá)事件變化的內(nèi)在聯(lián)系，從而體現(xiàn)出地理事件之間的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系并解決在時(shí)空變化中對(duì)空間對(duì)象的查詢、歷史回溯、分析等問(wèn)題。在POOSDM中，將在特定時(shí)間尺度下相鄰兩個(gè)狀態(tài)間的地理實(shí)體用過(guò)程語(yǔ)義描述，并將地理實(shí)體抽象成空間對(duì)象，對(duì)空間對(duì)象的描述可采用組合的方式（圖1）［1］。時(shí)空過(guò)程反映著對(duì)象狀態(tài)變化的因果序列，空間對(duì)象是事件和過(guò)程作用的主體，某事件一發(fā)生，一個(gè)過(guò)程或若干個(gè)過(guò)程就隨即啟動(dòng)，這樣就可能有一個(gè)或多個(gè)對(duì)象參與到若干個(gè)變化過(guò)程中，達(dá)到質(zhì)變后，事件便結(jié)束;過(guò)程操作引發(fā)了空間對(duì)象狀態(tài)的改變，其中，可通過(guò)對(duì)象ID來(lái)記錄與過(guò)程相關(guān)聯(lián)的對(duì)象，在這些過(guò)程中，時(shí)空變化包括空間對(duì)象的屬性變化、空間變化和拓?fù)渥兓?。因此，時(shí)空過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一系列沿時(shí)間軸的空間對(duì)象的演變過(guò)程。

圖1 空間對(duì)象構(gòu)成Fig.1 The constitute of spatial objects

POOSDM是在分析時(shí)空數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，將過(guò)程語(yǔ)義和面向?qū)ο笥袡C(jī)結(jié)合，探索了基于過(guò)程的時(shí)空語(yǔ)義描述方法和空間對(duì)象的演變過(guò)程，以及在這個(gè)過(guò)程中時(shí)空數(shù)據(jù)組織方法。其既記錄和管理了空間對(duì)象變化經(jīng)歷的詳細(xì)過(guò)程，又可以解決事件變更后的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)的整合問(wèn)題，從而對(duì)空間對(duì)象實(shí)現(xiàn)了基于時(shí)空變化語(yǔ)義的查詢和分析。

2 基于POOSDM的地籍對(duì)象變更過(guò)程

2.1 地籍對(duì)象構(gòu)成及其變化特點(diǎn)

通過(guò)利用面向?qū)ο蠓椒▽?duì)地籍要素進(jìn)行抽象，將其屬性、空間特征及行為動(dòng)態(tài)等有關(guān)知識(shí)“封裝”在對(duì)象結(jié)構(gòu)中，每一類對(duì)象是獨(dú)立封裝的，具有唯一能確定自己是產(chǎn)生或消失的標(biāo)識(shí)的概念實(shí)體，從而構(gòu)成地籍對(duì)象。本文根據(jù)地籍對(duì)象是否含有圖形信息將其分為地籍空間對(duì)象（除了含有屬性信息還具有空間信息）和地籍非空間對(duì)象（僅含有屬性信息）兩大類［2］。地籍對(duì)象的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 地籍對(duì)象的體系結(jié)構(gòu)Fig.2 The architecture of cadastral objects

在POOSDM中，空間對(duì)象的變化過(guò)程一般是從過(guò)去某一時(shí)間開(kāi)始（產(chǎn)生），按照時(shí)間順序發(fā)展（存在），直至消失（死亡）。因此，在地籍對(duì)象的產(chǎn)生、存在直至死亡這一生命歷程中，其動(dòng)態(tài)變更過(guò)程主要體現(xiàn)在土地分割、合并、新增以及土地用途或權(quán)利人的改變等方面。地籍對(duì)象隨時(shí)間的變化特點(diǎn)可歸納為［3］：1）屬性改變、空間信息不變，如土地復(fù)墾以及土地使用權(quán)轉(zhuǎn)讓等;2）屬性信息不變、空間信息改變，如在原來(lái)宗地的基礎(chǔ)上新增一塊土地;3）屬性和空間信息同時(shí)改變，主要包括土地分割、土地合并、土地滅失等。

盡管地籍對(duì)象變更過(guò)程繁雜，但是無(wú)論哪種變化，地籍對(duì)象的死亡與產(chǎn)生是一個(gè)相對(duì)狀態(tài)，死亡對(duì)象的空間特性與產(chǎn)生對(duì)象的空間特性必須一致，才能保證地籍對(duì)象在時(shí)間軸上的無(wú)縫性。地籍對(duì)象產(chǎn)生、死亡和時(shí)間三者之間的關(guān)系如圖3所示［4］。

圖3 地籍對(duì)象產(chǎn)生、存在和死亡的關(guān)系Fig.3 The relationship of production，existence and death of cadastral objects

