（土壤学专业论文）基于掌上平台的农村地籍管理信息系统的研究.pdf

摘要 地籍管理是国家为取得地籍资料并全面研究土地的权属、自然和经济状况而采 取的项强制性的措施，是土地管理的基础性工作和立足之本。我国农村地籍管理 信息化程度普遍不高，已有的农村地籍管理信息系统存在一些不完善之处。掌上平 台的移动性及便携性，为地理信息系统的发展带来了新的契机目前国内外对地籍 管理信息系统和掌上平台的研究有了长足发展，但在两者结合方面的研究工作还较 少。本文结合农村地籍信息化建设和嵌入式开发技术，对基于掌上平台的农村地籍 管理信息系统进行研究与设计。取得了一些有意义的研究成果，主要有： l 农村地籍数据模型的建立 采用面向对象方法分析了农村地籍管理的数据模型，分别论述了空问数据和属 性数据的管理模型。在此基础上引入时间标记，建立时空数据模型以实现对地籍历 史信息的维护。 2 农村地籍数据库标准化 农村地籍数据库标准化对指导农村地籍信息化建设具有重要作用，同时可以使 农村地籍信息系统在标准的约束和规定下进行设计和开发已有的地籍相关标准多。 为为手工方法建库而制定的规程和技术规范，目前缺少农村地籍数据库标准。结合 农村地籍时空数据模型，参考地籍相关标准建立了农村地籍数据库标准，包括扩展 的农村地籍管理模式的规定、图斑号命名规则、农村地籍要素分类规则、属性数据。 结构规则等。 3 系统的设计 提出了基于掌上平台的农村地籍管理信息系统的目标，对系统进行了功能描述、 总体设计和模块划分。针对掌上平台的硬件特点，进行了农村地籍管理数据的部署 设计，引入细节层次模型并修正成为面向对象的离散层次模型来解决不同比例尺下 地图表达细节不同的要求，引入分块存储技术来优化数据组织。 4 系统的实现 选择掌上电脑( p o c k e tp c ) 和w i n d o wc e 作为系统运行平台，以湖北省公安县为 研究区，初步实现了基于掌上平台的公安县农村地籍管理信息系统，给出了关键功 能模块的实现和系统评价。系统包括系统管理、掌上g i s 等8 个功能模块，支持农村 地籍图、文，表、图形等多源数据的外业一体化采集，存储与管理；支持地籍数据 的图形与属性之间的双向查询；支持地籍数据的历史回溯处理和时空复合查询。 关键词：农村地籍管理地理信息系统掌上电脑嵌入式 摘要 a b s t r a c t c a d a s t r em a n a g e m e n ti sac o e r c i v em e a s u r et a k e nb yo u rc o u n t r yi no r d e rt og e tc a d a s t r e d a t aa n d i n v e s t i g a t el a n ds t a t u ss u c ha sa s c r i p t i o n ，n a t u r a la n d e c o n o m i c a lc o n d i t i o n s i ti s ab a s i cw o r kf o rl a n dm a n a g e m e n t h o w e v e r , t h em o d e r n i z a t i o no fo u rr u r a lc a d a s t r e m a n a g e m e n ti s n tg o o de n o u g h ，e v e ns o m ee s t a b l i s h e d r u r a lc a d a s t r em a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mh a v es o m ef a u l t i n e s s w i t ht h ea m b u l a n ta n dp o r t a b l ec h a r a c t e ro f p a l m s i z e dp e r s o n a lc o m p u t e r , t h ed e v e l o p m e n to fg i sw a ss p e e d e du p r e c e n t l y , t h e r e a r em a n ya c h i e v e m e n t si nt h es t u d yo fc a d a s t r em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ma n d p a l m - s i z e dp e r s o n a lc o m p u t e r , b u tf e wo f t h ei n t e g r a t i o no ft h e m t h i sa r t i c l ed o n es o m e r e s e a r c h e sa n dt r i e dt oe s t a b l i s hr u r a lc a d a s t r em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do n p a l m - s i z e dp e r s o n a lc o m p u t e r , u