詹長(zhǎng)根，涂李蕾，嚴(yán) 盼，吳 藝

（1.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢430079）

地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化集成研究

詹長(zhǎng)根1，涂李蕾1，嚴(yán) 盼1，吳 藝1

（1.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢430079）

針對(duì)我國(guó)現(xiàn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中存在的數(shù)據(jù)雜糅、組織異構(gòu)、冗余量大等不足，將ISO/TC211土地管理域模型（LADM）拓展為適合我國(guó)國(guó)情的人-地關(guān)系模型。利用該模型對(duì)地籍?dāng)?shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化集成，消除數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的數(shù)據(jù)冗余與異構(gòu)，以構(gòu)建通用一體化地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)。

地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)；集成優(yōu)化設(shè)計(jì)；人-地關(guān)系模型；數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

2007年，我國(guó)正式發(fā)布了2個(gè)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，即《土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》（TD/T 1016-2007）[1]和《城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》（TD/T 1015-2007）[2]，分別用于2008年開(kāi)始的農(nóng)村土地調(diào)查和城鎮(zhèn)土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。2011年至今，我國(guó)開(kāi)展了農(nóng)村集體土地所有權(quán)、宅基地使用權(quán)和集體建設(shè)用地使用權(quán)調(diào)查登記工作，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)原則上仍按照上述2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。至今，縣級(jí)國(guó)土資源部門共建設(shè)了4種數(shù)據(jù)庫(kù)，包括農(nóng)村土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)、城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)、集體土地所有權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)以及宅基地使用權(quán)和集體建設(shè)用地使用權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)。基于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，《土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》和《城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)并不是一體化設(shè)計(jì)的。因此，基于上述標(biāo)準(zhǔn)建立的4種數(shù)據(jù)庫(kù)之間在數(shù)據(jù)交換、相互利用等方面存在很大的障礙[3]。將現(xiàn)有的地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一集成，克服數(shù)據(jù)庫(kù)之間的異構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地籍信息共享，是亟需解決的問(wèn)題。

1 研究方法

1.1 相似度計(jì)算模型

相似度是對(duì)數(shù)據(jù)冗余進(jìn)行定量分析的重要指標(biāo)，也是分析數(shù)據(jù)組織異構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織集成、合并的理論基礎(chǔ)[4]?；谔卣髌ヅ溆?jì)算相似度的模型是通過(guò)匹配2個(gè)對(duì)象的特征來(lái)計(jì)算其相似度，最早應(yīng)用于心理學(xué)研究。其基本思想為：對(duì)象a和b之間的相似度與它們之間的共性和差別相關(guān)，擁有的共性越多，相似性越大[5]。最有代表性的算法是Tversky模型：

式中，A、B分別是對(duì)象a和b的屬性集合；A∩B表示A和B共有的特征；A-B表示A具有而B(niǎo)不具備的特征；B-A表示B具有而A不具備的特征；α、β表示比較對(duì)象和參照對(duì)象的重要性權(quán)重。

Tversky模型將特性的差異性引入相似性度量中，設(shè)a為比較對(duì)象，b為參照對(duì)象。地籍?dāng)?shù)據(jù)中，不同種類的調(diào)查數(shù)據(jù)可認(rèn)為具有同等的重要性，故取α=β=1。Tversky模型是基于二值特征的，可通過(guò)1或0表示特征的有或無(wú)。據(jù)此，將式（1）簡(jiǎn)化為：

式中，f11表示A和B共有特征的個(gè)數(shù)；f10表示A具有而B(niǎo)不具備的特征個(gè)數(shù)；f01表示B具有而A不具備的特征個(gè)數(shù)。

1.2 基于LADM的人-地關(guān)系模型

1.2.1 LADM概述

ISO/TC211國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)土地管理域模型 LADM是以國(guó)際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)（FIG）發(fā)布的“地籍系統(tǒng)2014”為基礎(chǔ)的[6]。LADM從人地關(guān)系出發(fā)，以地籍主體、地籍客體和土地權(quán)利為核心，建立起地籍主體和地籍客體之間的聯(lián)系，是應(yīng)用非常廣泛的空間表達(dá)模型[7,8]。

1.2.2 人-地關(guān)系模型

本文立足于我國(guó)地籍管理的現(xiàn)狀，以LADM核心框架為參考，將其改進(jìn)為適合我國(guó)國(guó)情的人–地關(guān)系模型。我國(guó)地籍管理對(duì)象為:主體——人，客體——地塊、主體和客體之間的紐帶——土地制度，對(duì)象及其關(guān)聯(lián)通過(guò)地籍業(yè)務(wù)顯化出來(lái)，見(jiàn)圖1。采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式，人–地關(guān)系模型可以表示為：

式中，D由2個(gè)元素組成，D={人，地塊}；R是D上關(guān)系的集合，R={土地制度}。

圖1 基于LADM的人-地關(guān)系模型

2 現(xiàn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)存在的問(wèn)題分析

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)組織混亂

現(xiàn)行各地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)組織的設(shè)計(jì)思路是參照地籍管理業(yè)務(wù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)表格，根據(jù)其結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，基于實(shí)際業(yè)務(wù)管理的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在這種面向業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)組織方式中，唯一的實(shí)體是宗地?，F(xiàn)行數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)雖然能夠滿足單純的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和管理需求，但各數(shù)據(jù)表都僅針對(duì)具體業(yè)務(wù)，而忽略了數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)各部分間的關(guān)系。地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）屬性字段內(nèi)聚度低?，F(xiàn)行數(shù)據(jù)庫(kù)屬性表中，部分字段與表中其他字段關(guān)聯(lián)程度較低，屬性表繁雜且不符合范式要求。例如，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的宗地屬性表中，建筑容積率、建筑密度、土地級(jí)別、申報(bào)地價(jià)、取得價(jià)格這5個(gè)字段并不屬于宗地的基本信息，而是在土地利用過(guò)程中產(chǎn)生的易變動(dòng)數(shù)據(jù)。當(dāng)上述信息變化時(shí)，宗地的基本信息就會(huì)被重復(fù)存儲(chǔ)。

