地籍变更中地块变化与增量更新的研究

发布时间：2016-05-03 16:17

第  1  章   绪   论

1.1  研究背景与意义
在人类社会发展的过程中，土地扮演着重要的角色。随着国家的飞速发展，土地作为一种重要的资源，也被大量开发与使用。但是，土地是不可再生资源，为了达到可持续发展的目的，在大量开发与使用土地的同时，就需要对土地进行科学而且合理的管理。这样，不但可以对耕地、湿地等重要的资源进行保护，还能为区域土地资源的可持续开发与利用、国民经济计划和宏观调控政策的制定，以及土地总体规划的编制提供现实依据。 我国以地籍管理系统对土地进行管理。地籍，是指由国家监管的，以土地权属为核心，以地块为基础的土地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用现状等土地基本信息的集合，用数据、表册和图件等形式表示，它是土地管理的基本内容，是合理调整土地关系、科学使用土地的基础，提供有关土地权利、用途或价值等信息。传统的地籍管理方式是以文件为载体，包括各种图、簿、册。图包括地籍图与宗地图，地籍图是由宗地图构成；而簿主要是指土地登记簿，其中包括土地登记卡；册是土地归户册，是由土地归户卡组成[1]。如今，随着地理信息系统、全球定位系统、测绘制图及遥感等现代技术的兴起与应用，对于土地的管理，又产生了新的要求：及时、准确地掌握土地资源的种类、分布以及数量、质量、变化趋势等现势性数据，建立一系列与土地利用、管理相关的数据库，使地籍管理模式由“图册并用”向“地籍信息系统”转变。 地籍数据库的建设是全国第二次土地调查重要的一环。但是，数据库的建成不是结束，而是开始，因为，及时对数据库进行更新，保持数据的现势性，才能满足我们对土地管理的需求。否则，便无法对土地的使用现状进行客观而有效的评价，也不能为宏观管理提供正确的依据，从而失去其实际意义。保持数据库现势性的重要性已显而易见，但由于数据种类繁多，数据量庞大，数据库整体更新、大量人工替换变更数据的传统工作方式，工作量大且效率低下，容易出错；固定期限式更新周期长；更新过程中，各对象间的拓扑关系以维护，更新前后数据属性存在逻辑错误等问题。因此，为地籍数据库更新寻找一种自动半自动化、智能化的方法显得尤为重要。这种方法，应既能够对作业人员的操作进行自动、快速、准确地识别，又能对相应图层进行及时准确地更新，同时，还能保证对其他相关图层的数据进行准确的联动更新，在整个过程中对各个目标之间的空间拓扑关系和属性关系进行有效的维护。 
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1.2  国内外研究现状
时空数据模型，国外已经发展出数十种。由 Armstrong 提出的快照模型要求保持当前状态，一旦对数据进行更新，便不再保存变化值[2]。Langran 提出的连续快照模型是一连串的连续时间快照集合，通过在全局空间状态上进行标注有效时间，不论空间特征发生变动与否都储存。这样，就形成了各时间段的数据备份，从而反映整体的时空特征[3]。基态修正模型由 Penquet 等人提出，该模型以时间的角度去考虑对象的变化，即以一时间段内不同时刻的变化量与基态进行叠加，以此来反映该时段的空间变化过程[4]。Langran 和 Chrisman 在多次快照叠加思想的基础上，提出了时空复合模型，该模型把多次叠加统一为一次叠加，将这样的变化进行累积而得到最小变化单元，由这些最小变化单元组成的图形和属性文件就能对时空特征进行比较好的表达[5]。Peuquet 和 Duan 针对时空中事件的发生和处理，提出了基于事件的时空数据模型[6]。Wilcox 等人提出了基于图论的时空数据模型，以此来描述空间对象在时间维度上发生的一连串变化[7]。Tryfona 和Jensen 等人则把对象的概念引入时空数据模型中，提出了面向对象的时空数据模型[8]。 拓扑模型，国外也有较多研究。Egenhofer 和 Franzosa 等人根据点集拓扑理论提出了四元组和九元组模型，以分解目标的方法，将空间对象分为内部、外部、边界分别进行求交运算，可以较好地表同维目标间的拓扑关系[9]。Clementini 和Difelice 等人以九元组模型为基础，把求交的取值由空与非空扩展为空集、0 维点、1 维线、2 维面，得到了基于维数扩展的 E9I 的模型，它比九元组模型可以更好地对目标对象间的相交关系进行表达[10]。Randell 和 Cohn 等人把区域连接理论进行了发展，重新定义了空间实体的基本关系，从而得到了基于空间逻辑的RCC 方法，该方法考虑对象间的整体性，因此，同前面所述模型不同的是它不需要分解对象，也就不需要对内部、外部和边界进行提取[11]。Osterom 等人提出，对空间实体进行隐式的组织与表达，即只存储空间实体的空间特征与时间特征，而不存储空间与时间关系，这种关系只在需要时计算出来即可[12]。 
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第 2 章   时空数据模型和拓扑关系模型