s i n gt h ec o m b i n a t i o no fc o u n t r yc a d a s t r ei n f o r m a t i o n c o n s t r u c t i o na n de m b e d d e dd e v e l o p i n gt e c h n o l o g y t h em a i nw o r k sa r ea sf o l l o w s ： 1e s t a b l i s h m e n to fr u r a lc a d a s i r ed a t am o d e l w i t ho b j e c t o r i e n t e dm e t h o d , r u r a lc a d a s t r ed a t am o d e li sd i s c u s s e d t h em a n a g e m e n t m o d e l so fs p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t i v ed a t aa r ed i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y t h et i m e - s i g nw e r e i n t r o d u c e di n t ot h ed a t am o d e l ，a n ds p a c e t i m ed a t am o d e lw a se s t a b l i s h e dt om a i n t a i n c a d a s t r eh i s t o r i c a li n f o r m a t i o n 2s t a n d a r d i z a t i o no fr u r a lc a d a s t r ed a t am o d e l s t a n d a r d i z a t i o no fr u r a lc a d a s t r ed a t am o d e lh a si m p o r t a n te f f e c to ns u p e r v i s i n gr u r a l c a d a s t r ei n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o n a n dc a na l s or e g u l a r i z et h ed e v e l o p m e n to fr u r a l c a d a s t r em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m m a n ye s t a b l i s h e de a d a s t r ec r i t e r i o n sa r e r e g u l a t e df o rh a n d m a d ee s t a b l i s h m e n to fd a t a b a s em o s t l ya n dr u r a lc a d a s t r ed a t a b a s e c r i t e r i o ni sa b s e n t t h i sa r t i c l ee s t a b l i s h e sr u r a lc a d a s t r ed a t a b a s ec r i t e r i o n sa c c o r d i n gt o s o m er e l a t e dc a d a s t r ec r i t e r i o n sa n dr u r a lc a d a s t r es p a c e t i m ed a t am o d e l i ti n c l u d e st h e r e g u l a t i o n so fe n l a r g e dm o d eo fr u r a lc a d a s t r em a n a g e m e n t ，d e n o m i n a t i o no fc a d a s t r e b l o c k , c l a s s i f i c a t i o no nr u r a lc a d a s t r ee l e m e n t s ，a n ds t r u c t u r eo fa t t r i b u t et a b l ea n ds oo n 3t h e a n a l y s i sa n dd e s i g no fs y s t e m t h ea i mo fr u r a lc a d a s t r em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do np a l m - s i z e dp e r s o n a l c o m p u t e ri sp o i n t e do u ta n df u n c t i o nd e s c r i p t i o n , h