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文档简介

土地管理空间数据知识与规则体系框架研究舒飞跃1,2, 闾国年1,陆婧1(1.南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,江苏 南京 210046;2.江苏省国土资源信息中心,江苏 南京 210029)摘 要:研究目的:通过对空间数据的知识和规则归类,研究土地管理空间数据知识与规则体系框架模型,为解决土地管理空间数据的共享、应用探索一条可行途径。主要方法:借鉴知识工程的基于领域知识解决数据共享、软件重用等问题的理论与方法,采取比较研究的方法,对比研究 GIS一般领域和土地管理领域的知识与规则的相关理论,完成研究目标。研究结果:本文提出了新的空间数据分类方法以及空间数据知识和规则体系的一般框架和挖掘路线,建立了一个新的土地管理空间知识体系框架。研究结论:按照知识工程的理论技术,可以建立合理的土地管理空间数据知识和规则体系框架,为从数据层解决土地管理空间数据的共享、应用提供解决方案和实证。关键词:土地管理、空间数据、知识与规则、体系框架中图分类号: 文献标识码: 文章编号: Land Management Spatial Data systems Framework of knowledge and rules ResearchShu Fei Yue 1,2, Lu Guonian 1, Lu jin 1(1. Key laboratory of Virtual Geographic Environment of Ministry of Education,Nanjing Normal University, NanJing 210046,China; 2. JiangSu Province Land Resource Information Center,NanJing 210029,China)Abstract: Research objective: Through the knowledge and rules of spatial data classification, research knowledge and land management, spatial data framework model system of rules, in order to solve land management of spatial data sharing, application to explore a feasible way. Main method: Drawing on knowledge engineering based on domain knowledge to solve data sharing, software reuse and other issues of theory and method, take a more studied approach, comparative study of the general area of GIS and land management knowledge and rules related theories to complete the research objectives. Research results: This paper presents a new classification method of spatial data and spatial data systems of knowledge and rules of the general framework and mining routes, the establishment of a new framework for land management, spatial knowledge. Conclusion of the study: In accordance with the theory of knowledge engineering technology, to establish a rational land management, spatial data system framework of knowledge and rules, in order to solve land management from the data layer of spatial data sharing, applications solutions and empirical.Key words: Land Resource, Spatial Data, Knowledge and Rule, System Frame1. 引言知识(Knowledge)是人类在实践中所积累的认识和经验的总和。