基于过程时空数据模型的城市地籍信息组织方法

李 景 文，邹 文 娟，殷 敏，田 丽 亚

基于过程时空数据模型的城市地籍信息组织方法

李 景 文1，2，邹 文 娟1，2，殷 敏1，2，田 丽 亚3

（1.桂林理工大学测绘地理信息学院，广西 桂林 541004;2.广西空间信息与测绘重点实验室（桂林理工大学），广西 桂林 541004;3.湛江市规划勘测设计院，广东 湛江 524002）

以文献①中提出的基于过程的面向对象时空数据模型（POOSDM）为理论基础，将其应用于城市地籍信息管理系统中，以验证该模型的实践可行性。POOSDM是从时空语义建模的角度反映空间对象的演变过程，以及在这个过程中产生的事件因果联系，并且通过过程语义和面向对象思想的结合解决了时空动态数据的组织、存储和查询问题。通过分析城市地籍信息的时空变化特点，研究以POOSDM为基础的地籍地理实体对象化描述过程、相关定义和对象构建方法，探索城市地籍综合信息的组织方法和演变过程，为城市地籍时空数据管理提供新思路。

过程;数据模型;地籍;信息组织

随着城市信息化和“智慧城市”建设步伐的加快，城市地籍信息管理系统对城市地籍综合信息的变更因果关系和时空过程等动态管理提出了更高的要求。传统的地籍信息管理仅对地籍数据进行静态管理，未记录和管理宗地变更所经历的过程，只能对变化后的结果进行状态重现，不能实现基于时空变化语义的查询和分析。本文将基于过程的面向对象时空数据模型①李景文，邹文娟，田丽亚，等.基于过程的面向对象时空数据组织方法.测绘科学（待刊）.（Process-based Object-O-riented Spatial Data Model，POOSDM）和城市地籍综合信息相结合，探索动态地籍信息的组织方法，研究参与变化的地籍对象的时空过程及变化的因果联系和约束关系，以及基于时空变化语义的地籍综合信息的组织和存储方法，实现了地籍信息时间、空间和属性特征的统一表达和管理及在时间轴上的无缝描述。

1 基于过程的面向对象时空数据模型①

POOSDM是以面向对象方法为基础，结合事件与过程之间的相互关系，以及基于过程语义表达事件变化的内在联系，从而体现出地理事件之间的时空拓扑关系并解决在时空变化中对空间对象的查询、历史回溯、分析等问题。在POOSDM中，将在特定时间尺度下相邻两个状态间的地理实体用过程语义描述，并将地理实体抽象成空间对象，对空间对象的描述可采用组合的方式（图1）［1］。时空过程反映着对象状态变化的因果序列，空间对象是事件和过程作用的主体，某事件一发生，一个过程或若干个过程就随即启动，这样就可能有一个或多个对象参与到若干个变化过程中，达到质变后，事件便结束;过程操作引发了空间对象状态的改变，其中，可通过对象ID来记录与过程相关联的对象，在这些过程中，时空变化包括空间对象的属性变化、空间变化和拓扑变化。因此，时空过程实质上是一系列沿时间轴的空间对象的演变过程。

图1 空间对象构成Fig.1 The constitute of spatial objects

POOSDM是在分析时空数据模型的基础上，将过程语义和面向对象有机结合，探索了基于过程的时空语义描述方法和空间对象的演变过程，以及在这个过程中时空数据组织方法。其既记录和管理了空间对象变化经历的详细过程，又可以解决事件变更后的历史数据和现势数据的整合问题，从而对空间对象实现了基于时空变化语义的查询和分析。

2 基于POOSDM的地籍对象变更过程

2.1 地籍对象构成及其变化特点

通过利用面向对象方法对地籍要素进行抽象，将其属性、空间特征及行为动态等有关知识“封装”在对象结构中，每一类对象是独立封装的，具有唯一能确定自己是产生或消失的标识的概念实体，从而构成地籍对象。本文根据地籍对象是否含有图形信息将其分为地籍空间对象（除了含有属性信息还具有空间信息）和地籍非空间对象（仅含有属性信息）两大类［2］。地籍对象的体系结构如图2所示。

图2 地籍对象的体系结构Fig.2 The architecture of cadastral objects

在POOSDM中，空间对象的变化过程一般是从过去某一时间开始（产生），按照时间顺序发展（存在），直至消失（死亡）。因此，在地籍对象的产生、存在直至死亡这一生命历程中，其动态变更过程主要体现在土地分割、合并、新增以及土地用途或权利人的改变等方面。地籍对象随时间的变化特点可归纳为［3］：1）属性改变、空间信息不变，如土地复垦以及土地使用权转让等;2）属性信息不变、空间信息改变，如在原来宗地的基础上新增一块土地;3）属性和空间信息同时改变，主要包括土地分割、土地合并、土地灭失等。

尽管地籍对象变更过程繁杂，但是无论哪种变化，地籍对象的死亡与产生是一个相对状态，死亡对象的空间特性与产生对象的空间特性必须一致，才能保证地籍对象在时间轴上的无缝性。地籍对象产生、死亡和时间三者之间的关系如图3所示［4］。

图3 地籍对象产生、存在和死亡的关系Fig.3 The relationship of production，existence and death of cadastral objects

2.2 地籍变更时空过程描述

当一个或若干个地籍事件发生变化时，地籍变更过程和地籍对象之间的关系是很复杂的。本文根据参与变化的地籍对象的个数可将地籍事件分为4类：只有一个地籍对象发生变化，如某块宗地的分割事件;一个地籍对象发生了多个变化，如一块宗地发生了多次的新增和分割;多个地籍对象共同参与了一个变化过程，如原来若干块宗地合并成一块宗地事件;多个地籍对象参与了多个变化过程，如原来N块宗地经合并、分割操作后重新划分成新的M块宗地事件。图4为A市某区域包含宗地简单合并、分割、属性变更、新增宗地的系列变更事件［4］。