o l i s t i cd e s i g na n dm o d u l ep a r t i d o na r e a l s om a d e w i t ht h ea n a l y s i so fh a r d w a r ec h a r a c t e r i s t i co fp a l m - s i z e dp e r s o n a lc o m p u t e r , l e v e lo fd e t a i l ( l o d ) i si n t r o d u c e dt of i tt h en e e dt od i s p l a yd i f f e r e n th i e r a r c h i c a ld e t a i l s u n d e rd i f f e r e n ts c a l e sa n dd i v i s i o ns t o r a g et e c h n o l o g yi si m p o r tf o ro p t i m i z i n gt h ed a t a s t r u c t u r e l 兰查些奎兰堡圭兰壁垒奎：塑垄堡! 茎王兰兰! 鱼塑奎堑垫塑篁墨堡垦墨篓箜翌塞 4t h ee s t a b l i s h m e n to fs y s t e m t h es y s t e mb a s e do i lp a l m s i z e dp e r s o n a lc o m p u t e rw a se s t a b l i s h e dp r i m a r i l yw i t hp o c k e t p ca n dw i n d o wc ea so p e r a t i o n a lp l a t f o r ma n dg o n g - a nc o u n t yi nh u b e ip r o v i n c ea s r e s e a r c ha r e a t h em a i nf u n c t i o nm o d u l ea n d s y s t e me v a l u a t i o na l eg i v e n t h i ss y s t e m ， i n c l u d i n ge i g h tf u n c t i o nm o d u l es u c ha ss y s t e mm a n a g i n ga n dp a i m - s i z e dg i se t c ，c a n a c t u a l i z et h eg o a l sa si n t e g r a t e dg a t h e r i n g ，s t o r a g ea n dm a n a g e m e n to fm a p s ，f i l e s ，t a b l e s a n dp l o t so fm r a lc a d a s t r e s ，t w o - w a yq u e r yb e t w e e ng r a p h i c sa n da t t r i b u t e s ，a n dh i s t o r i c b a c k d a t ed i s p o s a la n d s p a c e - t i m ec o m p o s i t eq u e r y f u n c t i o no fc a d a s t r ed a t a k e yw o r d s ：r u r a lc a d a s t r em a n a g e m e n t , g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，p a l m - s i z e d p e r s o n a lc o m p u t e r , e m b e d d e ds y s t e m m 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 施 如需保密，解密时间年月 日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究蚴：躲彩玛 帆砂。乡年多月沙日 学位论文作者獬：鼢施新签名：豫e 舀旁 签名日期：年6 月b 日 签名日期：文峭厂年6 月二日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之同 第一章绪论 一 l 地籍及地籍管理概述 地籍是反映土地的位置、数量、质量、权属和用途等基本状况的簿籍，也称土 地的户籍，是土地的合法证明文件和档案材料。它是人们认识和运用土地的自然属 性、社会属性和经济属性的产物，是组织社会生产的客观需要。从信息学的角度来 看，地籍可定义为“为管理土地而系统收集的辖区内所有地块的信息”，地籍所提 供的信息资料是调整土地关系，合理组织土地利用的基本依据。 地籍管理是国家为取得地籍资料并全面研究土地的权属、自然和经济状况而采 取的一项强制性的措施。地籍管理的一项重要内容是：采用一套严密、合理、规范、 科学的管理体系，及时掌握土地数量和质量的动态变化规律，保持地籍资料的现势 性，并对土地利用类别和权属的变更进行监测( 葛吉奇，1 9 9 9 ) 。