（地图学与地理信息系统专业论文）基于变化信息的地籍更新自动处理方法研究.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 地籍更新是地籍数据库发展的基本要求。但目前地籍更新的操作 方式存在时间长、强度大、拓扑关系不一致等等问题。因此，本文研 究了一种基于变化信息的地籍更新自动化处理的方法，其思路是首先 根据地籍变化信息文件在地籍数据库中生成更新后的地籍实体，再按 照更新前后地籍要素间的拓扑关系判定，修改有拓扑关联的旧地籍要 素，从而自动完成对地籍数据库的更新操作。 论文总体上分为两部分；首先对地籍更新的概念以及相关的理 论、方法进行总结归纳，详细阐述了地籍更新类型与地籍要素的时空 拓扑关系；然后根据变化信息内容，针对不同地籍更新类型，设计了 地籍更新自动处理算法，并结合实例数据进行了论证。主要包括以下 工作： ( 1 ) 分析总结了地籍要素间的时空拓扑关系以及在地籍更新自 动处理和回溯查询中的作用。 ( 2 ) 探讨了地籍变化信息的特点与内容，设计了一种地籍变化 信息文件格式。 ( 3 ) 以时空数据模型为基础，设计和建立了地籍数据库 ( 4 ) 根据地籍更新类型的不同，分别设计了基于变化信息文件 的地籍更新自动处理过程。 ( 5 ) 以实际地籍数据为例，结合o r a c l e 数据平台、a r c s d e 技术 和a r c e n g i n e 组件，在v i s u a ls t u d i o n e t 的编程环境中，使用c # 语言开发了实验系统，对本文设计的更新思路与方法进行了实验论 证，证明了其可行性。 研究表明基于变化信息和拓扑关系判定的地籍要素更新是实现 地籍更新自动半自动处理的一条有效途径。 关键字：地籍更新，时空拓扑关系，变化信息，回溯 硕士学位论文摘要 a b s t r a c t a st h eb a s i cr e q u i r e m e n to ft h ed e v e l o p m e n to fc a d a s t r a ld a t a b a s e ， c a d a s t r a lu p d a t i n gm e a n st h ed a t a b a s ei su p d a t e dw h e na n yc a d a s t r a l e n t i t yc h a n g e s c u r r e n t l yal o to ft i m ea n dl a b o ra r ec o n s u m e di nt h e i m p l e m e n to fu p d a t i n g a n di t i sd i f f i c u l tt om a i n t a i nt h et o p o l o g i c a l c o n s i s t e n c y t h e r e f o r ea na u t o m a t e dp r o c e s so fc a d a s t r a lu p d a t i n gi s d i s c u s s e db a s e do nu p d a t i n gi n f o r m a t i o ni nt h i sp a p e r f i r s t l yt h en e w c a d s t r a lo b je c t si sc r e a t e df r o mu p d a t i n gi n f o r m a t i o n a n dt h e na f t e rt h e t o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i pc o m p u t a t i o n ，t h o s eo b j e c t st o u c h i n g ，c r o s s i n go r w i t h i nt h en e w o b j e c ta r eu p d a t e d t h ec o n c e p t s ，t h e o r i sa n dm e t h o d so fc a d a s t r a l u p d a t i n g a r e s u m m a r i z e di nt h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e r t h et y p eo fu p d a t i n ga n d s p a t i o t e m p o r a lt o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a d a s t r a le n t i t i e s a le p r e s e n t e di nd e t a i l i nt h es e c o n dp a r td i f f e r e n tt y p eo fu p d a t i n gp r o c e s s a r ed e s i g n e d t h e f e a s i