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基于语义对象的地籍数据库设计方法探讨

2018-09-25 05:21

文档管理软件,文档管理系统,知识管理系统,档案管理系统的技术资料:
刘利1 王康弘2 钟耳顺2
(①北京师范大学资源与环境科学系 )
(②中科院地理信息产业发展中心 htpp://www.gischina.com)

[摘要]
语义对象模型与关系模型相比,具有更接近用户的优点。地籍信息系统中的对象既有空间对象,也有非空间对象,同时其具有很强的业务性。本文在分析语义对象的三种属性和七种不同语义对象的基础上,主要以地籍信息系统的数据库设计为例,探讨了利用语义对象模型进行以地理信息系统技术为基础的大型系统的系统分析和数据库设计方法。
[关键词]
语义对象模型 地籍信息系统 数据库设计
1.语义对象模型
语义对象模型和E-R模型一样,是用来文档化用户需求并建立数据模型的。语义的含义是“有意义的 ”。语义对象的建模方法是用来部分地对用户数据的含义建模的。和关系模型比较,语义对象模型着重考虑用户对数据的理解,不是将精力主要花在提供一致的、高效的数据库存储和检索所依赖的物理结构的设计上,而是以进一步提高关系数据模型的层次为出发点,尽量使用户从数据库的物理细节中脱离出来。能从模拟真实世界实体或数据库环境的角度进行相对独立的操作,以便设计出较为实用的数据库结构。
  语义对象模型中的语义对象是对用户工作环境中的某些可标识的事物的表示。语义对象的属性可以是单值的简单属性,可以是一组属性,还可以是一个对象。对象的每一个属性都具有最小基数和最大基数。最小基数是对象存在所必须的属性实例的数目,通常为0或1;最大基数是指对象的属性实例的最大数目,通常为1或N。
  语义对象包括简单对象、组合对象、复合对象、混合对象、关联对象、父子类型对象和版本对象七类。这些对象的分类主要是根据对象的属性类型以及对象之间的关系进行的。简单对象是指只包含简单属性的语义对象;组合对象和复合对象分别指至少包含了一个属性组或一个对象属性的对象;混合对象至少有一个属性组和对象属性;关联对象是关联两个(或多个)对象并存储这种关联关系数据的对象;父子类型对象之间具有继承关系。各种不同类型的对象在数据库设计过程中的表达方式不同,但都有各自的描述模式。比如,复合对象的关系可以有1对1、1对多或多对多三种情况,这三种情况的表示方法各不相同。1:1的关系只需将两个对象的关键字互置;1:N的关系将前者的关键字置于后者中;对于多对多的关系,应建立交叉关系对象。
  采用语义对象建模方法进行数据库设计的过程首先是根据用户常用的一些表格或文档资料,确定对象和其属性,再通过对象之间的相互关系分析进行对象归类,不同类型的对象模型具有不同的数据库设计方法和模式,在此基础上可进行数据库的设计。
2. 地籍信息系统的特点分析
  地籍信息系统是土地信息系统的重要组成部分,属于地理信息系统范畴,是地理信息系统技术在地籍管理中的应用。地籍信息系统是一个在计算机和现代技术支持下,以“宗地”为核心实体,实现地籍信息的输入、储存、检索、处理、综合分析、辅助决策以及结果输出的信息系统。
  地籍管理的功能较为复杂。主要的日常业务是进行各种土地登记,以确定宗地的权属关系。土地登记包括设定登记、变更登记、他项权利登记等。土地登记的过程需要对宗地的所有信息进行处理,包括宗地所在的空间位置、基本属性、宗地的权利人信息、宗地权属关系的变化信息等。此外,地籍管理还应该为土地利用、土地规划以及其他部门的应用提供帮助。因此,地籍信息系统是一个较为复杂的应用系统。
  地籍信息系统中,地籍数据具有显著的空间特征,丰富的属性,强烈的时态性。地籍数据也纷繁复杂,有地籍图、薄、册,各种档案甚至多媒体数据。要分析这些数据以及这些数据之间的相互关系,并非易事。要描述这些数据的时空动态变化,更是非常困难。因此,采用一种有效的系统和数据分析方法进行地籍信息数据库的设计很有必要。
  此外,地籍信息系统具有很强的业务性,因此要求系统分析建模方法必须既紧密结合业务分析,又能方便数据库模型的设计以及程序设计,传统的分析方法很难实现这些要求,而语义对象模型分析方法的出现,使得地籍信息系统的需求分析和系统分析具备了一个先进实用的工具。
3. 基于语义对象模型的地籍数据库设计
3.1 地籍管理常用业务资料信息内涵分析
地籍管理过程中涉及的表格有土地登记申请表、审批表、土地登记卡、土地归户卡、土地证书等等,其常见内容参见表1,其信息内涵的分析参见表2。由表1和表2可以看出,地籍管理中地籍专题信息涉及到权利人信息、宗地信息、土地权属关系信息(土地证书信息)等几类基本信息。
                    表1 地籍管理业务常见表及内容
土地使用权登记申请表的内容 土地使用者、通信地址、邮编、单位性质、主管部门、联系人、电话、土地登记类别、土地坐落、地号、权属性质、土地证书号、土地用途、土地使用权面积(独自使用权面积和共用分摊面积)、建筑面积、建筑容积率、建筑类型、建筑占地面积、建筑物密度、建筑物权属、家庭人口、标定地价等
土地使用权登记审批表的内容 土地使用者、地号、土地坐落、土地用途、权属性质、使用期限、图号、土地使用权面积(独自使用权面积和共用分摊面积)、土地等级、土地地价、建筑面积、建筑容积率、建筑类型、建筑占地面积、建筑物密度、建筑物权属等
土地登记卡的内容 地号、图号、宗地面积、用途、土地坐落、权属性质、权利人、单位性质、通讯地址、使用权类型、使用期限、家庭人口、土地证号、归户卡号、建筑面积、建筑容积率、建筑类型、建筑占地面积、建筑物密度、建筑物权属、土地等级、土地地价等
归户卡的内容 权利人、单位性质、通讯地址、邮编、序号、日期、地号、坐落、权属性质、用途、面积、经办人等
地籍调查表的内容 界址点号、界址点种类、界址间距、界址线类别、界址线位置、邻宗地的地籍号、指界人等