地籍管理是土地管 理的基础性工作和立足之本( 林增杰等，2 0 0 1 ) 。 地籍和地籍管理是不断发展和完善的。我国从上世纪8 0 年代开始农村地籍调查 ( 土地利用现状调查) ，9 0 年代开始城镇地籍调查；在全国分省区和市、县完成了土 地利用总体规划。经过这些全国性的土地资源调查，以及成立的各级土地管理机构， 形成了一套具有中国特色的土地管理体系。 我国自开展土地调查工作以来，在全国范围内先后进行了各地的土地利用现状 初始地籍调查，并在9 0 年代中后期开展了各地的变更地籍调查，建立了一批1 ：1 万 或l ：2 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 比例尺的土地利用现状数据库。目前从全国范围来看，局部地 区进行了农村地籍测绘，但其详细程度和精度与地籍调查的要求有很大的差距，大 部分集体土地尚未进行登记；随着近年经济的快速发展，土地利用现状发生了很大 变化，部分地区的土地利用现状基础图件陈旧，现势性不强；仍采用传统的数据更 新方法或手段，土地利用数据的现势性很难赶上土地利用的变化速度。 2 城乡一体化地籍的提出及存在的问题 目前我国城镇地籍管理的范围为建成区的国有土地，包括建制镇和独立工矿区， 数据成图比例尺大多为1 ；5 0 0 ，精度要求较高。而农村地籍管理主要针对土地利用 状况和集体土地权属状况进行管理，其数据成图比例尺一般为1 ：1 00 0 0 。人为地将 现实中一体的土地分成两个系统来管理，不符合从现实世界抽象出来的数据模型及 关系。 国土资源部在地籍工作“十五”计划纲要中明确指出，将地籍信息化和城乡地 籍一体化作为奋斗目标，同时颁布了新的城乡一体的土地分类标准，为城乡一体化 地籍管理做了初步准各。 第一章绪论 然而，要将两个管理对象和范围各不相同的系统进行合并，实现真正意义上的 城乡一体化地籍，至少需要解决以下几个方面的问题： ( 1 ) 城乡地籍管理语义差别。城乡地籍语义的共享要解决地籍数据层次上的共 享，也要解决语义层次上的问题，包括地籍认知问题及其逻辑描述问题( 陈常松和张 传霞，2 0 0 5 ) ： ( 2 ) 旧地类标准和城乡统一的新地类标准之间不统一。大部分新旧地类之间可以 找到明确的对应关系，但有部分旧地类需要进一步拆分、转换才能与新地类对应起 来。拆分、对应必须有统一的标准和规则才能进行，以保证新旧地类两个标准之间 的顺利交接； ( 3 ) 数据精度与调查比例尺不同。不同精度的数据如何实现融合，如何判定融合 之后数据的精度需要进一步理论的探讨和实践的施行。 ( 4 ) 地籍管理模式不同。现行城镇地籍管理模式按“县( | 市、区) 一街道( 区) 一街 坊一宗地( 权属单位) 一地块”组织管理数据，数据组织单元为街坊，宗地在街坊内 流水编号。农村地籍管理采用：“县( 市、区) 一乡( 镇) 一行政村一m 民小组) 一图斑” 模式组织数据，数据组织单元为行政村，图斑在小组或行政村内流水编号。如何统 一这两种管理模式是一体化地籍建设必须考虑的问题。 ( 5 ) 数据衔接问题。农村、城镇数据在覆盖范围上不可避免的存在有重复和间隙， 需要解决图形和属性的接边。 ( 6 ) 调查规程的不统一、调查进度不统一、管理特点不统一等。 国内已有许多学者进行了城乡地籍一体化的研究，并获得了一些成果。将城乡 地籍数据的管理统一到“县( 市、区) 一街道( 乡镇) 一街坊( 行政村) 一权属单位( 宗地) 一图斑( 地块) ”模式( 车学文，2 0 0 3 ) ；分析了城乡一体化地土地分类体系( 马建梅， 2 0 0 2 ) ；提出了实现城乡一体化地籍的目标和关键技术( 马刚和丁华，2 0 0 4 ) 。但这些 研究多从理论角度或管理层面进行了探讨，未提出具体的实施方法和完整的解决方 案。通过对土地基础数据库特性指标矩阵进行聚类分析发现，城镇地籍调查与土地 利用现状调查数据库相似性低，认为只有在统一调查规程体系的基础上，才有可能 真正实现城乡一体化地籍( 沈陈华和郜莉，2 0 0 4 ) 。 长期的城乡地籍分开管治形成的城乡两套地籍管理模式、两者自身存在的较大 差异、城乡一体化建设本身的复杂性、国土资源部相关标准制订的滞后，使地籍一 体化目前还处于前期研究阶段，仍缺少相关研究基础和实践支撑，完整的解决方案 还处于探索阶段，实现真正意义上的一体化还需要研究的推进和各方的努力和实践。 现阶段虽无法实现完全的城乡地籍一体化，但应该看到城乡一体化是地籍管理 的趋势和最终的解决途径。 3 我国地籍管理信息系统的研究现状 地籍管理信息系统是在计算机以及专门仪器的支持下，对地籍信息进行科学管 理和应用，并具有获取、输入、存贮、处理、统计、预测、分析输出、转换、传输 等多项信息处理功能的高技术系统。该系统是以计算机技术为核心，以信息传递、 信息处理技术为手段，以地籍管理、分等定级、登记与统计等工作提供的信息为信 息源，与地籍的图件、数据、文件，表册密切相关和快速的定量、定位、定时分析 处理为主要特征的大型系统工程。 我国地籍管理信息系统自上世纪八十年代起步，最早在城镇地籍调查、土地资 源调查等方法作了尝试性研究f 倪绍祥等，1 9 9 2 ) ；提出了土地资源微机管理系统的 软件结构和组成r 陆登槐，1 9 9 0 ) 。