b i l i t y o fu p d a t i n gp r o c e s si s p r o v e di n a l l e x p e r i m e n tw i t hp r a c t i c a ld a t a t h em a i nw o r k sa r el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es p a t i o - t e m p o r a lt o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i p s f o rc a d a s t m l u p d a t i n ga n dt r a c i n ga r ea n a l y z e d ( 2 ) a nu p d a t i n gi n f o r m a t i o nf i l ei sd e s i g n e df o rc a d a s t r a lu p d a t i n g p r o c e s s ( 3 ) c a d a s t r a le x p e r i m e n t a ld a t a b a s ei sc o n s t r u c t e db a s e do ns p a t i o t e m p o r a lm o d e l ( 4 ) c a d a s t r a la u t o m a t e du p d a t i n gp r o c e s si sd e s c r i b e di ne a c ht y p e o fc a d a s t r a lu p d a t i n g ( 5 ) a ne x p e r i m e n t a ls y s t e m i s d e v e l o p e db y v i s u a ls t u d i o 2 0 0 3 ，a r c e n g i n e ，a r c s d e ，o r a c l e 9 ia n dp r a t i c a ld a t a t h er e s e a r c hi n d i c a t e si ti so p e r a t i o n a lt oa u t o m a t eo rs e m i a u t o m a t e t h ep r o c e s so fc a d a s t r a lu p d a t i n gb a s e do nu p d a t i n gi n f o r m a t i o na n d c a d a s t r a lt o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i p k e yw o r d s ：c a d a s t r a l ，s p a t i o t e m p o r a lt o p o l o g i c a lr e l a t i o n ，u p d a t i n g i n f o r m a t i o n ，t r a c i n g 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：姆 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：业年竺月m 硕士学位论文第一章绪论 1 1 地籍相关概念 第一章绪论 1 。1 1 地籍与地籍要素 ( 1 ) 地籍 地籍，亦称土地的户籍，在拉丁文中，地籍的单词是“c a p u t 或 “c a p i t a s t r u m ”，意思是课税的对象和课税对象的清册n 一1 。最初的地籍，是为 历代政府征税而建立的记录土地单元的位置、界址、面积、数量、质量、权属人、 用途、使用年限等状况的簿册。 但是随着社会的进步和经济的发展，地籍的概念、内容越来越充实，地籍的 功能与表现形式都有了很大的发展。近代地籍的内容还包括土地产权登记、土地 分类面积和土地等级、地价等。现代地籍已扩展到反映地上附着物的权属、位置、 质量、数量、面积和利用现状等自然、社会、经济和法律基本状况。而地籍的功 能也更加完善，包括以下功能n 一1 ：地理性功能；经济功能；产权功能： 土地利用规划和管理功能；决策功能；管理功能。 地籍资料的形式表现为宗地图、地籍图、土地登记簿、土地归户卡。作为国 土资源管理、城市建设管理决策的依据，地籍资料的完备性决定了提供的依据是 否符合法律规定，是否科学。在漫长的发展过程中，地籍的使用范围不断扩大， 地籍类别的划分也日趋合理化，按不同的标准可以划分成多种地籍： 按地籍的特点和任务划分，地籍可划分为初始地籍和日常地籍； 按地籍的发展阶段划分，地籍也可划分为税收地籍、产权地籍和多用途地 籍； 按城乡土地的不同特点划分，地籍还可划分为城镇地籍和农村地籍。 ( 2 ) 地籍要素实体 地籍研究与应用中将地块、地块的边界点、地块的边界线称为宗地、界址点、 界址线，并将三个对象统称为最基本的地籍要素。一般对地籍要素的定义如下： 宗地：宗地是地籍最小的单元，是土地登记的单元。