基于時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型的地籍管理系統(tǒng)

方丹娜 譚玉婷 高睿

【摘 要】國(guó)土地籍管理形成的國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)，具有空間位置信息和時(shí)間屬性，文章采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，從概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理設(shè)計(jì)等方面探討了基于時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型的國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)支持地籍變更過(guò)程中各階段狀態(tài)記錄的查詢、統(tǒng)計(jì)、回溯和分析，實(shí)現(xiàn)了地籍?dāng)?shù)據(jù)的全生命周期管理。

【關(guān)鍵詞】時(shí)空過(guò)程;地籍對(duì)象;全生命周期管理;時(shí)空索引;分布式非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)

【中圖分類號(hào)】P273 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）02-0058-03

0 引言

國(guó)土資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本保障[1]，其中國(guó)土資源信息化建設(shè)顯得尤為重要[2]。國(guó)土地籍管理形成的國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)，具有空間位置信息和時(shí)間屬性，即對(duì)每一塊土地的變更時(shí)需要進(jìn)行準(zhǔn)確的描述和記載，涉及大量的空間數(shù)據(jù)，如紅線圖和宗地圖;同時(shí)必須強(qiáng)調(diào)歷史數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用，宗地歷史數(shù)據(jù)的回溯及土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等[3-4]。因此，地籍變更過(guò)程是一種典型的時(shí)空過(guò)程，對(duì)時(shí)間和空間具有高度的依賴性。

針對(duì)上述特征，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有業(yè)務(wù)實(shí)際情況，本文采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了以時(shí)空過(guò)程為基礎(chǔ)的國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)模型。在國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)模型中，概念層次以Entity Relationship（E-R）模型為基礎(chǔ)，將時(shí)間特征作為一種屬性信息加入到地籍對(duì)象中，實(shí)現(xiàn)地籍對(duì)象在時(shí)間維度的表達(dá);邏輯層次設(shè)計(jì)分為地籍空間實(shí)體（界址點(diǎn)、界址面與宗地）邏輯設(shè)計(jì)與地籍非空間實(shí)體（權(quán)屬人與土地證書）邏輯設(shè)計(jì);物理層次從對(duì)象、過(guò)程與事件出發(fā)進(jìn)行庫(kù)表設(shè)計(jì)。國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)模型可以表達(dá)地籍管理中的業(yè)務(wù)階段過(guò)程、土地對(duì)象、對(duì)象狀態(tài)及狀態(tài)數(shù)據(jù)間的層次性關(guān)系，通過(guò)各階段的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)支持各階段狀態(tài)記錄的查詢、統(tǒng)計(jì)、回溯和分析，實(shí)現(xiàn)了地籍?dāng)?shù)據(jù)的全生命周期管理[5-6];進(jìn)而以該模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，包括分布式存儲(chǔ)、高效時(shí)空索引、快速訪問(wèn)接口、動(dòng)態(tài)可視化、在線分析統(tǒng)計(jì)等功能。

1 地籍管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方案

1.1 國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

1.1.1 概念模型

地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的概念模型以E-R模型為基礎(chǔ)，將時(shí)間特征作為一種屬性信息加入到地籍對(duì)象中，實(shí)現(xiàn)地籍對(duì)象在時(shí)間維度的表達(dá)。在實(shí)際操作過(guò)程中，表現(xiàn)為給不同類型的地籍對(duì)象在地籍變更的各個(gè)階段增加起始時(shí)間和終止時(shí)間。地籍變化時(shí)空過(guò)程如圖1所示。

（1）地籍實(shí)體。從空間維度上看，按照是否具有空間屬性可以將地籍實(shí)體分為地籍空間實(shí)體和地籍非空間實(shí)體。地籍非空間實(shí)體僅包含地籍對(duì)象的基本特征，比如權(quán)屬人實(shí)體和土地登記實(shí)體等。地籍空間實(shí)體除了包含地籍對(duì)象的基本特征外，還包含空間信息，分為地籍點(diǎn)實(shí)體（界址點(diǎn)）、地籍線實(shí)體（界址線）和地籍面實(shí)體（街道、行政區(qū)等）。地籍實(shí)體E-R概念模型如圖2所示。

（2）地籍時(shí)空過(guò)程。時(shí)空過(guò)程是用來(lái)描述對(duì)象一段時(shí)間內(nèi)在時(shí)間維度與空間維度發(fā)生的演變，在時(shí)間維度上表現(xiàn)為先后順序或因果序列，在空間維度上表現(xiàn)為對(duì)象間關(guān)聯(lián)關(guān)系的變化，比如拓?fù)潢P(guān)系由“相鄰”變更為“相離”。而地籍時(shí)空過(guò)程則是描述地籍對(duì)象的時(shí)空演變，按照先后順序可以將地籍時(shí)空過(guò)程劃分為5個(gè)子過(guò)程，分別是預(yù)審過(guò)程、報(bào)批過(guò)程、征地過(guò)程、供地過(guò)程和登記過(guò)程，不同類型的子過(guò)程對(duì)應(yīng)不同的屬性信息[7]。地籍時(shí)空過(guò)程E-R概念模型如圖3所示。