广义的理解,数据、信息、概念、规则、模式、规律和约束等是知识的表现形式。领域知识(Domain Knowledge)_收稿日期:2009-12-8 修稿日期:2009-12-28基金项目:国家863工程项目(2007AA12Z221)“基于中文文本的GIS空间操作关键技术研究”资助.作者简介:舒飞跃,男,1971年2月,博士,高级工程师,E - mail:指一个专门领域重要的问题或概念以及这些问题和概念之间的相互关系。土地管理领域知识(Land Manager Domain Knowledge)是指土地管理领域重要的问题或概念以及这些问题和概念之间的相互关系。土地管理领域的空间知识(Land Manager Domain Spatial Knowledge)是土地管理领域知识的重要组成部分,是土地管理领域的空间概念、问题以及这些空间概念、问题之间的相互关系。近年来,随着知识工程领域的理论与技术研究逐步成熟。获取领域知识,表示成计算机可以理解的形式,将其应用到软件的需求分析、模型设计、代码生成以及异构数据的集成与共享中,为解决软件工程中的需求分析不准确、不及时,软件开发效率低,重用性差,数据共享难等难题提供了一个可行的解决方案。土地管理业务类型复杂,政策性强,对数据的时效性要求高。多年来,各级国土资源管理部门,依据各种部门业务规范的指导,建立了各种土地管理子业务的专题GIS系统,如土地利用规划管理系统、地籍管理系统、基本农田保护系统、建设用地审批系统、建设用地动态监测监管系统等,形成了种类繁多的、海量的空间数据,这些数据格式不统一,隶属于不同地方的不同部门,成在许多信息孤岛,难以共享,难以维护。借鉴知识工程的技术,将土地管理空间知识应用到土地管理异构空间数据的集成和共享中去,分离空间数据与业务知识,降低空间对象与知识的耦合度,降低空间数据与管理软件的耦合度,为空间数据的准确性校验、规范性校验、空间关系校验、数据编辑、多尺度空间数据的融合、多时空空间数据的整合、异构空间数据整合等提供自动化的知识与规则驱动机制,将极大地提高土地管理空间数据的可共享度和维护效率,提高软件的重用性法。获取庞杂的土地管理业务规范,如土地调查条例、城镇地籍调查规程、土地利用现状调查地(市)级汇总技术规程、地籍测绘规范、城镇土地分等定级规程、基本农田保护条例、耕地后备资源调查与评价技术规程等,中包含的空间数据管理、操作与应用的知识和规则,进行不同类型土地管理空间数据的知识和规则归类,提出一个土地管理空间数据知识与规则体系框架模型,将有助于系统的、完整的管理和应用土地管理空间数据知识和规则,为从数据层解决土地管理空间数据的共享、应用提供了一条可行途径,为一体化解决不同领域、不同标准的空间数据的共享和应用提供一个完整的方案。2. 空间数据知识与规则体系的一般框架在GIS领域,空间数据由图形和不可分离的属性构成。由于领域特征信息对空间实例数据的绑定从而使得空间实例数据变成了某个领域的专题数据。根据应用特点和作用,空间数据具体分为基础空间数据、面向领域的基础空间数据、领域专题空间数据。非空间数据主要有领域业务数据,如建设用地审批数据等。如(图1)所示。图1 GIS领域数据的分类数据(包括空间与非空间数据)基础空间数据面向领域的基础空间数据领域专题空间数据领域业务数据领域空间数据领域数据基础空间数据指与具体的领域关联度低,主要用来描述地形、地貌、地物的要素及其附带的必要属性,如控制点、等高线等基础的地形图数据,一般由测绘管理部门管理。面向领域的基础空间数据指基础地形数据中,在领域业务要求下,与具体领域业务关联交紧密的基础地理数据,如土地利用现状图中的行政界线,城市管线图中的交通要素等,在这些专题图中如缺少了面向领域的基础空间数据,图面表示将缺乏完整性。领域专题空间数据是指具体领域的专有空间数据及其附带的必要属性,如城镇地籍数据中的宗地,土地利用现状图中的地类图斑,电力线路图中的输电线路等,这是领域业务管理的主要对象,是区别其他领域空间数据的主要特点。领域业务数据是指空间数据以外的,由领域管理等行为产生的数据,包括档案资料、审批结果等数据,这是领域MIS系统产生和管理的主要对象。通常一个领域的数据由面向领域的基础空间数据、领域专题空间数据和领域业务数据三个部分构成。领域知识与规则也存在于这三类数据及其管理和操作中。通过研究和挖掘领域知识和规则可以形成领域知识与规则体系框架和体系。获取不同领域的知识与规则体系可以形成跨领域的知识与规则体系框架,随着涉及的领域越来越多,将最终可以获取数字地球、数字中国、数字城市需要的知识与规则体系框架,领域空间数据知识与规则体系框架获取路线也是这样。如(图2)所示。行业1数据,如土地管理据行业2数据,如城市规划行业3数据,如房产管理领域1知识与规则领域2知识与规则领域2知识与规则知识与规则体系图2 知识与规则体系获取路线在GIS领域,领域知识与规则的获取主要针对领域空间数据。