城镇地籍调查规程 中对宗地的定义是“凡被权属界址线所封闭的地块称为一宗地黟嘲。一般宗地存 在两种形状：一是简单宗地；二是复杂宗地，即一个宗地内还包含有其它宗地， 那么这个宗地本身存在空洞，而被包围的宗地又被称为“飞地。 一般针对宗地的概念是平面意义的，在现有地籍数据库中，宗地对象抽象表 示为封闭的平面多边形，不涉及土地上空与地下范围。但随着人类利用土地技术 的提高，宗地不再是二维平面实体，而是一个立体空间的概念b 1 。所以对宗地的 硕士学位论文 第一章绪论 概念设定将趋于立体化，用空间三维坐标系统来表示和描述空中或地下建筑物或 者工作物相对应的宗地。 界址点：根据中国国土资源报2 0 0 5 年4 月2 6 日刊中有关内容的定义， 界址点是指宗地权属界线的转折点，即拐点，是标定宗地权属界线的重要标志。 在地籍权属调查时，需要相邻宗地的双方指界人现场指界并设置界标。界址点的 属性中应注明界址点的界址类型和位置。界址点确定以后，宗地的权限范围、每 条权属界线的位置和长度也都基本确定了。最重要的原则是界址点不能够有重 叠，也不能够有重号。而且在一定范围内，界址点编号是按顺序排列的。一个界 址点可以是多条权属界线的端点。但权属界线两端的端点只能是各有一个界址 点。 界址线：界址线是宗地四周的权属界线，是宗地间的分界线。在地图图形 表示中，界址线抽象为线要素。实际应用中有些将界址线分为简单界址线和环形 界址线，环形界址线是指界址线为弧段，也有些将界址线设置为直线，即在宗地 边界有拐角的地方设置界址点，所以界址线以直线存在。本文中所定义的界址线 都是指以直线形式存在的权属界线。 如果界址线位于两宗地的公共边界，则存在一对方向相反的界址线，如果界 址线的另一侧是公共用地，则只存在一根界址线。在权属调查时，界址线是沿围 墙、篱笆、陡坎等明显线状界标物的，在界址线的属性中应注明界址线的类别和 位置。在一定范围内，界址线编号也是按照一定顺序排列，而且是按顺时针方向 进行排序。 1 1 2 地籍更新 地籍更新属于日常地籍管理的内容。因为地籍的基本土地单元是“宗地， 地籍更新实际上就是记录宗地信息变化的过程。地籍更新是指针对土地数量、质 量、权属及其空间分布和使用情况的变化，以初始地籍为基数，进行修正、补充 和更新地籍一1 。随着社会、经济的不断进步，土地用途划分更为细致，地表建 筑物也越来越多，如继承、转让、出让、抵押等经济活动的频繁使得房屋、土地 的产权、使用权、用途等不断发生变化，土地管理部门应及时应对这些情况的发 生，进行相应的变更地籍测量和变更权属调查，以获取新宗地的图形与属性信息， 为后续地籍变更业务的顺利进行提供最新数据，保持了地籍数据库的现势性。 地籍更新时，有些需要更改宗地的边界，但是有些情况不需要更改宗地边界， 如继承土地使用权、收回国有土地的使用权，土地使用者或所有者更名、土地利 用类型或分等定级的改变、行政区划改变等等。按宗地发生的变化，可以分为宗 地图形更新和宗地属性更新。图形更新是指宗地合并、分割、复合分并、新增、 灭失，属于图形的更改，而属性更新相对于图形更新来说操作更为简单。 硕士学位论文第一章绪论 地籍更新时一般用精度高、现势性好的数据来代替陈旧的资料，而需要修改 的地籍资料包括： ( 1 ) 宗地号变化。一个宗地号对应唯一的一块宗地，宗地号不重复，发生 变更时，旧的宗地号作为历史记录不再使用，按照数字增大续编新宗地的宗地号。 ( 2 ) 界址点号变化。与宗地号一样，界址点号是唯一的，当界址点消失时， 界址点号也不在使用。新出现的界址点号按照顺序续编下去。 ( 3 ) 界址点坐标变化。如果不是新出现的界址点，新宗地的测量数据中界 址点的坐标值应与数据库已存在的界址点坐标值进行比较，按照界址点坐标精度 保留原则保存坐标资料，也避免因新旧坐标值不一样出现图形的拓扑错误。 ( 4 歹宗地面积变化。如果宗地的界址发生变化，必然引起图形发生变化， 新宗地的面积需要进行重新测量、校验。 ( 5 ) 地籍图、宗地图的变化因为宗地的形状发生了变化，所以需要重新绘 制宗地草图，并将数据库中的图形及时进行更新。 1 2 地籍数据库技术的发展与更新模式 地籍数据库发展至今，已有近4 0 年的历史。在实际应用需求的推动下，地 籍数据库的作用已不单是对现势地籍数据的管理，还涉及到是否能实现地籍数据 的实时更新，历史回溯等功能，才能为宏观意义上的土地决策提供可靠的信息支 持。 1 2 1 地籍数据库技术的发展 地籍数据库技术最早可以追溯到1 9 5 6 年奥地利测绘部门首先建立的地籍数 据库，在当时的技术条件下，还只是将地籍管理转移到计算机台面上进行操作， 而地籍数据库的更新功能则没有充分考虑。 随着计算机技术和地籍管理办公自动化的发展，许多国家建立了地籍数据库 和地籍管理信息系统h 卅。1 9 6 4 年加拿大政府建立了世界上的第一个地籍信息系 统，此时新兴发展起来的遥感技术开始应用于地籍数据库管理，每个月按1 ：5 0 万的比例更新一次加拿大全国土地利用现状图。2 0 世纪7 0 年代，德国、瑞士、 奥地利的地籍自动化研究取得成效。8 0 年代，美国环境研究所( e s r i ) 在多年 从事地理信息系统( g i s ) 软件开发与应用的基础上，将g i s 技术应用于地籍数 据库中，体现了地籍数据空间与非空间的不同特征。