基于ArcSDE技術的地籍管理系統研究

王春波,楊大兵

(1.中糧集團有限公司,北京 100020;2.河北工程大學,河北邯鄲 056038)

為適應當前國際、國內信息化建設快速發展的需要,在土地規劃與管理領域,“數字國土”的概念逐漸深入人心,實現土地資源的信息化管理成為必然的趨勢,而地籍管理是土地資源業務的核心。隨著我國經濟增長和城市化發展進程的日益加快,城鄉土地利用變化極為頻繁,人地矛盾加劇,原土地管理方式已不能適應新時期國土資源管理和經濟建設可持續發展的要求[1]。傳統的管理手段和人工作業方式,效率十分低下,在現勢性、準確性、科學性和效率方面已不能適應目前的需要,更不能滿足將來的發展需求。運用GIS及時、準確地獲取土地利用變更信息,建立土地利用數據庫,對實現“以圖管地”的土地資源管理機制,提高土地資源管理的科學性有著非常重要的意義[2]。本文基于國內外地籍管理信息系統設計的理論方法,結合北京市東城區地籍管理的現狀,運用ArcSDE、ArcEngine、面向對象語言、關系數據庫等技術,設計開發了東城區地籍管理系統,重點討論了基于ArcSDE的地籍管理信息系統設計研究。

1 系統總體設計

1.1 系統設計的原則

根據地籍管理系統應實現的功能,結合系統的特點,建立系統應遵循如下原則:

(1)標準化。空間數據庫的數據結構、投影、坐標系等參照“第二次全國土地調查技術規范”,便于與省(市)、國家的地籍管理信息系統集成。

(2)實用性。系統的建立要符合當地辦公條件和土地管理部門的工作現狀,使系統建成后真正發揮效益。

(3)系統要便于更新、便于擴充。要考慮到地籍成果的現勢性,系統的更新功能要強,同時,要考慮到今后工作的發展方向,為系統過渡到土地信息系統打下基礎。

(4)分層原則。按照統一的地理坐標對地理實體要素進行分層疊合,是圖形數據庫設計的基本思路之一。根據這一原則把一類具有相同實體意義和空間特征的圖形要素存放在一起,構成一個圖層,圖層是圖形數據庫管理的基本單位。一組相互關聯的圖層構成一個專題,專題是描述土地、房產、規劃管理信息過程中某一相對獨立和完整的數據內容的數據層次,與某一完整的土地、房產、規劃管理業務相對應的若干專題形成一個子庫。圖形數據就是按照“數據庫-子庫-專題-層-要素及屬性”這樣的層次框架構筑起來的[3]。

(5)保密安全。地籍信息是土地現狀的真實記錄,涉及到本地區的基本情況和業主的切身利益,具有一定的法律效力和保密性。因此系統必須具備有效的保密手段,對用戶按嚴格的權限進行管理。

1.2 系統架構設計

C／S(Client／Server)、B／S(Browser／Server)是兩種常用的軟件架構。C／S結構能優化共享服務器資源、優化網絡利用率、減少網絡流量;但也存在開放性不夠、系統開發維護和移植困難、升級麻煩、重復投資較嚴重、擴展性差及缺乏系統性和前瞻性等缺點。B／S模式以Web為中心,采用TCP／IP、HTTP為傳輸協議,客戶端通過瀏覽器(Browser)訪問服務器端的信息,與C／S結構相比具有用戶界面簡單易用、易于維護與升級、良好的開放性、信息共享度高、擴展性好、網絡適應性強、安全性好等優點。

城市地籍管理系統是以土地利用空間數據為基礎,空間數據具有海量性特征,因此作為城市土地業務的管理系統,一方面要求具有很強的交互性和快速、安全的存取模式,采用Client／Server結構能夠滿足這種要求;另一方面辦公自動化則要求簡化客戶端操作,且能夠方便進行信息發布,而采用B／S結構能更好滿足這種要求。綜合考慮以上因素,C／S、B／S的混合架構可以分開行業內部業務工作和外部服務,平衡網絡負載,包融現有系統體系和數據結構,同時滿足系統應用部門內部業務運作和社會公眾對城市土地應用服務的不同需求。本系統采用C／S、B／S的混合結構,兩種結構可以取長補短[4],系統架構如圖1所示。

2 數據庫設計

地籍數據庫在整個地籍管理系統中具有核心作用[5]。數據庫設計是地籍管理信息系統建立的關鍵技術,主要涉及兩類數據:空間數據和屬性數據。建立地籍管理信息系統數據庫的簡要流程如圖2所示。

地籍管理系統的圖形數據包括宗地權屬信息(界址點、界址線、宗地、房屋)、地物(線狀地物、面狀地物等)、行政區劃(圖幅結合表、街道、街坊)、注記和地類圖斑等。圖形數據的組織方式由所選擇的GIS控件決定,目前大多數的GIS基礎軟件都采用面向對象模型組織空間數據,如Arc／Info采用“圖層”(layer)來組織空間數據。隨著GIS數據組織技術的改進,空間數據也可以采用大型商用關系型數據庫來管理,如ESRI的ArcSDE技術就是一個基于關系數據據庫的空間數據引擎,使用這種引擎可以將海量的地理數據存儲在關系數據庫中,如Oracle、SQL Server等,實現空間數據、屬性數據統一存儲、管理。屬性數據包括宗地權屬調查、宗地權利人信息及審批登記過程形成的過程數據,這些數據與宗地圖形之間存在從屬關系,通常根據地籍號作為主鍵(外鍵)關聯。另外,宗地在變更過程中會形成相應的歷史圖形數據和歷史屬性數據,這些數據存儲在歷史數據庫中,方便宗地的歷史查詢和歷史回溯。數據庫結構如圖3所示。