空间数据知识表达的主要内容是地理要素(点、线、面)之间的空间关系顺序关系、度量关系、拓扑关系。在空间数据中,客观地理对象抽象出来的点、线、面对象就是空间实例。广义的说,空间实例数据带有的知识和规则是领域知识。对象关系模型的空间数据管理技术中的空间数据对象可以与领域知识分离,如:对象关系模型的空间数据管理系统中,点都可以定义为点对象,而不区分领域知识,领域知识是反应在点对象附带的属性表和对应的驱动规则中,用于管理和应用点对象。在传统的层次模型的GIS中,空间实例数据和所附带的知识不能分离,领域知识是空间实例数据、知识和规则的总和。层次模型的GIS中,所针对的空间数据对象必须定义到具体的领域,如:点,在传统的测绘规范中,点一定会明确界定是一等三角控制点,还是界址点等等。如(图3)所示。 基于此,对象关系模型GIS中,空间实例数据可以统一的划分为点、线、面三类。点、线、面包含的知识分为知识和规则两类。知识用来说明是什么点、是什么线、是什么面。规则根据空间数据的采集、管理、操作、表示、整合、共享、分析、应用等的实际需要分为空间数据采集规则、空间数据检验规则、空间数据管理规则、空间数据操作规则、空间数据拼接规则、空间数据叠加规则、多尺度空间数据融合规则、多时空空间数据融合规则、异构空间数据转换规则、空间数据分析规则、空间数据表示规则、空间数据应用规则等。如(图4)所示。用户应用软件系统规则,如:一级界址点的最大中误差知识(事实性知识),如:一级界址点空间实例数据,如:点对象广义的知识(包括事实性知识和规则)GIS中的规则(专指规则)层次模型GIS中的知识(包括数据实例和知识)对象关系模型GIS中的知识图3空间知识与规则构造图空间数据采集规则主要包括各类测绘规范规定的空间数据采集过程中的要素取舍、描述方式等规则;管理规则主要包括空间数据的各类管理元数据;操作规则主要包括空间数据的浏览、编辑等规则;据检验规则主要包括空间数据准确性校验、规范性校验、空间关系校验等规则;拼接规则主要包括分幅、分块、跨带、跨地域等空间相同要素的连通性,完整性等拼接规则;叠加规则主要包括不同图层,不同领域专题数据的叠加与整合规则;多尺度空间数据融合规则主要包括不同比例尺、不同投影的空间数据的融合规则;多时空空间数据融合规则主要包括同一地区的不同时间、时刻的空间数据的融合规则;异构空间数据转换规则主要包括异构空间数据的转换规则;分析规则主要包括空间数据的地学分析应用规则;表示规则主要包括空间数据的可视化和地图表示规则;应用规则主要包括空间数据的共享应用规则。空 间 数 据点线面空间数据采集规则空间数据管理规则空间数据操作规则空间数据检验规则空间数据拼接规则多尺度空间数据融合规则多时空空间数据融合规则空间数据叠加规则空间数据分析规则空间数据表示规则空间数据应用规则异构空间数据转换规则规则事实性知识图4 对象关系模型GIS中空间数据知识与规则体系一般框架点附带的知识(包括行业特征信息、点名、坐标等)线附带的知识(包括行业特征信息、线名、长度等)面附带的知识(包括行业特征信息、面名、面积等)层次模型GIS中,知识必须和空间实例数据绑定,共同来说明是什么点、是什么线、是什么面。空间数据可以统一的划分为带附带领域特征知识的点、线、面三类。规则与对象关系模型GIS中一样,也分为空间数据采集规则、检验规则、管理规则、操作规则、拼接规则、叠加规则、多尺度空间数据融合规则、多时空空间数据融合规则、异构空间数据转换规则、分析规则、表示规则、应用规则等。如(图5)所示。空 间 数 据空间数据采集规则空间数据管理规则空间数据操作规则空间数据检验规则空间数据拼接规则多尺度空间数据融合规则多时空空间数据融合规则空间数据叠加规则空间数据分析规则空间数据表示规则空间数据应用规则异构空间数据转换规则规则图5层次模型GIS中空间数据知识与规则体系一般框架。点附带的知识(包括行业特征信息、点名、坐标等)线附带的知识(包括行业特征信息、线名、长度等)面附带的知识(包括行业特征信息、面名、面积等)3. 土地管理空间数据知识与规则体系框架土地管理空间数据包括1:500城镇地籍图、1:1万土地利用现状图、1:1万土地利用规划图、1:1万土地开发整理专项规划图、1:1万基本农田保护区图、1:1万建设用地项目图、1:1万土地开发整理项目图以及其他土地管理专题图形。土地管理空间数据体系中包括的地形空间数据、地籍空间数据、规划空间数据、土地利用空间数据等都是领域特征知识与数据本体绑定的结果。按照第二节中提出的数据分类方法,土地管理空间数据体系框架包括面向土地管理的基础地理空间数据和土地管理专题空间数据,如地籍空间数据、规划空间数据等。如(图6)所示。土地资源空间数据面向土地管理的基础空间数据土地管理专题空间数据地籍空间数据规划空间数据土地利用空间数据图6土地管理空间数据体系框架土地管理空间数据的知识与规则的研究与挖掘主要针对土地管理的各种空间数据。空间数据都可以抽象出点、线、面对象三类空间实例数据和领域特征知识,包括实例数据带有的事实性知识和规则。