1 9 9 3 1 9 9 7 年期间，芬兰也 建立了基于g i s 的地籍管理信息系统。g i s 技术的发展很大程度上推动了地籍数 据库技术的进步。 我国的地籍工作起步较晚，上世纪8 0 年代引进g i s 技术后才为地籍管理信 硕士学位论文第一章绪论 息系统的建立奠定了基础，1 9 8 6 年6 月国家土地管理局地籍司印发了关于建 立地籍信息系统的总体方案征求意见稿，1 9 8 9 年提出了关于建立地籍信息 系统的总体方案，并在全国试点。9 0 年代以来，我国各级土地管理部门的地籍 业务基本实现了电子化管理。到目前为止，大部分中小城市已基本建立了基于 6 i s 的地籍数据库和地籍管理信息系统睁“1 。空间数据库技术、g i s 与办公系统无 缝结合、网络技术在地籍建库工作中都得到了充分的应用 虽然国内外众多地籍数据库建设项目的火热进行，但是地籍数据库技术的核 心地籍更新技术，其发展程度仍然是抑制地籍数据库技术发展完善的“瓶 颈。所以，一直以来地籍更新问题都是国际学术界研究的热点。许多学者将时 空特征、拓扑关系、实时更新、自动处理等概念引入到地籍更新研究中之后，针 对地籍数据库的时空数据模型、拓扑关系维护以及数据库的更新手段进行了许多 研究n 枷1 。其研究结果在实际中的尝试应用一定程度上改善了地籍更新的技术与 手段。 1 2 2 地籍数据库更新模式 地籍数据库包括空间数据与属性数据，地籍数据库更新则包括空间数据更新 和属性数据更新，但是空间数据的更新比属性数据的更新要复杂很多，因此地籍 数据库更新主要还是空间数据的更新。很多学者进行了空间数据更新模式的研究 2 1 。2 5 j 其研究结果同样也适用于地籍数据库的更新。总结起来，主要有三种更新 模式： ( 1 ) 第一种更新模式是定期更新，其方式是根据固定的时间间隔重新采集 数据。对于不同比例尺的数据采集，会制定不同的更新周期。大比例尺地图比小 比例尺地图更新时间短，城市比郊区更新时间短。国家级的某些大型数据库根据 地域特点采用的是定期更新的方式。 ( 2 ) 第二种更新模式是固定变化程度的更新。定期更新是设置时间上的间 隔来定时完成更新，而固定变化程度的更新间隔依赖于数据库内容变化的程度， 当数据库中需要变化的内容达到一定程度( 如1 0 0 幅) 时立即对数据库进行更 新。 ( 3 ) 第三种更新方式是增量式更新，一旦数据库内容有变化立即更新数据 库，更新后的数据还能够不断传递给数据库用户使用瞳1 忿矧。这种理想的更新模 式给用户提供了连续灵活的更新方式，很好地保证了空间数据的现势性和连续 性，而且完整地记录了时空对象的生命周期。许多学者进行了数据库增量式更新 的研究一1 ，其研究内容包括增量信息更新算法设计、增量信息采集方法、增量 信息内容、增量更新方法应用等等。 本文研究的基于变化信息的地籍更新自动化处理是增量式更新方法在地籍 4 硕士学位论文第一章绪论 更新中的尝试，地籍更新自动处理需要的变化信息文件是增量信息多种表现方式 中的一种，而且可以根据需求制定不同的变化信息格式。未来增量式更新方法在 地籍更新中的应用将越来越广泛，而且成为数据库更新方式发展的主要趋势。 1 3 研究的意义与内容 1 3 1 研究的目的与意义 地籍更新是一项复杂的工作流程，涉及地籍图形数据和属性数据的更新，而 且由于地籍数据的法律效应，地籍数据库的拓扑一致性、地籍数据的精度显得及 其重要。但是在目前地籍更新的实际工作中，更新的手段仍然是人工交互的操作 方式，如根据地籍测量数据在c a d 中重新绘图，然后删除消亡对象的图形和属性 数据，再将数据重新导入6 i s 数据库中。这样的操作方式不仅产生拓扑错误，而 且工作人员的疏忽操作会导致数据冗余或数据缺失。因此研究地籍更新自动处理 过程对维护数据的精度和地籍要素拓扑关系具有重要意义。 变化信息只记载更新后新地籍对象的信息，不仅减少了地籍测量人员的工作 量，也减少了数据的重复采集。地籍要素拓扑关系是执行地籍更新自动处理的依 据，在生成新对象后进行拓扑关系判定，针对判定结果进行图形和属性的修改， 较之于人工方式的生成与修改，更能保证地籍数据的精度与准确性。 本论文受国家自然科学基金课题顾及拓扑关系一致性的空间数据库增量更 新方法研究( 批准号4 0 5 7 1 1 2 2 ) 资助。论文前期，作者参与了为期半年的长沙 市国土局城镇地籍建库项目的数据检查工作。论文结合地籍更新实际工作流程与 已有的地籍更新方法研究成果，研究基于变化信息的地籍更新自动处理方法，能 够为当前地籍数据库更新提供一种解决方案，具有实际的参考价值。 1 3 2 研究内容与章节安排 本文针对如何实现基于变化信息的地籍更新自动处理方法，归纳总结地籍要 素的时空拓扑关系和地籍更新类型，分析变化信息的特点与内容，以变化信息和 拓扑关系判定为依据设计不同更新类型中的地籍更新自动处理过程。依靠 o r a c l e 数据库平台、a r c s d e 引擎技术建立实验地籍数据库，并结合a r c e n g i n e 组件、v i s i u a ls t u d i o n e t 语言环境开发实验系统，对各个地籍更新处理过程 进行实验验证。