基于ArcGIS的領域知識與規則庫管理系統的設計與實現

許林艷，張 洪

(云南國土資源職業學院，云南昆明 650091)

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基于ArcGIS的領域知識與規則庫管理系統的設計與實現

許林艷，張 洪

(云南國土資源職業學院，云南昆明 650091)

結合縣域農村集體土地確權登記項目和基本農田劃定項目在數據處理和建庫過程中的數據分析，總結空間數據和非空間數據的一般空間規則和領域知識，設計領域知識與規則庫。基于ArcGIS Add-ins插件開發和Geodatabase開發領域知識與規則庫管理系統，可動態實現對規則庫的可視化添加、修改、刪除，以圖層和關系表作為操作對象，靈活地添加規則。該系統可擴展為空間數據和非空間數據生產過程中成果的自動檢查，保證數據庫質量檢查過程的流程化和規范化，極大地提高檢查效率和準確度。

ArcGIS Add-ins；領域知識與規則庫；空間數據質量檢查；Geodatabase；GIS

近幾年，基于知識與規則的GIS數據檢查系統也逐漸應用于不同的空間數據建庫質量檢查，如農村集體土地所有權和使用權數據庫、基本農田劃定數據庫、土地利用現狀數據庫等質量檢查系統。這些系統以實現某一類空間數據庫的質量檢查為設計目標，不具有通用性。一種理想的方案是：建立統一的知識與規則庫，據此開發專門的數據檢查系統，完成數據的自動檢查[2]。筆者結合自己在云南省寧洱縣農村集體土地確權登記項目和大姚縣基本農田劃定項目數據處理和建庫過程中的實踐經驗，基于ArcGIS Add-ins插件開發和Geodatabase，以一體化解決不同領域、不同標準的空間數據質量檢查為出發點，按照建立通用的空間數據知識與規則體系思路，設計并實現了基于ArcGIS的領域知識與規則庫管理系統。

1 領域知識與規則的分類

空間數據領域知識與規則在數據質量檢查應用中，主要分為拓撲規則和屬性規則2類。拓撲關系是空間認知中最常用的空間信息，用節點、弧段和多邊形表示實體之間的鄰接、關聯、包含和連通關系[3]。在ArcGIS中定義了32種拓撲規則，對諸如點點重合、點線連接、線線相交、面面包含等進行限制，其從底層數據模型上定制對象之間的知識規則，用于控制地理實體的行為。而對于不同領域的空間數據，在這些拓撲規則的基礎上，不同的點、線、面空間對象因其空間屬性不同和表達要求不同，存在特殊的空間關系，比如：界址點必須與界址線和宗地重合，界址線與界址線之間必須有界址點，同一條界址線必須與2個宗地相鄰等。表1列出了ArcGIS中的部分拓撲規則，在這些拓撲規則基礎上，又產生多項專門領域的拓撲規則。

表1 ArcGIS中的拓撲規則與領域規則(部分)

屬性的質量控制包括描述空間數據本身性質的信息和描述空間數據的專題屬性信息，如屬性完整性、屬性項類型正確性等[4]。屬性規則可歸納為兩種情況：一是非空間數據表內屬性值的規則，比如某個字段值是否允許為空；二是表與表之間的邏輯關系，包括非空間數據之間的關系，以及非空間數據與空間數據屬性之間的關系。

2 系統的設計與實現

2.1 ArcGIS Add-ins開發 ArcGIS Add-ins開發是ArcGIS新的開發方式，更容易定制和擴展ArcGIS桌面應用，具有高效、便捷的特點。不同于ArcGIS Engine開發，使用ArcGIS Add-ins開發方式可以省去大量基礎功能實現的程序編寫工作，例如數據添加、數據編輯、屬性瀏覽等功能的實現，極大地提高了軟件的開發效率。另外，在領域知識與規則庫的基礎上進行數據質量檢查與修改，需要結合ArcGIS的很多操作功能，使用ArcGIS Add-ins開發會使操作更方便。

Add-ins工程配置文件Config.esriaddinx的XML文件中可添加交互類項和容器類項，比如Toolbars為容器類，Button為交互類。控件的具體實現方法可通過refID直接調用ArcGIS的COM接口，也可以調用自定義WinForm類，見圖1。

圖1 ArcGIS Add-ins工程XML文件示例Fig.1 Add-in project XML file example in ArcGIS

2.2 拓撲規則與屬性規則數據庫設計 采用ArcGIS的個人數據庫Geodatabase作為規則數據庫。Geodatabase 采用一種開放的結構將空間數據(包括矢量、柵格、影像、三維地形等)及其相關的屬性數據統一存放在工業標準的數據庫管理系統DBMS中，使用該數據庫可以同時操作空間數據(點、線、面矢量數據)和屬性表。