         表2 地籍管理中常见的用户表格及其信息内涵分析
表格类型名称 信息主体 核心信息内涵
土地登记卡 宗地 宗地基本信息;宗地的所有土地证书信息
归户卡 权利人 权利人基本信息;权利人的所有土地证书信息
土地证书 土地权属关系 权利人主体和宗地客体信息
地籍调查表 宗地 宗地的空间信息
土地登记审批表 土地权属关系 权利申请人基本信息;宗地基本信息;申请权属依据
宗地图 宗地 宗地图形信息;宗地四至关系
3.2 基本地籍对象
3.2.1 宗地和权利人对象
地籍管理的主要业务是进行土地的各项登记,弄清各宗地的权属关系。土地登记的客体就是宗地。宗地是进行地籍管理的基本单位。因此,宗地是最基本的语义对象。根据土地登记卡中对宗地登记的内容,可列出宗地语义对象的属性。(见图1)
  在宗地语义对象图中,宗地的地号是在地籍调查时确定的宗地的唯一编号,是宗地的对象标识。从表1的内容可以看出,宗地的属性包括的内容较多,如宗地坐落、宗地使用权面积、土地登记、宗地权属性质、宗地用途、宗地地价等。这些属性在土地登记申请表和土地登记审批表中都作为一个属性整体重复出现。因此,将这些属性当作属性组来管理,便于进行属性查询。把这些属性当作一个属性组而不是对象处理是因为这些数据只涉及宗地对象F,而不是其他对象的数据。一旦一宗地不存在了,其基本属性就不存在了。


              图1 宗地语义对象图       图2 权利人语义对象
  权利人属性是对象属性。权利人除了是宗地的属性外,还有自身的属性。在归户卡中,权利人还具有单位性质、通讯地址、邮编等基本属性,当一个宗地被注销时,作为该宗地的权利人也被注销。但该权利人仍可能作为其他宗地的土地使用者存在。因此,权利人是宗地的语义对象属性。一个宗地的权利人可能是一个或多个,权利人对象属性的下标应为1.N。 权利人对象及其属性见图2所示。权利人代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。由于宗地具有权利人属性,因此权利人也不可避免地具有宗地对象属性。原因是相关关系的产生总是双方的。因此,这两个属性总是成对出现,称为成对属性。
3.2.2 GIS中的图形对象
地籍信息系统中的宗地对象和其它对象(如权利人)的不同之处在于其具有显著的空间位置和范围,具有一定的几何形状。且在地籍管理中,对宗地图形的管理是一个非常重要的内容。宗地图形的确定需要精确地进行每一个界址的标定,宗地图形的任何改变,甚至是仅仅在原有形状基础上的界址点增加(宗地属性未发生变化),都会引起整个宗地的变化,需要该宗地的权利人进行变更登记,重新发证。因此,相对于宗地的属性来说,宗地的图形是相对独立的语义对象。
  宗地图形在土地登记卡中的内容主要是通过所在的“图号”来反映的。每一块宗地都对应了相应的图形。通过“图号”,可以对相应的图幅进行图形浏览、编辑和打印。 此外,将图形作为单独的对象处理是为地理信息系统技术所支持的。GIS中对图形的存储格式有多种,采用对象存储方式可以直接将宗地作为一个完整的几何要素,而不再是一系列点的坐标集合。图3中的FeatureID是宗地多边形图形的几何要素标识。