各章节安排如下： 第一章绪论，主要对地籍、地籍更新的概念简单描述，介绍国内外地籍数据 库技术研究状况，然后概括了本文研究的内容。 第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析，具体介绍地籍更新中的几种 基本类型和更新时地籍要素间的时空拓扑关系。 5 硕士学位论文第一章绪论 第三章地籍更新自动处理中数据库的设计，针对地籍更新中基本的新建、灭 失、分割、合并、混合分并五种基本类型以及界址线调整情况进行详细描述。并 详细介绍变更信息的内容与格式。 第四章地籍更新自动处理的实现，首先分析说明变化信息的特点与内容，然 后自定义变化信息文件的格式与内容，再针对不同更新类型提出不同的更新流 程，同时对如何完成地籍回溯进行了方法的介绍。 第五章实验，在v i s u a ls t u d i o2 0 0 3 环境和a r c g i se n g i n e 组件、o r a c l e 9 i 数据库平台、a r c s d e 技术的辅助下，对第四章提出的更新思路进行实验，并显 示实验结果。 第六章总结与展望，对本文进行总结，分析地籍更新现状中依然存在的问题， 对地籍更新技术的提高和发展做出展望。 6 硕士学位论文 第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 2 1 地籍更新类型分析 地籍更新实际是地籍要素实体的更新，也就是界址点、界址线和宗地的更新。 其中以宗地变更为中心嘲。许多学者对地籍更新类型与过程进行过研究啪一，地 籍更新类型主要分为两大类：第一种是界址未变化的地籍更新类型，这种情况一 般出现在土地买卖或土地赠与时，原宗地的界址不需要变化，仅权属状况发生变 化，则地籍数据库中的图形数据不需要更改，办完土地登记手续后由国土部门发 派新的土地证书；第二种是界址有变化的地籍更新类型，这种情况下，无论原宗 地的权属状况是否发生改变，地籍数据库中都有空间数据和属性数据需要进行更 改。由于第二种地籍更新类型涉及空间实体的变更，相对于第一种仅有属性数据 的更新更为复杂。因此本文主要针对第二种地籍更新类型进行分析。 综合起来，地籍空间实体更新的类型分为宗地合并、宗地分割、宗地复合分 并和宗地界址调整四种类型呻1 。本文中将界址有变化的地籍更新类型分为宗地新 建、宗地灭失、宗地分割、宗地合并、宗地复合分并五种情况，将宗地边界调整 归入宗地复合分并类型中，分别进行讨论。 2 1 1 宗地新建 宗地新建一般出现在新城开发或旧城改造中，在原来没有宗地的位置上产生 新的宗地的过程称为宗地新建。如图2 一l 所示：2 0 0 5 年3 月1 日之前，宗地p 3 原来的位置上没有宗地存在，自2 0 0 5 年3 月1 日起新增为宗地p 3 。 图2 - 1 宗地新建示意图 2 1 2 宗地消亡 与宗地新建的情况类似，宗地消亡一般也出现在新城开发或旧城改造中。我 们可以从广义和狭义上来理解宗地消亡概念。广义上，原有旧宗地取消其权属关 系，在空间位置上不再存在该宗地即可理解为宗地消亡，但在旧宗地的原址上也 许会有新的宗地产生。本文中划分的地籍更新类型，除宗地新建外，都存在宗地 消亡的事例。狭义上，宗地消亡仅理解为旧宗地权属关系取消，宗地不再存在， 7 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 并且在原有位置上不再产生其它新的宗地。 本文中，我们从狭义上来理解宗地消亡概念。如图2 2 所示：2 0 0 7 年1 0 月 1 日之后，宗地p 3 不再存在。原有位置变更为公共用地。同样，宗地消亡事务 中不存在父子宗地的继承关系。 2 1 3 宗地分割 图2 - 2 宗地消亡示意图 宗地的使用权变化时会出现原本属于某一个权利人的某块宗地，分裂成几块 宗地，并分属不同的权利人。从空间图形上，原有的一块宗地图斑分割成n 块新 宗地图斑( n = 2 ) ，这种由一块宗地分割成多块宗地的过程就叫做宗地分割。宗 地分割后，新宗地的面积之和应该等于旧宗地的面积，并且，宗地问的继承关系 为一个父宗地和多个子宗地的关系。如图2 3 所示，宗地分割的事例，2 0 0 7 年 1 0 月1 日之前宗地p l 存在，1 0 月1 日之后，宗地p 1 不复存在，其位置上产生 了新的宗地p 3 、p 4 和宗地p 5 。 图2 - 3 宗地分割示意图 2 1 4 宗地合并 当宗地的使用权发生改变时，原本为多个权利人所有的的n 块宗地( n = 2 ) ， 在权利上转变成为单个权利人所有，从空间图形上，n 块宗地图斑转变成一块新 宗地图斑，这种由多块宗地合并成一块宗地的过程就是宗地合并。宗地合并后， 新宗地的面积等于合并前旧宗地的面积之和。并且，宗地间的继承关系为n 块旧 宗地都是新宗地的父宗地。如图2 4 所示宗地合并的事例，2 0 0 7 年1 0 月1 日之 前，存在宗地p l 、宗地p 2 、宗地p 3 ，宗地p 4 ，宗地p 5 ，l o 月1 日之后，宗地 p 3 、p 4 、p 5 消失，新宗地p 6 产生。 图2 _ 4 宗地合并示意图 8 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 2 i 5 宗地复合分并 在地籍更新中有一种情况最为复杂，即有多块宗地参与变更，并由这些宗地 的部分或全部面积进行组合再生成新的一块或者多块宗地。