这一阶段软件系统研究成果还处于实验室研究阶 段，功能单一。 九十年代初，全国大规模城镇地籍调查和农村土地利用详查、土地利用更新调 查，城镇土地分等定级估价等工作展开，促进了对地籍管理信息系统建设的研究( 蒋 云良，2 0 0 0 ；汪华斌和袁艳斌，2 0 0 0 ) ；分析了土地管理业务体系特征，给出土地系 统设计的一般原则和软件系统的功能设计，并论述了土地信息系统的数据库种类和 构成( 蒋文彪等，1 9 9 5 ) ：论述了土地信息系统应按国家、省、市、县四个模式来建 设，并建议重点放在县级系统上( 寇有观和吴敏，1 9 9 8 ) ；对全国土地信息系统的总 1 一一 体目标、业务过程、数据分类作了详细论述( 寇有观和萧术，1 9 9 9 ) ；给出了地籍基 础数据采集编码方式( 郭志达等，1 9 9 3 ) 和地籍内业数据处理模式( 乔仰文等，1 9 9 4 ) 。 这一阶段推出了较多数字测图和野外机助测图系统、城镇地籍管理信息系统( 沈陈、 华，2 0 0 0 ) ，建成了一些县级土地信息系统( 刘光惠等，1 9 9 5 ：汪明字等，1 9 9 7 ) 。这 一阶段提出了土地信息系统的建设框架、讨论了单项土地信息系统的功能结构、数 据存储结构、数据处理方式。 九十年代后期至今，我国土地信息系统发展较快，但也暴露了一些问题：业务 系统软件划分不一；数据库平台繁杂交叉、可靠性差；不支持网络环境；选用地理 信息系统平台较多，缺乏数据共享，也无法与其他行业软件系统进行数据交换；数 据集成能力差，数据更新维护复杂且成本较高。这些问题引起了学术界的关注，有 关部门的规定以及土地管理行业主管部门的参与和积极活动，也为土地信息系统的 建设指明了方向。指出了土地信息系统并非是一个纯粹的技术系统，它是一个涉及 到管理科学和社会学等其他领域的业务系统( 查宗祥，1 9 9 7 ) ：讨论了国产地理信息 系统平台m a p g i s 在地籍历史数据库管理中的应用( 徐世武等，1 9 9 8 ) ；探讨tm a p i n f o p r o f e s s i o n a l 在农村土地利用详查建库中的应用( 马国春等，2 0 0 0 ) ；提出了基于局域， 分量、联邦模式的三级图文管理模式，初步解决异质图、文数据管理的问题( 陈军等， 1 9 9 8 ) ；也有许多关于空间与非空间一体存储以及面向整体对象数据模型在地籍信息 第一章绪论 系统中应用的研究：还讨论了网络环境下土地信息系统的设计和关键技术研究( 杨瑾 等，2 0 0 2 ；王康弘和刘利，2 0 0 5 ) 。这一阶段，地籍信息系统中重要的时态数据模型 得到了广泛的讨论，同时业务软件系统与办公系统开始结合。 4 开发基于掌上平台的农村地籍管理信息的意义 4 1 农村地籍管理信息化的建设现状 我国农村地籍管理信息化程度普遍不高，一方面，很少有专门针对农村地籍管 理的业务模型而建立的地籍管理信息系统；另一方面，较少见到完整的农村地籍信 息化建设解决方案。已有的农村地籍管理信息系统在以下方面不够完善： ( 1 ) 仍使用原有土地分类或者系统扩展性不足，与其他系统共享数据困难。 ( 2 ) 存在着数据二次录入的问题，数据采集和更新一般都是在野外调绘地籍草图 然后转入内业处理，经过数字化进入系统。只能作为地籍数据存储、管理的平台， 无法进行实时、一体化地籍数据采集。在现场确权等业务事务发生时需要事先将地 籍输出到纸质图纸上再在现场进行指界等处理。 ( 3 ) 系统不支持地籍数据的历史回溯处理，只能静态地处理现势地籍数据，无法 维护变更信息和时间信息。 ( 4 ) 一般在p c 平台上开发，选用商用g i s ( g e o p r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信 息系统，简称o i s ) 和数据库平台，硬软件整体价格较为昂贵，无法广泛在农村推广。 4 2 掌上平台的特点及发展状况 掌上电脑是一种比笔记本电脑还要小得多的手持式电脑。掌上电脑在早期一般 作为电子笔记本处理日常简单业务，或是传递电子信息，而目前不再是只具有电子 记事本单一功能，而是兼有计算、网络、传真、电话等多种功能，具有较为强大的 信息处理能力的设备。 近年来，随着计算机硬件制造技术的发展，包括个人数字助理p d a ( p e r s o n a l d j i g i t a la s s i s t a n t ) 和手持个人计算机i - n c ( h a n dp e r s o n a lc o m p u t e r ) 在内的新的掌上电 脑产品相继上市，这些产品由于价格低、携带方便、操作简单易用等优点，应用领 域越来越广。 目前的掌上电脑产品因其功能、大小、针对的应用、生产厂家及型号的不同有 着各种叫法，如个人数字助理p d a ，p a l mp c ，h a n dp c ( 简称h p c i ，p o c k e t p c 、 手持设备、手持电脑、袖珍电脑等等，功能电脑的概念也开始见诸报端。在本文中， 把所有具有通用操作系统的手持型设备统称为掌上电脑。 掌上平台是一个软硬件一体的概念，它包括掌上电脑和运行于掌上电脑上的操 作系统，并将其视为一个整体看待。