土地管理空间数据的知识与规则体系由土地管理空间实例数据、空间数据知识和数据驱动规则构成。在对象关系模型中,土地管理空间实例数据附带的知识和层次模型中与绑定的知识是区分空间数据类型的主要依据。因此,在GIS领域,土地管理空间数据的知识体系分类与空间数据体系分类完全一致。如(图7)土地管理空间数据知识体系框架所示,包括面向土地管理的基础地理、土地规划、城镇地籍、土地利用、土地分等定级、建设项目用地、开发复垦项目、基本农田保护等空间数据知识。土地管理空间数据知识体系土地规划空间数据知识城镇地籍空间数据知识面向土地资源的基础空间数据知识点附带的知识(包括行业特征信息、点名、坐标等)线附带的知识(包括行业特征信息、线名、长度等)面附带的知识(包括行业特征信息、面名、面积等)土地开发复垦整理项目空间数据知识建设项目用地空间数据知识农用土地等级与地价空间数据知识城镇土地等级与地价空间数据知识土地利用空间数据知识基本农田保护区数据空间知识图7 土地管理空间数据知识体系框架在各种类型土地管理空间数据的知识中,最基本的知识是描述点、线、面对象的类型的信息,如在城镇地籍空间数据中,界址点即权属界线走向的变化点、权属界线之内的交汇点。这就是描述点对象的一种事实性知识。界址线指土地所有权和使用权界线,包括已确定、未确定、有争议的村、农、牧、渔场界线、居民地外的厂矿、机关团体、部队、学校等企事业单位的土地所有权界和使用权界。这就是描述线对象的知识。宗地是被权属界址线所封闭的地块称为一宗地,包括所有权宗地和使用权宗地。一个地块内由几个土地使用者共同使用而其间又难以划清权属界线的也称为一宗地(共有宗)。这就是就是描述面对象的知识土地管理空间数据都可以抽象出点、线、面对象三类空间实例数据。在GIS系统中,土地管理空间数据抽象出的点、线、面对象通过附带的土地管理领域特征知识,主要是事实性知识区别于其他领域的点、线、面空间实例数据。土地管理空间实例数据的采集、管理、操作、表示、整合、共享、分析、应用等与其他领域的空间实例数据有共同点也有不同点。因此,土地管理空间数据本体的驱动规则也包括计算性规则、操作性规则和限制性规则等,具体可分为空间数据采集规则、检验规则、管理规则、操作规则、拼接规则、叠加规则、多尺度空间数据融合规则、多时空空间数据融合规则、异构空间数据转换规则、分析规则、表示规则、应用规则等。土地管理空间实例数据的驱动规则如(图8)所示数据的采集、管理、操作、表示、整合、共享、分析、应用等均包括通用规则和土地管理专业规则。土地管理领域规则与土地管理空间数据体系框架、土地管理空间数据知识体系框架相关联的。土地管理空间实例数据的空间数据采集规则、检验规则、管理规则、操作规则、拼接规则叠加规则、多尺度空间数据融合规则、多时空空间数据融合规则、异构空间数据转换规则、分析规则、表示规则、应用规则等包含的通用规则与基础地理空间数据的驱动规则基本一致。如土地管理空间数据的操作规则也包括空间数据的放大、缩小、平移、翻转等通用操作规则;土地管理空间数据的检查规则也包括空间线、面不能自身相交、本图层线和线之间必须不相交、本图层面和面之间必须不重叠等通用空间数据检查规则;土地管理空间数据叠加规则也包括本图层面必须不和其它图层的面相交、必须包含其它图层的面、边缘必须被其它图层的线覆盖等通用空间数据叠加规则;土地管理空间数据拼接规则也包括本图层面和面之间必须没有缝隙等通用空间数据拼接规则;土地管理空间数据分析也包括缓冲区分析、网络分析等通用空间数据分析规则。土地管理空间数据规则体系土地规划空间数据规则城镇地籍空间数据规则面向土地资源的基础空间数据规则土地开发整理项目空间数据规则建设项目用地空间数据规则农用土地等级与地价空间数据规则城镇土地等级与地价空间数据规则土地利用空间数据规则基本农田保护区数据空间规则空间数据采集规则空间数据管理规则空间数据操作规则空间数据检验规则空间数据拼接规则多尺度空间数据融合规则多时空空间数据融合规则空间数据叠加规则空间数据分析规则空间数据表示规则空间数据应用规则异构空间数据转换规则通用规则专业规则图8 土地管理空间数据规则体系框架土地管理空间实例数据的空间数据采集规则、检验规则、管理规则、操作规则、拼接规则、叠加规则、多尺度空间数据融合规则、多时空空间数据融合规则、异构空间数据转换规则、分析规则、表示规则、应用规则等包含的领域规则与其数据知识体系分类相对应。如城镇地籍空间数据的专业采集规则、检查规则就由对应的业务规范规定,具有特殊性。4. 小结本文通过借鉴知识工程和GIS领域的知识与规则的相关理论,理清了空间实例数据、知识和规则三者的关系,提出了新的空间数据分类方法,并基于此提出了空间数据知识和规则体系的一般框架和挖掘路线,结合土地管理空间数据的实际情况,提出了一个完整的土地管理空间知识体系框架和规则体系

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