一种基于特征的宗地数据时空组织方法

王辉 ，李景文，傅毓

(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，广西桂林 541004)

1 引言

宗地是地籍信息的基本载体［1］。地籍管理主要是针对宗地权属的管理，尤其是在共用宗地的管理和土地归户卡管理方面经常有针对权利人的查询等操作。传统的地籍信息系统往往不重视权利人的研究，仅将权利人看作宗地的一个属性。当一个宗地被注销时，作为该宗地属性的权利人也将被丢失，但该权利人仍可能作为其他宗地的土地使用者存在，同样一个宗地的权利人也可能是一个或多个［2，3］，这样难就以解决宗地与权利人之间多对多的关系。本文将基于特征的时空数据组织方法应用于宗地时空数据管理中，通过分析宗地数据的时空变化特点，提出一种基于特征的宗地数据时空组织方法，该方法中将权利人等属性数据作为独立的特征实体存储，使其不会随宗地空间数据的消失而丢失，同时也避免了共用宗地中相同权利人信息的重复存储，减少了数据冗余，更好地实现宗地的权属管理。

2 基于特征的时空数据组织

基于特征的时空数据组织是一系列由相互间的拓扑关系和语义关系关联在一起的时态特征对象集。采用基于特征的概念模型和基于面向对象的物理与逻辑模型，通过抽象出来的特征对象来对地理实体对象进行显示、描述与表达。在时态和空间参考系统框架下，建立以特征对象为单位的特征属性(包括专题属性、空间属性和时态属性)、特征功能和特征关系等地理信息的全面有机表达，呈现给用户的是直观与简洁的地理特征。基于特征的时空数据组织方法如下图1所示。

图1 基于特征的时空数据组织

基于特征的时空数据组织方法是一种在较高抽象 层次上的数据组织方法［4］，具有较好的GIS认知观，同时也很好地解决了利用面向对象的原理与方法来定义和建立空间关系与非空间关系。特征GIS时空数据组织对地理现象的数字表示和空间描述更完备、更具有整体性，除了表达空间几何目标之间的拓扑关系外，还表达了特征之间的非拓扑和属性语义关系，而通常这些关系在传统的基于图层的GIS时空组织方法中被遗漏掉［5～7］。同时，面向对象方法及其抽象机制的应用，使基于特征的时空数据组织方法所表达的语义信息更加丰富，从而能够很好地表示复杂地理现象和实体［8］，有效地支持时空推理和时空分析，实现特征信息的一体化表达。

3 宗地数据的构成及变更过程

3.1 宗地数据的构成

宗地是地籍管理的基本空间单元，宗地的权属、地理位置、形状、土地利用与性质等通常是构成地籍管理的主要内容。宗地信息不是一直处于静态的，会随着时间改变而动态变化，如宗地的界线、附着物、宗地的使用者或使用性质和用途都可能随时发生改变。为了更好地实现地籍信息变更及历史查询，以便于能够较为准确地对未来一定时期内的土地利用进行预测，通常在地籍管理的基本信息中融入时态属性，因此宗地数据是时空数据。宗地数据的构成如图2所示。

图2 宗地数据的构成

传统的时空数据组织利用面向对象方法对宗地要素进行抽象，将其空间特征、属性特征以及行为状态等有关信息都封装在一个特定的对象结构中，每一类对象都独立封装，用唯一的ID号或者编码来独立地确定本身是产生或消失的状态。

宗地对象集空间信息、属性信息、时间信息于一体，其中空间信息包含宗地的地理坐标、形状、面积等;属性信息包含宗地的权属、土地证、土地登记卡等;时间信息则通过两个时间字段来标记起始时间和终止时间，以此来标识宗地数据的时间边界。

3.2 宗地数据的变更过程描述

宗地，是由权属界线围成的自然地块，同时还包括它上面的所有的附着物及有关该宗地权属及性质用途等方面的属性描述。宗地的这些相关信息都不是固定不变的，而可能随着时间的变化而变化，如宗地的界线、大小、形状、附着物、宗地的使用者和权利人或使用性质和用途都可能发生变化［3］。

本文主要以宗地的重要属性信息之一——权利人为例，说明随时时间要素的变化，宗地属性数据的变更过程。

在传统的GIS时空数据组织中，宗地空间信息通常被封装成一个独立的对象，可以独立地产生或者消失，而宗地权利人则作为属性赋给相应的空间信息，依附于其对应的空间信息而存在。当一个宗地随着时间的改变而被注销时，该宗地对应的权利人属性也随之消失，但该权利人仍可能作为其他宗地的土地使用者存在，一个宗地的权利人可能是一个或多个宗地的权利人，这样使得宗地对象和权利人之间多对多的关系难以解决。

图3 宗地对象时空变化过程

从图3中我们可以看出不同时段宗地随着时间变化逐渐演变的情况。每个宗地号代表一个宗地对象，该对象既包括宗地的空间数据，又包括权利人等一系列相关属性数据。宗地1从T1时刻至T2时刻的过程中消失了，其权利人属性也随之消失，但该权利人仍可能作为其他宗地(如3或4)的土地使用者而存在。宗地2从T2时刻至T3时刻分割成宗地5和宗地6，这时原宗地2的权利人属性要分别在宗地5和宗地6的对象中进行存储，这样将造成大量的数据冗余。