且前掌上电脑硬件平台主要有p a l m 和p o c k e tp c 等，相应的操作系统主要有3 c o m 公司的p a l mo s 和微软公司的w i n d o w sc e 。3 c o m 公司的p a l mo s 在国外非常流行，但在国i 为w i n d o w sc e 占据了主要市场。 4 3 开发基于掌上平台的地籍信息系统的可行性 随着集成电路和微型芯片技术的飞速发展，掌上电脑的硬件处理能力越来越强 大，已经具有相当的运算能力和存储能力。 ( 1 ) 掌上电脑有比较大的r o m ( r e a do n l ym e m o r y ，只读存储器，简称r o m ) 和 r a m ( r a n d o ma c c e s sm e m o r y ，随机存取存储器，简称r a m ) 用于存放操作系统和应 用程序以及数据，目前主流掌上电脑的r o m 达到了6 4 m b ，r a m 达到1 2 8 m b ； ( 2 ) 掌上电脑具有比较大的显示屏幕，可以清晰地显示灰度或彩色图形； ( 3 ) 掌上电脑电池的供电时间比较长，一般可以达到十几小时到一周； ( 4 ) 运行于掌上电脑上的通用操作系统已发展成熟( 如w i n d o w sc e 等) ，使用方法 和台式计算机类似，甚至比台式机更简便易用，用户可以很方便的学习。 ( 5 ) 开发环境标准。除极个别指令和特定的c p u ( c e n t r a lp r o c e s s i n gu n i t ，中央处 理器，简称c p m 外，与台式计算机几乎没有差别，因此可以做到软件资源最大限度 的共享 ( 6 ) 掌上电脑价格比较便宜，一般只相当于普通笔记本电脑的1 1 0 或1 5 ，比较容 易被接受。 从上面列出的特点我们可以看出，利用掌上电脑开发农村地籍管理信息系统， 是集电子手薄和笔记本电脑优点为一身的新型系统。该系统将具有价格低廉、便于 携带、易于掌握、方便工作以及提高工作效率等特点。 当前掌上电脑已开始应用于地籍测量、地籍建库等领域，许多学者进行一些研 究，指出掌上电脑是地籍野外数据采集的有效途径( 马俊海等，2 0 0 1 ) ，提出了一种- 。 基于p d a 的测量数据采集系统的设计思想( 黄轶和龚丽芳，2 0 0 3 ) ，探讨了p d a 上实 现地籍管理信息系统的功能模块划分及开发平台与关键技术侗立，2 0 0 , ) 。这些研 究成果从理论和实践角度都证明了建立基于掌上电脑的农村地籍管理信息系统实现 是一种可行的方案。 4 4 本文的研究内容 随着经济建设的飞速发展，城市规模不断扩大，每年都有一定数量的农用地转 为建设用地，同时由于土地整理的实拖使得原属建设用地的村庄、废弃的独立工矿 变成良田，城乡间土地流转大大加快。同时，各地因土地权属而发生的纠纷日益增 多，建设社会主义新农村、构建和谐社会，离不开农村地籍管理工作的保障。农村 地籍管理的现状和重任需要实用化、拥有较完整解决能力，能实现一体化数据采集 和历史回溯处理、信息共享程度高、界面友好、操作方便的地籍管理信息系统，同 时还要求系统成本低廉，易于推广。 第一章绪论 掌上平台的移动性及便携性，为地理信息系统的发展带来了新的契机f 余涛等， 2 0 0 1 ) 。目前国内外对地籍管理信息系统和掌上平台的研究有了长足发展，但在两者 结合方面的研究工作还较少。本文结合农村地籍信息化建设和嵌入式开发技术，对 基于掌上平台的农村地籍管理信息系统进行研究与设计。该系统将具有价格低廉、 便于携带、易于掌握、方便工作等特点，实现一体化数据采集和地籍历史信息回溯 处理，提高地籍信息共享程度。主要研究内容包括：分析农村地籍管理的业务特征， 建立一种可以维护农村地籍空问信息，属性信息和时间信息三种要素的农村地籍管 理数据模型；结合农村地籍管理数据模型，参考地籍相关标准和数字国土相关标准， 建立农村地籍数据库标准；在地籍数据模型和数据库标准的支持下进行系统功能描 述，进行系统总体设计和模块划分；针对掌上平台的硬件特点，引入细节层次模型 和分块存储技术进行农村地籍管理数据的部署设计；选择掌上电脑( p o c k e tp c ) 作为 开发平台，以湖北省公安县为研究区，实现一个较完整的基于掌上平台的农村地籍 管理信息系统。 第二章理论与方法 l 地理信息系统与地籍管理信息系统 1 1 地理信息系统概述 地理信息系统( g i n ) 是在计算机软硬件的支持下，具有多层次数据结构，多功能 综合分析能力的空间信息系统；是能够对有关空间数据按地理坐标或空间位置进行 预处理、输入、存储、查询、检索、运算、分析、更新和提供应用、研究和处理各 种空间实体和空间关系的技术系统( 陈述彭，1 9 9 1 ) 。g i s 是建立在地球科学和信息 科学基础之上的边缘学科，它是集地理学、制图学、数据库技术等学科和技术为一 体的综合性技术学科体系( 龚健雅，2 0 0 1 ) 。一个实用的g i s ，支持对空间数据的采 集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其基本构成一般包括以下5 个主要部 分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型( 黄杏元等，2 0 0 i ) 。 