图4只是表达了该区域的地籍对象发生了5次状态变化及引起状态变化的相关事件，却难以描述地籍对象变化前后的时间关系和因果关系。本文以A市某区域的地籍对象为例，该区域地籍对象变更事件中发生的一系列过程如表1所示（其中EID为事件编号，Ename为事件名称，B＿OID为地籍对象变化前的标识号，A＿OID为地籍对象变化后的标识号，ST为事件开始时间，ET为事件结束时间，PID为地籍对象变化的过程编号）。

图4 A市某区域地籍信息的变更事件Fig.4 The change events of cadastral objects in some area of city A

由于地籍数据是由具有相同目标标识码的几何图形数据和属性数据对同一地籍对象的描述［5］，每次地籍变更事件都有其唯一事件标识EID、过程标识PID、变更前后参与变化的对象、生命周期及变更原因等特征。基于POOSDM的思想，对表1中变化的地籍数据采用面向对象方法存储，统一存放在Oracle Spatial对象—关系数据库中，且每个地籍对象都封装了独立的属性和行为，同时能独立完成一些操作，进而完成属性数据和空间数据的更新。因此，POOSDM对于每块宗地的变更，可以清楚地记录其时间、空间、属性及宗地变更过程，从而在历史宗地回溯时，可方便地查询宗地变化的时间、引起宗地变更的事件原因和详细过程等。

表1 A市某区域的地籍对象变更过程Table 1 The change processes of cadastral objects in some area of city A

3 基于POOSDM的地籍时空数据的组织

基于POOSDM的地籍时空数据组织过程主要包括：对已有地籍时空数据进行规范化，使不同来源、不同类型的地籍数据充分整合，实现逻辑一致性，同时对新数据按规范化要求采集［6］;基于POOSDM的建模要求，构建地籍空间对象（包括地籍变化状态对象、事件对象和过程对象）;根据数据库平台设计的要求，建立地籍变化空间数据库（图5）。

图5 地籍时空数据组织流程Fig.5 The organization flow chart of cadastral space-time data

在建立地籍变化空间数据库时，依据地籍时空数据在整个变化过程中所处的状态可以建立3个表达不同时态的地籍信息时空数据库：现状数据库、过程数据库和历史数据库（图6）。其中现状数据库主要存储事件和过程引起地籍对象变化后的最新状态数据;过程数据库是由事件和过程共同引起的变化前后地籍对象间的记录数据，主要存储对象各变化时段的空间和属性等数据;当变更过程结束后，事件按时态序列排列，变化前的状态则存入历史数据库。

图6 地籍时空数据存储的逻辑结构Fig.6 The logical construction of storing cadastral space-time data

基于POOSDM的地籍时空数据管理是将地籍实体按照模型的要求以空间对象的方式将地籍空间几何信息和属性信息统一存储到Oracle Spatial的SDO＿GEOMETRY字段中。通过对每个逻辑地籍对象建立现势表、历史表和事件表，并构建过程表将地籍对象的现状、历史及引起变化的事件联系起来，以实现地籍对象的变更记录和查询（图7）。

地籍对象的变更是沿时间轴进行的，并且变更事件和变更过程是以一定的时间尺度为前提，因此地籍对象的动态变化过程和时空关系要求将空间和时间要素联合表达，以便实现地籍数据的时空一体化存储。图7中将数据按地籍对象所处的状态划分到不同的时态表中，并标识每一对象的编码。该方法可以有效地表达地籍对象的时态变化，从而高效地管理地籍动态变化数据并实现对地籍数据的动态查询、时空分析和决策。

图7 基于POOSDM的地籍时空数据物理组织Fig.7 The physical organization chart of cadastral space-time data based on POOSDM

4 结论

本文将过程语义和面向对象方法有机结合，探讨了基于过程的面向对象时空数据模型（POOSDM）的描述、定义和对象组织方法，研究了基于POOSDM的地籍信息的组织方法和管理模式，该方法对地籍时空变更数据及时存储，并保存引起地籍对象变化的系列事件和过程，通过研究分析它们之间的内在必然联系，全面表达了地籍对象在其生命周期内每一刻的状况及其详细变更过程，实现了大量深层次的地籍信息分析功能，为智能地籍管理提供决策和空间支持。

［1］李景文.面向对象空间实体矢量模型及其应用研究［D］.北京：中国地质大学，2007.

［2］辜寄蓉，陈先伟，窦义红.地籍数据库对象－事件模型设计与实现［J］.地理与地理信息科学，2010，26（1）：44－47.

［3］黄照强，冯学智.房产地理信息系统时空数据组织研究［J］.遥感信息，2005（5）：52－56.

［4］李景文，傅玮佳，叶良松，等.基于对象的GIS时空数据模型设计方法［J］.地理与地理信息科学，2010，26（6）：11－14.

［5］沈陈华.地籍变更的时态数据结构模型研究［J］.南京师大学报（自然科学版），2000，23（2）：107－114.

［6］李景文，周文婷，赵福君，等.基于实体的空间数据模型在数字城市中的应用［J］.桂林工学院学报，2008，28（3）：358－362.

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

广西自然科学基金重点项目（桂科自2011GXNSFD018003）;广西科学研究与技术开发计划项目（桂科能0992030－1、10100018－2）

李景文（1971－），男，博士，教授，从事GIS理论和应用方面的研究。E－mail：lijw2008＠glite.edu.cn