这种变更过程成为宗 地的复合分并。 一般来说，宗地复合分并又可以细分为三种分并情况。如图2 - 5 所示的是第 一种复合分并的事例，这种情况中，原有宗地p 1 、p 2 、p 3 、p 4 分割出部分面积， 和宗地p 5 的全部面积合并成新的宗地p i o 。宗地复合分并后，旧宗地p l 、p 2 、 p 3 、p 4 的剩余部分继续保持旧有的权属关系，从空间图形上看，形成了新的宗 地p 6 、p 7 、p 8 、p 9 ，而旧宗地p 5 不复存在。从父子宗地继承关系上来看，旧宗 地p 1 、p 2 、p 3 、p 4 、p 5 都是新宗地p 6 的父宗地。而新宗地p 6 、p 7 、p 8 、p 9 的 父宗地分别 、p 4 。 图2 5 宗地复合分并类型示意图1 如图2 6 所示的是第二种复合分并的事例，第二种复合分并的情况属于第一 种情况的延续。在这种情况中，原有宗地p 1 、p 2 、p 3 、p 4 分割出部分面积，连 同宗地p 5 的全部面积，经调整在其位置上产生新的宗地p l o 、p l1 。宗地复合分 并后，从图形上来看，旧宗地p 1 、p 2 、p 3 、p 4 的剩余部分形成新宗地p 6 、p 7 、 p 8 、p 9 ，旧宗地p 5 消失，旧宗地p 1 、p 2 的部分和旧宗地p 5 的部分合并成新宗 地p l o 的图斑，而旧宗地p 3 、p 4 的部分和旧宗地p 5 的另一部分合并成新宗地 p 1 1 的图斑。从父子宗地继承关系上来看，新宗地p 6 、p 7 、p 8 、p 9 的父宗地分 别是旧宗地p 1 、p 2 、p 3 、p 4 ，而新宗地p l o 的父宗地是旧宗地p 1 、p 2 、p 5 ，新 宗地p 1 1 的父宗地是旧宗地p 3 、p 4 、p 5 。 图2 6 宗地复合分并类型示意图2 2 2 地籍更新中地籍要素的空间拓扑关系 在土地出让、划拨、调整等活动中，地籍要素不断发生变化，具体表现在界 址点的位置变化，界址线的长度、位置变化，宗地面积、形状的变化。不断发生 变化的地籍要素间存在多种空间拓扑关系和时间拓扑关系，这些关系是地籍更新 9 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 中数据组织查询的依据，同时也是地籍更新中需要维护的对象。本节主要讨论地 籍要素空间拓扑的有关内容，着重介绍了地籍要素实体间的空间拓扑关系。 2 2 1 地籍要素空间拓扑关系描述 地籍要素空间拓扑关系是指地籍要素实体在拓扑变换下保持不变的空间关 系引。讨论宗地更新中地籍要素的空间拓扑关系时，如果不考虑地籍要素在地籍 中的含义，宗地是一个简单的面，界址点即为简单的点要素，界址线为简单的线 要素。换句话说，地籍要素空间拓扑关系可以理解为空间关系中的点一点、点一 线，点一面、线一面之间的关系。 在点集拓扑理论中，如果将二维空间平面中的封闭区域a 定义为一个集合， 则a 可以分为两个子集：a 的边界点构成的集合aa 和内点构成的集合a o ，并且 ah n a o = ，aa ua o = a ，表示空集。在此理论下，由4 元组来描述两个点集之 间的拓扑关系。两个封闭区域目标a 、b 的拓扑空间关系依据两个物体的边界点 和内点的交构成的4 个交集的矩阵，这就是广泛应用的4 交模型口2 瑚1 ： ，、ia o 巾口a on a 曰i 如似j 刖2 1 d _ n 丑。0 4n a ji 口dii 口盯删 图2 - 74 交模型 根据排列组合原理，两个面状要素总共会产生1 6 种可能的拓扑空间关系， 而其中有实际意义的有8 种，如表2 - 1 所述。 表2 1 面状要素问的8 种拓扑空间关系 罗空间拓扑关系 ，t “ 空间拓扑关系类 图例说明图例说明 籀， 类型 乃 型， d is j o i n t s 口口 c o n t a in s a 因 i n s i d e ( w i t h i n ) 也 e q u a l s 曰 fa 国 t o u c h e s ( u e e t s ) 区p o v e r l a p s 囡 o v e r l a p e d 囝 c r o s s e s kk 1 0 硕七学位论文 第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 很多学者研究了地籍要素间的空间拓扑关系m 。4 ，可能出现相离 ( d i s j o i n t ) 、相接( t o u c h ) 、包含( c o n t a i n ) 、包含于( w i t h i n ) 、交叉( c r o s s ) 、 部分重叠( o v e r l a p ) 等二元关系。具体的空间拓扑关系描述如下： ( 1 ) 界址点一界址点空间拓扑关系 地籍数据库中界址点以界址点号为唯一标识符，不仅界址点号不能有重号， 在图形数据中，界址点也不能有重叠。界址点之间只存在相离的拓扑关系。 ( 2 ) 界址点一界址线空间拓扑关系 本文中涉及的界址线都是直线型界址线，暂不考虑弧段界址线。界址点必须 位于界址线的端点处，界址线的端点上有且仅有一个界址点。所以界址点可以为 多条界址线所共用。