宗地管理主要是针对权属的管理，经常有针对权利人的查询等操作，尤其是在对共用宗的管理和制作权利人的土地归户卡方面更有必要。如果权利人等属性信息仍作为对应空间信息的附属信息存储，这样每次用户要对权利的相关详细信息进行查询时，每次都要先对该宗地的信息进行访问，增加了访问的响应时间。这些问题都表明在进行时空数据组织的过程中将权利人等属性信息抽象成一个个的独立对象进行单独存储是非常有必要的。

4 基于特征的宗地数据时空组织

4.1 基于特征的宗地数据时空组织

基于特征的宗地数据时空组织主要通过依次把对应每块宗地的空间信息抽象成一个个具体的空间特征对象，每个对象中封装该宗地的宗地号、地理坐标、形状、面积等相关空间数据。同时把各个权利人也抽象为对应的权利人特征对象，因此权利人不再是空间数据的附加属性信息，而是作为一个独立的特征对象存在。权利人除了是宗地的属性外，还有自身的属性，因此作为一个独立对象封装时，权利人除了具有自身的对象ID号，还包含权利人编码(权利人编码一般采用权利人个人或其法人代表的身份证号码来表示，因此是唯一的标识)、权利人基本信息(名称、通讯地址、邮编)、权利人对应宗地号(可以是一个或者多个)以及权利人信息生成的起始时间(Ts)和最近更新的时间(Te)等。权利人抽象为独立的特征对象其关系表如表1所示:

图4 基于特征的宗地数据时空组织架构

权利人特征对象 表1

权利人在宗地信息管理中既是土地的产权主体，又是土地登记时的申请客户。为了完成土地的产权管理，需要记录大量权利人相关的信息。权利人等属性信息都被抽象成具体的特征对象，这样即使某个宗地消失，其对应的权利人信息也不会随之消失，仍然可以作为独立的特征对象而存在。当某个权利人拥有多块宗地的使用权，也不需要在每块宗地中都记录该权利人属性信息，只需要在查询到该权利人的信息时直接调用该权利人特征对象即可，这样避免了大量的数据冗余。同时用户需要查询权利人所有的土地产权信息时，不用再调用整个宗地信息，只需直接调用用户感兴趣的权利人特征对象即可，方便用户进行查询操作，提高了宗地信息管理系统的响应速度。其组织架构如图4所示。

宗地数据是时空数据，因此在将宗地空间信息和属性信息都抽象成多个具体的特征对象后，对每个特征对象都赋予时间标记，包括起始时间(Ts)和终止时间(Te)。通过时间标记，将宗地数据所有变化都作完整的记录，如宗地的产生(start)和消亡(end)的时间、宗地存在时的空间位置关系(x、y、z)以及宗地在不同时刻(T1、T2、…Tn)的属性状态(S1、S2、…Sn)的变化情况。这样有利于维护宗地信息的现势性，实现时间上连续的、空间和属性上完整地继承，能够满足不同用户随时进行地籍变更调查等查询操作。

4.2 基于特征的宗地时空数据库

依据宗地数据在整个变化过程中所处的状态可以建立两个表达不同时态的宗地信息时空数据库:现状数据库和历史数据库。将数据按宗地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，如图5所示。

图5 宗地信息时空数据库

现状数据库主要存储宗地信息随时间变化引起宗地空间特征对象以及属性特征变化后的最新状态数据;当宗地变更过程结束后，按时态序列排列，变化前的状态则存入历史数据库中。宗地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，以便实现宗地数据的时空一体化存储。因为该数据库对每个特征对象都保存了时间标记，所以不需要再记录变化过程中的数据。如果要进行宗地信息变更查询，只需要根据时间标记，找到相关特征对象，将它们联系起来对比分析即可实现，这样不但为数据库存储减少了大量的冗余，而且可以有效地表达宗地对象的时态变化，从而高效地管理宗地动态变化数据并实现对宗地数据的动态查询、时空分析和决策。

宗地历史数据能完整地描述某一时间段的宗地权属和利用状况，记录宗地变化的全过程，为解决宗地权属纠纷、确定宗地产权等提供了准确的法律依据。同时通过对宗地现势数据和历史数据的对比分析，能够预测未来宗地利用需求趋势，为政府决策提供帮助。

5 结论

本文将基于特征的时空数据组织方法应用于宗地数据管理中，提出一种基于特征的宗地数据时空组织方法，利用基于特征的时空数据组织中把地理现象抽象为用户感兴趣的具体特征对象的思想，将宗地空间数据和属性数据分别抽象为独立的特征对象，并着重以宗地的重要属性——权利人为例，探论了如何有效地解决宗地与权利人之间多对多关系的问题，同时减少了不同宗地相同权利人属性信息的重复存储，减少了数据冗余。通过构建现势数据库和历史数据库，全面表达了宗地对象在其生命周期内每一刻的状况及其详细变更过程，为合理利用宗地资源、制定宗地利用总体规划等宏观决策提供空间支持。

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