        图3 宗地图形语义对象图
3.2.3 复合交叉关系对象
由以上看出,对象数据和属性组数据的划分必须根据数据的语义,向用户咨询,弄清这个重复性的数据只是宗地的一部分还是依靠自身存在的事物。如果是前者,就是属性组,如果是后者,就是语义对象。
  宗地对象和权利人对象是包含了对象属性的复合对象。宗地和权利人之间的关系是M:N的关系。根据语义对象建模方法,这种复合对象的表示需要建立交叉关系对象(见图4),这种对象称为关联对象。这和M:N的实体关系描述有相似之处。

              图4 宗地 和权利人关系对象
3.3 其它地籍语义对象
地籍管理中,土地登记(包括设定登记、变更登记、他项权利登记、注销登记等)都需要经过登记申请、地籍调查、权属审核、登记发证几个阶段。
  其中,地籍调查是权属审核的依据,是整个登记过程的关键环节。地籍管理业务办理者在受理登记申请后,要向流程的其他部门发出地籍调查通知书(如下表3)
                        地籍调查通知书
__________________:
  根据你(或单位)提交的土地登记申请书,特定于 月 日 时到现场进行地籍调查,请你(单位或户主)届时派代表到现场确认界址。如属申请分割界址或自然变更界址的,请预先在变更的界址点处设立界址标志。
从表3可以看出,地籍调查的主要目的是确认界址并设立界标。地籍调查的结果需填写地籍调查界址确认表。界址确认表的内容见表1。内容主要是界址点及相应界址线位置的确定。因此,应建立界址点和界址线语义对象。界址点对象图见下图5,界址点图形是界址点的对象属性。界址线对象图见图6,界址线图形是界址线的对象属性。

                       图5 界址点对象图

                         图6 界址线对象图
  由于地籍调查的目的是为了确定申请办理的宗地的空间位置,界址点的确定实质上是确定宗地的位置。宗地和界址点之间的关系也是M:N的复合关系。三个或三个以上的界址点构成一个宗地,一个界址点可以是多个宗地的公共界址点。因此,宗地应作为界址点的一个对象属性,同样界址点应作为宗地的对象属性。此外,和宗地和权利人的关系一样,应建立宗地和界址点的关系对象。宗地对象和界址线对象的关系也同宗地与界址点的关系一样,是多对多的关系。一个宗地至少由三条界址线构成,一条界址线可能是几个相邻宗地的公  共界址线。因此,界址线和宗地应互为对象属性,其相互关系的描述也应通过建立宗地界址线的关系对象来解决。
界址线和界址点的关系是1:2或1:3的关系。通常,一条界址线由两个界址点构成。但当界址线为弧线时,界址点为三个,三点能确定一段圆弧。对于这种1:N的关系,即对象1包含多个对象2,而对象2只包含一个对象1的情况,语义对象模型将父对象的关键字置于子对象中。即将界址线作为界址点的对象属性(见图5)
4.设计类图
以上的地籍语义对象可以归结为类。类的结构图采用UML(通用建模语言)如下(见图7):
     
      图7 地籍信息系统类图
  需要说明的是,地籍信息系统的数据库不仅仅包括以上数据模型的内容,本文只是以地籍数据分析为例来说明如何利用语义对象模型来进行数据库设计,尤其是进行有关空间数据的数据库设计。
[小结]
  在进行以上地籍信息系统数据库设计的过程中,语义对象模型所关心的是对地籍信息(包括对空间信息)的理解和对宗地权属关系的静态和动态描述。采用这种方法进行数据库设计的特点在于紧扣业务分析,抓住突破口,顺理成章地进行分析,使设计出的数据库概念模型更接近用户,更符合系统的要求。按照以上的分析过程,可将基于语义对象模型的数据库设计的过程概括如下:
  (1)收集系统用户常用的一些文档、表格;
  (2)根据系统建设的主要目标、系统的基本功能以及文档、表格中的数据确定系统最基本的语义对象;
  (3)根据(1)步骤收集的文档和表格内容分析(2)步骤中确定的基本对象的各种属性,尤其是属性组和对象属性。如果基本对象是空间对象,一般应将图形作为单独的语义对象进行分析,按GIS技术进行处理。
  (4)将基本对象的对象属性作为一个单独的对象,根据用户资料的内容列出其属性;
  (5)分析确定对象的类型及对象之间的对应关系。根据七种不同的语义模型的不同描述方式,对所确定的对象和关系进行描述。
  (6)不断地进行用户调查,对以上的设计进行修改扩充,然后用UML划出类图。
[参考文献]
[1] 施伯乐译,数据库处理,电子工业出版社
[2] 何常松,地理信息分类体系在GIS语义数据模型设计中的作用,测绘通报,1988(8)