（3）地籍事件。在對(duì)象的時(shí)空演變過(guò)程中，對(duì)象的特征、屬性會(huì)不斷地發(fā)生變化，引起這種變化的動(dòng)作或操作成為事件。地籍事件是描述引起地籍對(duì)象在地籍時(shí)空過(guò)程中發(fā)生變化的動(dòng)作或操作，例如宗地合并、宗地分割、用地性質(zhì)的改變等。地籍事件主要包括空間事件（如宗地合并/分割）、屬性事件（如用地性質(zhì)變更）及拓?fù)涫录ㄈ缃缰伏c(diǎn)變化）。地籍事件E-R概念模型如圖4所示。

1.1.2 邏輯模型

采用UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語(yǔ)言）描述地籍管理中的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，目的是表達(dá)土地衍化的業(yè)務(wù)階段（預(yù)審、報(bào)批、征地、供地和土地登記階段）、土地實(shí)體對(duì)象、對(duì)象狀態(tài)之間的關(guān)系，為地籍管理中的時(shí)空數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理提供一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示模型（如圖5所示）。

面向地籍的UML結(jié)構(gòu)模型描述了階段過(guò)程（Process）、土地對(duì)象（Object）、對(duì)象狀態(tài)（Object Status）及對(duì)象數(shù)據(jù)（Object Data）之間的層次關(guān)系。一個(gè)數(shù)據(jù)集包含多個(gè)階段過(guò)程，每個(gè)階段過(guò)程對(duì)應(yīng)著業(yè)務(wù)流程中的一個(gè)階段（預(yù)審、報(bào)批、征地、供地和土地登記階段）;一個(gè)階段過(guò)程涉及該階段的所有土地對(duì)象;而每個(gè)土地對(duì)象有一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，每個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)都涉及空間和屬性描述數(shù)據(jù)。

1.1.3 物理模型

物理模型從對(duì)象、過(guò)程與事件出發(fā)進(jìn)行庫(kù)表設(shè)計(jì)，涉及的庫(kù)表結(jié)構(gòu)及包含的屬性信息如圖6所示。

1.2 地籍管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖7所示。采用面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型，表達(dá)地籍管理中的業(yè)務(wù)階段過(guò)程、土地對(duì)象、對(duì)象狀態(tài)及狀態(tài)數(shù)據(jù)間的層次性關(guān)系?；诿嫦虻丶臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)分布式時(shí)空數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的方案，提供分布式時(shí)空數(shù)據(jù)的快速訪問(wèn)機(jī)制。同時(shí)，為地籍管理應(yīng)用提供基本的工具和功能，包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出、統(tǒng)計(jì)和可視化等功能。

1.2.2 訪問(wèn)接口

地籍管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式采用兩層C/S架構(gòu)，底層為分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，上層訪問(wèn)客戶端，訪問(wèn)接口庫(kù)位于客戶端程序與HBase數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)之間。訪問(wèn)接口庫(kù)基于HBase Thrift采用Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。訪問(wèn)接口庫(kù)以面向?qū)ο笮问竭M(jìn)行API封裝，對(duì)象通過(guò)接口、屬性、方法對(duì)外暴露具體操作功能。

1.2.3 系統(tǒng)展示

對(duì)于地籍管理系統(tǒng)中的時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)，以Web的形式直觀地顯示，能夠方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各類地理對(duì)象的觀察，掌握其空間和非空間屬性隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，表達(dá)地塊隨時(shí)間的變化過(guò)程。隨著時(shí)間的推移，地塊變更的過(guò)程如圖8所示。隨著征地事件、用地事件和土地登記事件的發(fā)生，地塊隨時(shí)間的變化而發(fā)生變化，包括分割、合并、出現(xiàn)、消失和屬性信息變更，直觀地呈現(xiàn)了地籍變更過(guò)程。

2 結(jié)論

本文通過(guò)深入分析國(guó)土業(yè)務(wù)邏輯，明確各業(yè)務(wù)對(duì)象的關(guān)系，設(shè)計(jì)國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)模型。在時(shí)空數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，建立國(guó)土資源管理中批、供、用、補(bǔ)、查的過(guò)程數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，突破業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相互獨(dú)立的局限性，將所有數(shù)據(jù)整合在一起，實(shí)現(xiàn)時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)高效地管理，同時(shí)結(jié)合南寧市國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)管理的需求開展了應(yīng)用試驗(yàn)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)土?xí)r空數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)化管理，支持國(guó)土業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全生命周期管理。

參 考 文 獻(xiàn)

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