1 2 地籍管理信息系统概述 地籍管理信息系统是地理信息系统在地籍管理专业上的一个应用，是一个在计 算机和现代信息技术支持下，实现地籍信息的输入、贮存、检索、处理、综合分析、 辅助决策以及结果输出的信息系统。借助这种信息系统可以保证地籍信息的管理工 作高效、持久、和谐的运转。地籍信息系统同时还为土地规划管理的现代化提供坚 实的数据基础和优质高效的技术保障，是实现土地现代化管理的先进技术手段( 王万 茂，2 0 0 0 ) 。国外把地籍信息系统( c i s ) 分为三个部分组成：空间信息、图像信息和 文字信息。 地籍管理信息系统应是一个拓扑型的空间信息系统，除包括图形、属性数据的 输入、编辑、显示、增删、统计及输出等基本内容之外，还包括查询功能和空间分 析功能( 叶公强，2 0 0 2 ) 。 2 掌上平台与嵌入式g i s 掌上平台是一个软硬件一体的概念，它包括掌上电脑和运行于掌上电脑上的操 作系统，并将其视为一个整体看待。嵌入式系统一般指非桌面计算机系统，是指结 合微处理器或微控制器的系统电路与其专属软件，掌上平台是嵌入式系统的一种。 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可载剪，适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的微型专用计算机系统。 嵌入式g i s 可以理解为运行于嵌入式设备上运行的g i s ，也可以看作是嵌入式 系统在空间信息中的一种应用它是把一个优化的g i s 数据引擎嵌入到小型移动设 备上，占用内存非常小，但具有很强的数据分析和显示表达功能，可以使用空间点 第二章理论与方法 击以及s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ，结构化查询语言，简称s q l ) 进行数据检索 与查询。嵌入式g i s 软件由于其平台的特殊性，使得嵌入式g i s 软件的特征与普通 的g i s 软件相比有着明显不同：嵌入式g i s 软件要求固态化存储、软件代码的高质 量和高可靠性、系统的高实时性等。目前，嵌入式g i s 仍处于研究阶段。国外比较 成熟的嵌入式g i s 系统有e s r i 公司的a r c p a d 、m a p i n f o 公司的嵌入式g i s 控件 m a p xm o b i l e 等( 张时煌和方裕，2 0 0 1 ) ；在国内，近几年从事嵌入式g i s 研究和开 发的人员逐渐增多，研究的成果也相应增加，但各种嵌入式g i s 与其它相关技术的 集成化程度不高，其应用领域也仍然局限于野外数据采集等 信息技术日新月异的发展，使嵌入式g i s 研制和应用需要的各种设备和相关技 术日渐成熟和完善。各种掌上电脑产品的推出，嵌入式操作系统的快速发展，微型 嵌入式技术、卫星定位技术、无线通信、卫星通信技术的日趋成熟并进入实用化阶 段，使嵌入式g i s 的设计与实用化所要求的设备及关键技术已经得到了解决f 李德 仁和李清泉，2 0 0 1 ) 。 3 地籍信息标准化 进入2 1 世纪，我国将实现国家信息化纳入国民经济发展计划，提出了统一标 准、共建共享的方针。标准化已渗透到经济、技术和科学的各个领域，对生产的发 展和社会进步都起着非常重要的作用。标准化和规范化是反映一个国家经济发展和 科技进步的重要标志，生产越发展，社会越进步，人们越离不开标准化。 标准和标准化的内涵和外延是随着社会历史和人类认识的发展而变化的。 g b t 1 1 2 0 0 0 对标准的最新定义是：标准是为在一定的范围内获得最佳，对活动或 其结果规定共同和重复使用的规则、导则或特性的文件，该文件经协商一致制定并 经一个公认机构批准。标准应以科学技术和经验的综合成果为基础，以获得最佳的 社会效果为目的。i s 叩e c 对标准化的最新定义为：标准化为在一定范围内获 得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同和重复使用的规则活动。 标准是信息的核心，随着我国地籍信息化建设的不断发展，建立一套普遍适用 的地籍信息化标准已是当前必须解决的问题。要实现系统的多用途和业务化，就必 须提高信息的共享程度，而信息标准化是实现数据共享的前提。地理信息标准化是 在g i s 应用实践中对重复性事物和概念通过制定、发布和实施标准，达到统一，以 获得最佳秩序和社会效益的手段。地籍信息标准化就是为确保地籍信息资源共享与 交换，而制定、发布、实施一系列相互配套的标准、规范和约定的过程。为了保证 地籍信息化建设的顺利进行，实现地籍信息的共享和信息服务社会化，必须加强地 籍信息化标准建设。它是国土资源信息化标准体系建设的重要组成部分，也是落实 国土资源信息化“统一规划、统一标准、信息共享”建设方针的主要前提。 【华中农业大学硕士学位论文：姚光强1 基于掌上平台的农村地籍管理信星墨堑堕婴寥 4 数据模型 4 1g i s 数据模型 g i s 中数据包括空间数据和非空间的属性数据。空间数据用来确定图形特征的 位置，是以地球表面空间位置为参照的。空间数据包含标识地理实体的空间位置和 实体间拓扑关系两个方面的信息。非空间的属性数据是与空间位置无关的属性，它 是与地理实体相联系的地理变量或地理意义。属性数据包括定性和定量两种。