2.1  时空数据
在现实的地籍变更中，主要是对土地变化的调查处理工作，但于管理系统中却是对存储在数据库中与该变更土地相应的及相关的数据的处理。存储在数据库中的数据，需要合适的时空数据模型对其进行有效的表达，这样，一方面可以对数据进行有效地组织，另一方面，也利于对数据的逻辑一致性进行维护。所以，一个合理的时空数据模型，是数据能够正确进行变更的基础。在 GIS 的建模工作中，对时间、空间的表达是建模的基础工作，因此，在选择出一个恰当的模型之前，有必要对现有的模型进行分析。 在变更工作中，实际研究的对象是地理空间中的地理实体，它于空间中存在，于时间中发展变化，即地理时空。当前对于时空的观点有两种，一种是将时间作为度量工具，和空间、属性平行地看作地理实体的特征；另一种是将时间理解为事件序列的表现形式，时间特征则居于空间和属性特征之上，即空间和属性特征随着时间的发展而变化。
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2.2  时空数据模型

时空数据模型的研究已有近 20 年历史，国内学者对于时空模型的综述性文献，多参照国外的成果，其中尹章才和李全对时空数据的存储管理和语义表达，总结阐述了比较实用的 10 种时空数据模型。根据时空目标本身的情况，可将这些模型分为三类，详见表 2-1。本节将对这三类模型的特点进行总结，区别异同，进而从中选取一种适合地籍变更工作的模型。 侧重状态描述的时空数据模型中所说的“状态”是指描述地理现象的空间分布。该类模型是对 GIS 空间数据模型（矢量与栅格模型）的扩展，主要包括时空立方体模型（图 2-3）、快照序列模型（图 2-4），基态修正模型（图 2-5）和时空复合模型等，各模型说明见表 2-2。此类模型侧重于对目标状态本身的描述，时间是目标对象的一种属性，各变化通过累积的方法，以状态的方式呈现。在土地利用动态监测中，通常从不同时像的影像中提取土地利用的变化情况。因此，从遥感影像直接或间接提取的变化信息，多采用此类基于状态的时空模型表达和存储。但是，此类模型最大的缺点是无法表达时空对象关系和变化过程。 
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第 3 章   地块变化与联动规则的分析研究 ..... 22 
3.1  单一地块的变更类型分析........... 22 
3.2  基于 WID3 的单一地块变化类型判断....... 24 
3.3  实体联动变化的研究........... 29 
3.4  本章小结....... 33 
第 4 章   地块变更类型和数据库增量更新算法 ..... 34 
4.1  地块变更类型分析....... 34 
4.2  地块变化与相应的数据库对象变化的关系....... 39 
4.3  数据库增量更新算法设计........... 41 
4.4  本章小结....... 41 
第 5 章   验证系统的设计与实现 ..... 43
5.1  验证系统使用的环境、软件及数据库介绍....... 43 
5.1.1 visual studio  及 C#介绍..... 43 
5.1.2 MapX  控件和  Oracle  数据库介绍 .......... 43 
5.2  模拟地图的生成........... 44 
5.2.1  基于  Mapinfo  的模拟地图生成 ...... 44 
5.2.2  地图数据上传.... 47 
5.3  数据库访问的实现....... 47 
5.4  实验系统的总体设计........... 48 
5.5  地块变更的实现........... 49 
5.6  本章小结....... 50  