2.2 地籍變更時(shí)空過(guò)程描述

當(dāng)一個(gè)或若干個(gè)地籍事件發(fā)生變化時(shí)，地籍變更過(guò)程和地籍對(duì)象之間的關(guān)系是很復(fù)雜的。本文根據(jù)參與變化的地籍對(duì)象的個(gè)數(shù)可將地籍事件分為4類：只有一個(gè)地籍對(duì)象發(fā)生變化，如某塊宗地的分割事件;一個(gè)地籍對(duì)象發(fā)生了多個(gè)變化，如一塊宗地發(fā)生了多次的新增和分割;多個(gè)地籍對(duì)象共同參與了一個(gè)變化過(guò)程，如原來(lái)若干塊宗地合并成一塊宗地事件;多個(gè)地籍對(duì)象參與了多個(gè)變化過(guò)程，如原來(lái)N塊宗地經(jīng)合并、分割操作后重新劃分成新的M塊宗地事件。圖4為A市某區(qū)域包含宗地簡(jiǎn)單合并、分割、屬性變更、新增宗地的系列變更事件［4］。

圖4只是表達(dá)了該區(qū)域的地籍對(duì)象發(fā)生了5次狀態(tài)變化及引起狀態(tài)變化的相關(guān)事件，卻難以描述地籍對(duì)象變化前后的時(shí)間關(guān)系和因果關(guān)系。本文以A市某區(qū)域的地籍對(duì)象為例，該區(qū)域地籍對(duì)象變更事件中發(fā)生的一系列過(guò)程如表1所示（其中EID為事件編號(hào)，Ename為事件名稱，B＿OID為地籍對(duì)象變化前的標(biāo)識(shí)號(hào)，A＿OID為地籍對(duì)象變化后的標(biāo)識(shí)號(hào)，ST為事件開(kāi)始時(shí)間，ET為事件結(jié)束時(shí)間，PID為地籍對(duì)象變化的過(guò)程編號(hào)）。

圖4 A市某區(qū)域地籍信息的變更事件Fig.4 The change events of cadastral objects in some area of city A

由于地籍?dāng)?shù)據(jù)是由具有相同目標(biāo)標(biāo)識(shí)碼的幾何圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)對(duì)同一地籍對(duì)象的描述［5］，每次地籍變更事件都有其唯一事件標(biāo)識(shí)EID、過(guò)程標(biāo)識(shí)PID、變更前后參與變化的對(duì)象、生命周期及變更原因等特征?；赑OOSDM的思想，對(duì)表1中變化的地籍?dāng)?shù)據(jù)采用面向?qū)ο蠓椒ù鎯?chǔ)，統(tǒng)一存放在Oracle Spatial對(duì)象—關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，且每個(gè)地籍對(duì)象都封裝了獨(dú)立的屬性和行為，同時(shí)能獨(dú)立完成一些操作，進(jìn)而完成屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的更新。因此，POOSDM對(duì)于每塊宗地的變更，可以清楚地記錄其時(shí)間、空間、屬性及宗地變更過(guò)程，從而在歷史宗地回溯時(shí)，可方便地查詢宗地變化的時(shí)間、引起宗地變更的事件原因和詳細(xì)過(guò)程等。

表1 A市某區(qū)域的地籍對(duì)象變更過(guò)程Table 1 The change processes of cadastral objects in some area of city A

3 基于POOSDM的地籍時(shí)空數(shù)據(jù)的組織

基于POOSDM的地籍時(shí)空數(shù)據(jù)組織過(guò)程主要包括：對(duì)已有地籍時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，使不同來(lái)源、不同類型的地籍?dāng)?shù)據(jù)充分整合，實(shí)現(xiàn)邏輯一致性，同時(shí)對(duì)新數(shù)據(jù)按規(guī)范化要求采集［6］;基于POOSDM的建模要求，構(gòu)建地籍空間對(duì)象（包括地籍變化狀態(tài)對(duì)象、事件對(duì)象和過(guò)程對(duì)象）;根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)設(shè)計(jì)的要求，建立地籍變化空間數(shù)據(jù)庫(kù)（圖5）。

圖5 地籍時(shí)空數(shù)據(jù)組織流程Fig.5 The organization flow chart of cadastral space-time data

在建立地籍變化空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，依據(jù)地籍時(shí)空數(shù)據(jù)在整個(gè)變化過(guò)程中所處的狀態(tài)可以建立3個(gè)表達(dá)不同時(shí)態(tài)的地籍信息時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)：現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)、過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)（圖6）。其中現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)事件和過(guò)程引起地籍對(duì)象變化后的最新?tīng)顟B(tài)數(shù)據(jù);過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)是由事件和過(guò)程共同引起的變化前后地籍對(duì)象間的記錄數(shù)據(jù)，主要存儲(chǔ)對(duì)象各變化時(shí)段的空間和屬性等數(shù)據(jù);當(dāng)變更過(guò)程結(jié)束后，事件按時(shí)態(tài)序列排列，變化前的狀態(tài)則存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖6 地籍時(shí)空數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的邏輯結(jié)構(gòu)Fig.6 The logical construction of storing cadastral space-time data