3 系統的主要功能模塊

根據東城區地籍管理的實際特點及業務范圍,將地籍管理信息系統主要劃分為數據交換、數據查詢、統計分析、宗地變更、專題圖制作、數據維護、權限管理七大模塊。

(1)數據交換:包括GeoDatabase要素類到CAD數據、Shape圖層到CAD、CAD到Shape及矢量數據到柵格數據的轉換,以方便不同數據源的融合。

(2)數據查詢:①屬性查詢:利用地籍號、權利人、權屬性質等作為條件查詢宗地、現宗地或者歷史宗地的信息;②空間查詢:根據圖形間存在的空間拓撲關系查詢,如查詢某宗地的所有界址點或界址線的信息等。

(3)統計分析:依據時間區間、屬性字段、空間范圍等作為分組統計條件,統計結果利用統計圖、報表等形式輸出,如根據時間的土地發證統計、根據區域范圍的宗地面積、圖形緩沖區的宗地查詢統計等。

(4)宗地變更:包括宗地圖形、屬性兩部分。宗地圖形編輯包括界址點增刪、宗地的添加、合并、刪除、分割等,宗地的屬性編輯包括對宗地權屬調查、權利人等信息的編輯維護。

(5)專題圖制作:利用地圖模板思想,定制生產專題圖,實現專題圖的打印輸出,主要專題圖包括宗地圖、街坊地籍圖、分幅地籍圖、土地利用分布圖等。

(6)數據維護:地籍系統中的數據具有嚴格拓撲、圖屬一致性關系,在完成數據編輯、數據入庫等操作后,需要重新檢查、構建特定關系,包括:①宗地疊加分析:檢查空間上存在疊加關系的宗地;②圖屬一致性分析:檢查圖屬不一致的宗地;③宗地拓撲分析:利用空間分析模型,檢查不符合拓撲要求的界址點、界址線和宗地,重構拓撲;④元數據維護:包括對空間數據庫的投影坐標系統、坐標范圍、表結構的維護;⑤數據字典維護。

(7)權限管理:地籍數據具有嚴格的保密性,為了最大限度的保證系統數據的安全性,將不同組織方式下各種類型的用戶按照用戶類型、用戶角色、使用目的等,對不同類型的用戶定義不同的角色,賦以不同的功能操作權限。采用授權保證訪問安全和數據安全。采用用戶分級管理,用戶名、密碼綁定等多種手段保證用戶安全。

4 主要技術探討

混合構架模式:系統在構架時,單純的利用B／S或C／S結構都很難滿足地籍管理業務的需要,采用C／S+B／S的混合結構可以取長補短,充分發揮C／S結構存取海量空間數據的效率和B／S結構的輕巧靈活性,真正實現遠程辦公,支持多用戶的同時處理和查詢,使系統的可用性大大提高[6]。

宗地變更及歷史回溯:宗地變更與歷史回溯是地籍管理的重要內容,它們之間存在必然聯系。為了便于宗地的歷史回溯,需要在數據庫中建立歷史宗地和現宗地地籍號對照表,宗地變更時首先把變更的現宗地和歷史宗地的地籍號存入對照表中,然后將歷史宗地信息存入宗地歷史庫中。在關系數據庫中創建觸發器,可以方便產生歷史宗地數據,保證數據的完整性、一致性。歷史回溯是在宗地變更的基礎上,根據地籍號去回溯宗地的歷史宗地。

建立合適的空間索引:對于矢量數據的管理,選擇合適的空間索引對于性能的優化是非常關鍵的,采用合適的空間索引可以提高空間數據的查詢效率。對于純點狀類型的要素類,使用一個網格層次,而且可以考慮增大格網大小。如果數據經常發生變化,調整空間索引會很困難,調整措施取決于空間數據的結構。

定期重新計算和重建ArcSDE的空間索引:根據ArcSDE的空間索引原理,空間索引和空間數據分布特點有著非常密切的關系。不斷的數據更新會導致空間數據的分布規律發生變化,而空間數據分布規律發生變化,則會導致原有的空間索引參數不符合空間數據的分布規律。因此,需要定期地檢查空間索引設置的合理性,及時重建空間索引,以保證空間數據查詢瀏覽的高速響應。

5 結論

傳統的地籍信息系統不能較好地解決地籍管理中大量的歷史數據問題。在北京市東城區地籍信息系統的研制中,在采納了其它地籍信息系統的一些成功經驗并加以修改和應用的基礎上,充分利用空間數據庫引擎(ArcSDE)在組織、存儲及處理空間數據方面的優勢,較好的解決了地籍管理中多源數據及海量數據的管理。

[1]黃照強,黃杏元.新一代土地資源信息系統的開發與設計研究[J].計算機應用研究,2003(1):113-115.

[2]廖一蘭,王亞華,孫在宏.基于GIS系統的土地利用數據建庫模型研究[J].農機化研究,2006(2):146-150.

[3]張自力,秦其明,董開發,等.基于 ArcSDE的空間數據庫設計與實現[J].微計算機信息,2007,23(11):40-42.

[4]張國慶,陳彥軍,田明中,等.基于GIS的撫州地籍管理信息系統設計研究[J].水土保持研究,2007,14(6):103-105.

[5]王 哲,田東林,黃 平.基于Arc／Info軟件平臺的城鎮地籍管理信息系統設計[J].測繪通報,2007(4):65-68.

[6]楊大兵,陳建平,王鳳,等.基于ArcSDE的土地空間數據庫設計與優化[J].勘察科學技術,2009(4):15-19.