第 5 章   验证系统的设计与实现

5.1  验证系统使用的环境、软件及数据库介绍

Visual  Studio（简称  VS）是美国微软公司的开发工具包系列产品，它包括整个软件生命周期中所需的大部分工具，所编写的目标代码能够适用于微软支持的所有平台。VS 可以提供丰富的集成开发环境，用于创建面向 Windows、Android和 IOSR  出色的应用程序及现代化 Web 应用程序和云服务。丰富的集成开发环境，也为编程人员提供了更多的选择和便捷，使得编程人员可以很快地设计、定制出自己感兴趣的解决方案。 C#编程语言是由微软公司开发的、面向对象的于 NETFramework 之上的高级程序设计语言，它由  C、Java 和 C++衍生而来，兼有这三种语言的特点，，也有一些属性其自己的特征：安全、稳定、优雅的语法风格、简单的可视化操作及运行的高效率。使用集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment）能够非常有效的减短开发软件所用的时间，编程人员可以非常便捷的编写、运行、测试和调试  C#语言编写的程序。 MapX 是一款基于 ActiveX  技术的可编程控件，它为软件开发人员提供了一个能够方便、快速实现多种功能的地图化组件，在主流的可视化开发环境中，如 VisualBasic、Visual C++、Visual Studio、Delphi、Power Builder 等，在设计阶段只需要将 MapX 控件放入到窗体中，并编写程序、设置属性，调用相应事件或方法，便可以非常容易的实现空间数据的可视化，轻松完成多种地图功能，如对地图的显示；对地图放大、缩小、漫游、选择等；制作专题地图；进行图层控制；多种数据源访问；包含动态图层和用户绘图图层；能够生成和编辑地图对象；简单地理查询、地理编码等。 

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结   论

随着国家的飞速发展，土地作为一种重要的资源，过度的开发与使用与其不可再生特点之间的矛盾便突显了出来。对土地进行科学而且合理的管理，给我们提出了新的要求。在与土地相关的工作中，对地籍数据的维护是关键与重点工作，在社会快速发展的大背景下，自动半自动化的变更工作方式的重要性显得尤为突出。因此，根据实际工作中对地籍数据现势性的需要，论文深入地分析研究了时空数据模型、拓扑关系模型、地块变更类型和联动变化规则等重要理论，并通过验证系统对研究理论研究成果进行验证。论文研究的主要内容与成果有以下几点： 
①以对象－关系数据模型对地籍数据进行组织。地籍变更中由于地块有变更前与变更后两种状态，故而除了常规的空间、属性之外，还有对时间的要求。论文在分析常用时空数据模型，根据地籍数据库数据变更的的特点，通过对象－关系数据模型对地籍数据进行组织，该模型主要能将对象的时间特征存储在关系表的属性列中，实现对时空对象的表达，方便对历史数据进行查询，并且不会在变更过程中产生大量数据冗余；
 ②实现地块变更类型的自动判断。对于一个变更类型已知的地块，其存在变更前与变更后两种状态，以 WID3 方法判断二者之间的拓扑关系，得到一个 WID3值。这样，就可以该 WID3 值作为判断拓扑关系与变更类型关系的依据，从而实现地块变更类型的自动判断。为了让判断的结果更加科学与准确，又以双层分支结构模型对地块变更类型进行细划分，对以往的变更类型进行了补充与完善. 
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参考文献(略)

本文编号：41563