界址线与界址点是相接的拓扑关系。因为考虑到界址线是两 个界址点确定的一条直线，所以界址线中间位置上不允许再出现界址点。 ( 3 ) 界址点一宗地空间拓扑关系 界址点分布在宗地的边界上，宗地的内部和外部不允许出现独立的界址点。 而地籍中界址点与宗地之间也是相接的拓扑关系。 图2 8 界址点- 界址点空间拓扑关系 ( 4 ) 界址线一界址线空间拓扑关系 地籍数据库中的界址线之间存在三种空间拓扑关系：第一种是相等，位于宗 地公共边界上的两条界址线完全重叠在一起，只是方向各异而已；第二种是相接， 相邻的界址线首尾相接分布于宗地边界上，界址线之间只在端点处相接；第三种 是相离关系，前两种拓扑关系以外的界址线与目标界址线即是相离的关系。 ( 5 ) 界址线一宗地空间拓扑关系 界址线与宗地之间的空间拓扑关系即属于线一面间的空间拓扑关系中的部分 内容。界址线分布于宗地的边界上，与宗地是相接、相离的拓扑关系： 界址线与宗地相接( 如图2 - 9 ) 图2 - 9 界址线宗地相接 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 界址线与宗地相离( 如图2 1 0 ) 图2 1 0 界址线宗地相离 ( 6 ) 宗地一宗地空间拓扑关系 地籍数据中宗地要素间的拓扑关系有其独特的特点，宗地块以平铺的方式布 满整个街坊。在有些地籍管理项目中，还将公共用地定义为块地。则宗地与块地 的面积之和等于街坊的总面积。宗地与宗地间存在图2 一l l 和2 - 1 2 中的相邻、相 离关系： 图2 1 l 宗地相邻 图2 1 2 宗地片目离 a 图2 1 3 相邻宗地间不允许的缝隙与重叠情况 由于宗地块的“平铺一分布方式，相邻宗地间或者宗地与块地相邻时，宗地 与宗地之间、宗地与块地之间都不能存在缝隙( 如图一1 3 的a 所示，本来应该相 邻的宗地间存在缝隙) 。同时，由于地籍数据具有法律效应，为维护权利人的权 利，宗地间或宗地与块地间，不能有交叉、重叠的现象( 如图2 - 1 3 的b 所示。 相邻宗地之间有重叠部分) 。 但是，如果考虑到时间因素，历史地籍要素与现势地籍要素间除了现势数据 间存在的相邻、相离的拓扑关系外，必定会存在交叉、重叠的拓扑关系。下图中 1 2 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 显示了地籍更新后，新旧地籍要素间交叉、重叠的空间拓扑关系，宗地p 5 、p 6 、 p 7 是在经过一次地籍更新后得到的新宗地，则宗地p 5 、p 6 、p 7 与旧宗地p 4 有 重叠的关系。 图2 1 4 新旧地籍要素间的拓扑关系 2 2 2 地籍更新类型中空间拓扑关系描述 l a u r i n i 和t h o p s o n 认为“拓扑关系信息可能是地籍空间数据质量检查最可 靠的基础 h 羽。地籍更新事务执行时，新旧地籍要素之间的空间拓扑关系，以 及新地籍要素与周边相邻地籍要素的空间拓扑关系，可以是维持地籍数据库数据 精度，实现地籍更新自动处理的约束条件。在不同的地籍更新类型中，新旧地籍 要素之间的空间拓扑关系会有些许不相同： ( 1 ) 宗地新建 新建的宗地没有父宗地，所以新宗地与旧宗地之间不存在包含、被包含、重 叠、交叉的空间拓扑关系。而由于宗地的平铺性，新宗地与周边的宗地可能是相 接( t o u c h ) 关系，也可能是相离( d i s j o i n t ) 关系。如果新宗地与旧宗地相邻， 则新旧宗地公用的界址点、界址线与新宗地则是相接( t o u c h ) 的关系。 ( 2 ) 宗地消亡 消亡的宗地与其它宗地之间可能是相接( t o u c h ) 关系，也可能是相离 ( d i s j o i n t ) 关系。消亡宗地边界上的界址点和界址线与宗地都是相接( t o u c h ) 的关系，除公用界址点外，消亡宗地边界上的界址点和本宗地界址线都是要消亡 的对象。 ( 3 ) 宗地分割 宗地分割中只涉及一块旧宗地为分割后各个新宗地的父宗地，因此，新旧宗 地间属于包含( c o n t a i n ) 与被包含( w i t h i n ) 的拓扑关系。各个新宗地之间是 相接( t o u c h ) 关系，而与周边的宗地则可能是相接( t o u c h ) 关系，也可能是相 离( d i s j o i n t ) 关系。如果在分割线上有新的界址点产生，则分割线上的新界址 点、新界址线与父宗地则是包含( c o n t a i n ) 与被包含( w i t h i n ) 的关系。 ( 4 ) 宗地合并 宗地合并后形成一块大的新宗地。新旧宗地之间是包含( c o n t a i n ) 与被包 含( w i t h i n ) 的拓扑关系。而原本旧宗地间的部分公共界址点和部分界址线与新 宗地存在包含与被包含的关系。原本与旧宗地相接( t o u c h ) 的临宗地，其临宗 1 3 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 地相应的也由旧宗地变为新宗地。 ( 5 ) 宗地复合分并 宗地复合分并中新旧宗地的空间拓扑关系要复杂一些。