ArcGIS中拓撲規則的方法需要幾個參數，包括目標圖層、參考圖層、拓撲規則，屬性規則一般使用通用的SQL語句，其中較為復雜并常用的查詢在程序中先行設定，見表2。拓撲規則中定義的中文規則說明通過ArcGIS的esriTopologyRuleType枚舉關聯到對應規則方法，再調用GP工具創建ITopologyRule的實例并傳入參數。屬性的自定義規則使用SQL語句進行查詢。

表2 知識與規則表數據結構

2.3 系統實現 基于GIS的領域知識與規則管理系統主要功能模塊包括知識與規則管理、數據檢查、常用工具、幫助等。

2.3.1 知識與規則管理。該模塊能夠實現對規則庫的可視化添加、修改、刪除，見圖2?？梢愿鶕煌念I域空間數據庫自定義規則，在ArcGIS中添加要設置規則的圖層或者屬性表，可以只設置空間規則或者屬性規則，也可以同時設置兩者。在設置屬性規則時，可以通過修改SQL條件語句，創建不同圖層或屬性表，以及不同字段的模糊查詢條件。通過該模塊可實現拓撲規則與屬性規則的一體化管理，建立不同領域的知識與規則，最終形成統一的規則與知識庫。

2.3.2 數據檢查。該模塊是知識與規則庫的實例運用，按照待檢查的空間數據庫類型，選擇適當的知識與規則，按照數據質量檢查的要求設置流程。檢查結果錯誤列表能在ArcGIS進行空間定位查詢，并可使用ArcGIS的編輯工具進行修改。

2.3.3 常用工具。該模塊是在開展寧洱縣農村集體土地確權登記項目和大姚縣基本農田劃定項目數據建庫過程中編寫的較為通用的功能，例如橢球面積的計算、標識碼的生成等。

3 結語

實踐證明，基于ArcGIS的領域知識與規則庫管理系統在寧洱縣農村集體土地確權登記項目和大姚縣基本農田劃定項目建庫過程中得到了很好的應用，節省了人工成本，極大地提高了效率。利用ArcGIS作為開發平臺，通過對不同領域空間數據庫的知識與規則進行歸納和分類，從圖形拓撲關系、屬性、圖屬關系等方面建立統一的規則庫，并提供數據檢查的功能，具有較高的應用價值。

圖2 新建知識與規則界面Fig.2 New knowledge and rules interface

[1] 舒飛躍，閭國年，陸婧.土地管理空間數據知識與規則體系框架研究[J].測繪工程，2010，19(5)：6-10，14.

[2] 吳長彬，閭國年，舒飛躍.基于知識與規則的地籍數據質量檢查方法[J].地理與地理信息科學，2007，23(5)：22-25，30.

[3] 王履華，孫在宏，吳長彬，等.基于領域知識和規則庫的空間數據庫質量檢查：以土地集約利用評價數據庫為例[J].廣東農業科學，2013，40(4)：167-170，176.

[4] 徐啟恒，張新長，張興飛.GIS數據檢查與質量控制系統的設計與實現[J].測繪通報，2012(5)：38-40.

A Design and Realization of ArcGIS-based Domain Knowledge and Rule Base Management System

XU Lin-yan, ZHANG Hong

(Yunnan Land and Resources Vocational College, Kunming, Yunnan 650091)

This paper analyses the data captured during the course of data processing and database construction for county rural collective land ownership registration program and basic farmland use planning program, concludes the general spatial rules and domain knowledge between spatial and non-spatial data, and designs a domain knowledge and rule base. We develop a domain knowledge and rule base management system based on ArcGIS Add-ins and Geodatabase, a system make dynamic realization of rule base visual add-in, change and delete, and flexible operations on rules add-in for layers and relation tables. This system can be extended to automatically check the findings during the generations of spatial and non-spatial data, so as to ensure the flow and standardization of quality inspection, and greatly improve the inspection efficiency and accuracy.

ArcGIS Add-ins; Domain knowledge and rule base; Quality inspection of spatial data; Geodatabase; GIS領域知識(Domain Knowledge)是指一個專門領域重要的問題或概念以及這些問題和概念之間的相互關系[1]。基于知識與規則的GIS數據結構有別于傳統的GIS數據結構，它既包含知識表達，也有規則定義，其結構更復雜，但對復雜對象、復雜關系的定義更精確[2]。

云南省地質礦產勘查開發局科技創新基金項目“基于空間數據挖掘技術的數據質量檢查方法應用與研究”。

許林艷(1984- )，女，湖南長沙人，講師，碩士，從事土地資源管理、GIS應用研究。

2016-09-23

S 126

A

0517-6611(2016)33-0234-03