基于POOSDM的地籍時(shí)空數(shù)據(jù)管理是將地籍實(shí)體按照模型的要求以空間對(duì)象的方式將地籍空間幾何信息和屬性信息統(tǒng)一存儲(chǔ)到Oracle Spatial的SDO＿GEOMETRY字段中。通過(guò)對(duì)每個(gè)邏輯地籍對(duì)象建立現(xiàn)勢(shì)表、歷史表和事件表，并構(gòu)建過(guò)程表將地籍對(duì)象的現(xiàn)狀、歷史及引起變化的事件聯(lián)系起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)地籍對(duì)象的變更記錄和查詢（圖7）。

地籍對(duì)象的變更是沿時(shí)間軸進(jìn)行的，并且變更事件和變更過(guò)程是以一定的時(shí)間尺度為前提，因此地籍對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程和時(shí)空關(guān)系要求將空間和時(shí)間要素聯(lián)合表達(dá)，以便實(shí)現(xiàn)地籍?dāng)?shù)據(jù)的時(shí)空一體化存儲(chǔ)。圖7中將數(shù)據(jù)按地籍對(duì)象所處的狀態(tài)劃分到不同的時(shí)態(tài)表中，并標(biāo)識(shí)每一對(duì)象的編碼。該方法可以有效地表達(dá)地籍對(duì)象的時(shí)態(tài)變化，從而高效地管理地籍動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)對(duì)地籍?dāng)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)查詢、時(shí)空分析和決策。

圖7 基于POOSDM的地籍時(shí)空數(shù)據(jù)物理組織Fig.7 The physical organization chart of cadastral space-time data based on POOSDM

4 結(jié)論

本文將過(guò)程語(yǔ)義和面向?qū)ο蠓椒ㄓ袡C(jī)結(jié)合，探討了基于過(guò)程的面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型（POOSDM）的描述、定義和對(duì)象組織方法，研究了基于POOSDM的地籍信息的組織方法和管理模式，該方法對(duì)地籍時(shí)空變更數(shù)據(jù)及時(shí)存儲(chǔ)，并保存引起地籍對(duì)象變化的系列事件和過(guò)程，通過(guò)研究分析它們之間的內(nèi)在必然聯(lián)系，全面表達(dá)了地籍對(duì)象在其生命周期內(nèi)每一刻的狀況及其詳細(xì)變更過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了大量深層次的地籍信息分析功能，為智能地籍管理提供決策和空間支持。

［1］李景文.面向?qū)ο罂臻g實(shí)體矢量模型及其應(yīng)用研究［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2007.

［2］辜寄蓉，陳先偉，竇義紅.地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象－事件模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.地理與地理信息科學(xué)，2010，26（1）：44－47.

［3］黃照強(qiáng)，馮學(xué)智.房產(chǎn)地理信息系統(tǒng)時(shí)空數(shù)據(jù)組織研究［J］.遙感信息，2005（5）：52－56.

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Organization Method of City Cadastral Comprehensive Information Using Process-Based Object-Oriented Spatial Data Model

LI Jing－wen1，2，ZOU Wen－juan1，2，YIN Min1，2，TIAN Li－ya3
（1.CollegeofGeomaticEngineeringandGeoinformatics，GuilinUniversityofTechnology，Guilin541004;2.GuangxiKeyLaboratoryofSpatialInformationandGeomatics（GuilinUniversityofTechnology），Guilin541004;3.ZhanjiangUrbanPlanningandDesignSurveyResearchInstitute，Zhanjiang524002，China）

The management of city cadastral informational is an important part of"wisdom city"，this paper takes the Processbased Object-Oriented Spatial Data Model（POOSDM）as the theoretical basis.The model is used in cities cadastral information management system in order to verify the practically feasibility of the model.The POOSDM is put forward on the basis of analyzing of existing space time data model and object oriented method，it reflects the spatial objects processes of evolution from the view of spatio-temporal semantic model，and the causal relationship which was produced by the events in the processes，and through the combination of process semantic and object-oriented.It also solves the problem of the organization，storage，and inquires of the spatio-temporal dynamic data.As a result through analyzing the spatio-temporal characteristics of city cadastral information，this paper researches the description process of objectification，relevant definition and the object structure method of the cadastral geographic entity，which based on the POOSDM，then it has explored the organization method and evolution process of the city cadastral comprehensive information，which providing a new train of thought for the management of the city cadastral spatio-temporal data.By applying this model to Cadastral Information System，it solves the management issue of the historical data and dynamic data of cadastral information，so it can bring about the integrate expression of cadastral information in timing feature，spatial feature and attribute feature.

process;data model;cadastral;information organization

P208

A

1672－0504（2012）03－0032－04

2011－11- 14;

2012－02－13

廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（桂科自2011GXNSFD018003）;廣西科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（桂科能0992030－1、10100018－2）

李景文（1971－），男，博士，教授，從事GIS理論和應(yīng)用方面的研究。E－mail：lijw2008＠glite.edu.cn