不仅有包含 ( c o n t a i n ) 与被包含( w i t h i n ) 关系，还存在交叉( i n t e r s e c t ) 和部分重叠 ( o v e r l a p ) 的空间拓扑关系。如新宗地的范围内包括旧宗地的一部份面积，则 新旧宗地之间就是部分重叠( o v e r l a p ) 关系。而一部份旧的界址线在空间位置 上是穿过新宗地，则属于交叉( i n t e r s e c t ) 的关系。 2 2 3 地籍更新中空间拓扑关系的维护 地籍更新中空间拓扑关系的维护，是指在删除修改旧的地籍要素，生成新的 地籍要素时，维护好新旧地籍要素之间，以及新地籍要素与周边其它相邻地籍要 素之间的拓扑关系，避免出现地籍要素间重叠、交叉的情况。如何维护地籍更新 中地籍要素间的拓扑关系，其方法如下所述： ( 1 ) 界址点与其它地籍要素间的拓扑关系维护 根据变化信息文件提供的晃址信息，如果是参照的旧界址点位置，则直接获 取界址点图层中该界址点的空间位置，如果是新出现的界址点，则需要判断新界 址点是否与其它界址点有重合。依据城镇地籍调查章程的规定设置0 0 0 5 m 的距离容差，如果距离新界址点0 0 0 5 m 范围内有其它界址点存在，则认为新界 址点与旧界址点重合，继续沿用旧界址点的空间坐标为新界址点的空间坐标值。 这样就保证“界址点在宗地边界上的拓扑关系；如果是需要删除相应的界址点， 先要判断各个界址点是否属于其它宗地的公共界址点，如果是公共界址点则不删 除，只有仅为要删除宗地的界址点才删除。 ( 2 ) 界址线与其它地籍要素间的拓扑关系维护 每个宗地边界上的界址点是按照顺序排列的，只要保证界址点在宗地边界 上，则按照界址点的顺序绘制的界址线也应是位于宗地边界上的，然后判断界址 线有没有“相接 的另一块宗地，如果有则记录界址线的“临宗地籍号”；如果 是需要删除界址线，则根据需要删除的宗地来进行判断，位于删除宗地边界上的 界址线，如果是临宗地的界址线则不能删除，如果是本宗地的界址线才可以删除， 而且还要记得修改临宗地是删除宗地的界址线的属性，其“临宗地籍号应修改 为空或其它新宗地的地籍号。 ( 3 ) 宗地与其它地籍要素间的拓扑关系维护 新宗地是按照界址点的顺序生成面状图斑，如果新宗地是与其它宗地相邻， 只要公共界址点的位置是确定在其它宗地边界上的，则生成新宗地图斑后，可以 保证相邻的各块宗地是相邻的关系。 1 4 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 2 3 地籍更新中地籍要素的时间拓扑关系 地籍要素的空间位置和属性内容并不是一成不变的，会随着时间的推移而变 化。当宗地的附属物、宗地的使用者、宗地性质或者宗地用途发生变化时，需要 更改数据库中宗地的属性数据。当宗地的权属范围发生变化时，宗地边界的界址 点和界址线就要发生相应变化，则需要更改数据库中的图形数据。 地籍要素发生以上任一状况时，就意味着地籍要素的变更甚至消亡。也就是 说，地籍要素的存在状况是与时间相关的。因此地籍要素的时间特征在参考历史 地籍权属状况、保存和回溯历史数据、未来土地利用趋势预测中都具有重要的作 用。 2 3 1 地籍要素时间拓扑关系描述 地籍数据库引入时间概念对于地籍更新研究和历史回溯都具有重要的作用。 本小节主要讨论地籍更新中地籍要素间的时间拓扑关系。在忽略地籍要素空间位 置的情况下，仅讨论其在一维时间轴上的分布状况，本节特别讨论宗地对象的时 间拓扑关系。在基于变化信息的地籍更新自动处理过程中，地籍要素间的时间拓 扑关系也是为基于时态的宗地历史回溯提供基本的查询条件。 国际上广泛应用的是h l l e n l 9 8 3 年提出的基于时间区间的1 3 种事件间的时 态关系4 州1 ：b e f o r e a f t e r 、m e e t s m e t 、o v e r l a p o v e r l a p p e d 、s t a r t s e n d s 、 d u “n g c o n t a i n 、f i n i s h e s f i n i s h e d 、e q u a l s ，除“e q u a l s 关系外，其余六 对关系是相应的反向关系，根据其理论，关系描述如表2 - 2 。 如果将时态关系应用于地籍对象，尤其是宗地要素，在时间轴上宗地的时态 关系如表2 - 3 所述。 袁2 - 2 地籍要素时态关系 i时态关系类型图侧说明时态关系类型图例说明i * 撕p，。 o b e f o r e a f t e rm e e ts m e t o v e r l a p o v e r l a p e d+ 。 s t a r t s e n d s 卜 一 - l 1r r d u r i n g c o n t a i n 。 f i n is h e s f i n is h e d + 一 1 r e q u a l s 卜啼 l _ 硕士学位论文第二章地籍更新类型与地籍要素拓扑关系分析 表2 - 3 宗地时间拓扑关系示意图 甓罄”。 ”i ”吧”1p 删。嚣“j + ? 他一j ”! ：予 74 i “弘4 g 搿岍雌”+ ，v 钞“一灿拨m + 11 + ”? m 一? 嘲 l 时态关系图例说明时态关系图例说明一霭 鑫磊缓缴如赫姚瘟勘础鼎确