定性 数据包括名称、类型特征等，如地籍管理中土地利用类型、行政区名称等。定量包 括数量和等级，如地籍管理中土地等级、图斑面积等 在g i s 数据模型中，一般是以一组文件( 文本形式或二进制形式) 来存储地理数 据中的空间及其拓扑关系，如g i s 中的空间数据一般占用点、线、面的矢量拓扑结 构，以文件方式管理。非空间属性数据通常被视为二维表格，用关系型数据库来管 理。空间数据和非空间属性数据之间通过一个难一标识符来建立两者之间的联系， 能够在空间数据及非空间数据上进行包含、缓冲区区域、相邻、范围内等多种空间 分折( p e t e rbk e n n a n ，2 0 0 2 ) 。由于这种模型充分利用了关系型数据高效的数据管理 能力，同时具有高效的空间分析功能，是一种混合文件型与关系型数据库的数据模 型，因而成为目前主流的g i s 模型。目前成熟的商业g i s 系统，如e s r i 公司的 a r c g i s ，m a p l n f o 公司的m a p g i s 等都是采用的这种数据模型。 4 2 时空数据模型 地理信息系统处理的主要对象是地理实体的地理信息，而空间、属性、时间是 地理现象的三个基本特征或地理信息系统数据库的三种基本数据成分( l 丑n 孕a ng ， 1 9 9 3 ) 。时间信息是地理实体和地理现象本身固有特征，是反映地理实体演变过程的 重要组成部分，也是现代地理信息系统的主要研究领域。为准确描述现实世界，必 须建立能表达时间、空间和属性的地理信息系统。传统的地理信息系统主要关注地 理空间信息和属性信息，较少涉及到时间信息，只存储管理单一时刻或少数几个时 刻的空间数据，数据发生变更后新的数据入库覆盖掉旧的数据，没有对历史数据进 行管理组织。由于缺乏历史空间数据的保存与建模，难以实现历史状态重建、时空 变化跟踪和预测未来发展趋势等功能。在传统g i s 基础上加入时间特征构成时态 g i s ，即形成所谓的“时空系统”( w a c h o w i c zm a n dh e a l e yr c 1 9 9 4 ) 。目前对g i s 中时态特性的研究十分活跃。 地籍信息时态特征的显著性是其他空间信息所不及的，因此，地籍信息系统除 了能精确的描述地籍信息的载体地籍图斑的空间位置和正确的描述图斑的属 性特性外，还应能完整连续地记录地籍图斑的演变过程。由于地籍变更是客观存在， 不可转移的，在地籍信息中时间信息具有重要作用，必须在地籍管理信息系统中引 入时间信息的记录和存储方式，以维护地籍时间信息。 第二章理论与方法 传统g i s c i s 缺少关于时间变化的描述和时间信息的维护，为了实现在地理信 息系统中对空间、属性、时间三种要素的同时描棕，必须建立时空数据模型。利用 这种模型来存储和管理时间信息。 时空数据模型是在时间、空间和属性语义方面更加完整地模拟或抽象客观地理 世界的数据模型，它描述了地理实体具有3 种基本特征及3 个方面的基本联系，即 属性、空间、时间特征和属性、空间、时间联系。目前时空数据模型基本上有两种 处理方法：一种是将时间数据与空间坐标或地类等数据一致对待，一同存入数据文 件中，在系统中引入时间拓扑分析能力，按照用户对时空数据进行追溯历史沿革或 复原历史数据等操作要求，分别进行时间拓扑分析，将所需空间数据逐一提取出来； 另一种是时间快照，在数据发生变动时即将数据加上一个时间标签作为一个副本存 储起来( r i c h a r dts n o d g r a s s ，1 9 9 2 ；l a n g r a ng a l l1 9 9 2 ) 。这两种处理方法代表着两 条不同的技术思路，第一种是以复杂的时空拓扑分析实现降低对存储空间的开销， 并使存储方式保持为简单的方式；第二种则是以大量存贮的空间冗余来获得简化的 时空拓扑分析与系统分析算法的易行。需要找到一种较好的途径，将两种技术思路 结合起来，以获得一种算法简单又尽量不需对现有系统数据结构做大的改动，同时 满足减少数据冗余和快速查询要求的方案。 第三章农村地籍管理数据模型及数据库标准的建立 数据模型是系统分析和建立的基础，农村地籍管理涉及大量的空间和非空间信 息，必须对这些信息进行要素划分和数据组织，建立数据模型进行统一管理。同时 农村地籍管理信息系统的一个建设目标就是将日常地籍管理工作信息化处理，现有 的大部分地籍管理信息系统仅反应土地的利用现状和权属现状，在图斑发生变更时， 系统以新数据替换旧数据来保持地籍数据的现势特征。这种处理方式忽略了时间信 息在地籍中的重要作用，失去了时问信息就无法跟踪地籍图斑的变化过程，无法追 溯某一历史时刻的图斑权利和土地利用的状况。 信息标准化是实现数据共享的前提，农村地籍数据库标准化对指导农村地籍信 息化建设具有重要作用，同时可以使农村地籍信息系统在标准的约束和规定下进行 设计和开发，有利于实现信息共享，加快信息化建设。已有的地籍相关标准多为手 工方法建库而制定的规程和技术规范，目前缺少农村地籍数据库标准。 本章分析了农村地籍管理的数据模型，分别论述了空间数据和属性数据的管理 模型，并引入时间标记，建立时空数据模型以实现对地籍历史信息的维护结合该 时空数据模型，参考地籍相关标准建立了农村地籍数据库标准。 1 农村地籍管理数据模型 从管理对象的观点来看，农村地籍管理主要面向图斑，图斑是一块有确定的土 地使用类型和确定权属