2）屬性字段集成度低，即同一數(shù)據(jù)庫(kù)中部分語(yǔ)義、結(jié)構(gòu)相似的字段多次出現(xiàn)。例如，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的權(quán)利人屬性表中，權(quán)利人名稱、權(quán)利人證件類型、權(quán)利人證件號(hào)、法人代表姓名、法人代表證件類型、法人代表證件號(hào)、代理人姓名、代理人證件類型、代理人證件號(hào)這9個(gè)字段高度相似。

3）屬性字段重復(fù)冗余。在現(xiàn)行的地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中，部分完全相同的屬性字段在多個(gè)屬性表中重復(fù)出現(xiàn)。例如，在土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中，有關(guān)控制點(diǎn)的名稱、點(diǎn)號(hào)、類型、等級(jí)等相關(guān)字段，在測(cè)量控制點(diǎn)屬性表與數(shù)字正射影像圖糾正控制點(diǎn)屬性表中重復(fù)出現(xiàn)，造成數(shù)據(jù)冗余。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)間結(jié)構(gòu)差異明顯

由于現(xiàn)有4種地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)在建庫(kù)過(guò)程中缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成各數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)存在差異，數(shù)據(jù)庫(kù)之間明顯異構(gòu)。主要體現(xiàn)在以下方面：

1）空間要素分層異構(gòu)。主要指部分空間要素層缺失的情況。例如，由于土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)土地利用信息重點(diǎn)關(guān)注，土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中所包含的基本農(nóng)田要素層和其他要素層在其他數(shù)據(jù)庫(kù)中缺失。

2）屬性結(jié)構(gòu)描述表異構(gòu)。主要包括：①部分屬性表缺失。例如，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中包括“房屋屬性表”、“房屋權(quán)利人擴(kuò)展屬性表”，而其他3種數(shù)據(jù)庫(kù)則不存在。②結(jié)構(gòu)沖突。例如，在城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中，權(quán)屬來(lái)源證明擴(kuò)展表為標(biāo)識(shí)碼、地籍號(hào)、土地證號(hào)、權(quán)屬證明文件類型、權(quán)屬證明文件編號(hào)、權(quán)屬證明文件日期、權(quán)屬來(lái)源證明；土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中，權(quán)屬來(lái)源證明擴(kuò)展表為標(biāo)識(shí)碼、地籍號(hào)、權(quán)屬來(lái)源證明文件類型、權(quán)屬來(lái)源證明文件編號(hào)、權(quán)屬來(lái)源證明、權(quán)屬單位代碼。同為權(quán)屬來(lái)源證明擴(kuò)展表，前表比后表多出“土地證號(hào)”和“權(quán)屬證明文件日期”2個(gè)字段，缺少“權(quán)屬單位代碼”字段。

3）字段沖突。①命名沖突。同名異義，例如，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的地類圖斑屬性表中均包含“圖斑面積”字段，但因空間對(duì)象的多尺度性，導(dǎo)致二者雖名稱相同，但含義卻不相同[9,10]；異名同義，例如，在城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的權(quán)屬調(diào)查擴(kuò)展表中，分別存在“界址標(biāo)志”和“界址標(biāo)識(shí)”字段，但均表示界址點(diǎn)標(biāo)記。②類型沖突。指采用不同的數(shù)據(jù)類型表達(dá)相同的字段。例如，權(quán)利人屬性表中的“代理人身份證明書(shū)”字段，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)把它定義為varbin類型，而土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)將其定義為char類型。③長(zhǎng)度沖突。例如，宗地屬性表中“實(shí)測(cè)面積”字段，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)分別將此字段長(zhǎng)度定義為16位和15位。④約束條件沖突。例如，行政區(qū)屬性表中的“控制面積”，在城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中屬于條件必填字段，而在土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中為必填字段。⑤值域沖突。以衛(wèi)星定位等級(jí)點(diǎn)的值域?yàn)槔?，其在城?zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中為A、B、C、D、E、二等、三等、四等、一級(jí)、二級(jí)；而土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中僅為A、B、C、D、E 5個(gè)等級(jí)。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)間數(shù)據(jù)冗余大

運(yùn)用相似度模型對(duì)現(xiàn)有地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)冗余進(jìn)行定量計(jì)算與分析。以城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)和土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的宗地屬性表為例說(shuō)明相似度計(jì)算過(guò)程：分析宗地屬性表中的字段名，確定等價(jià)概念對(duì)，用1或0表示概念的有或無(wú)，對(duì)宗地屬性表進(jìn)行簡(jiǎn)化，見(jiàn)表1。

由表1統(tǒng)計(jì)得到，宗地屬性表中f11=9，f10=7，f01=2。代入式（2），得到城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)宗地屬性表之間的相似度為50%。同理，可計(jì)算出各數(shù)據(jù)庫(kù)之間所含屬性表的相似度。通過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)、土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)、集體土地所有權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)及宅基地和集體建設(shè)用地使用權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)中所有同名屬性表的相似度分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中所涉及到的32個(gè)屬性表，其中4庫(kù)完全相同的屬性表有11個(gè)，占34．4%；3庫(kù)完全相同的屬性表有8個(gè)，占25%；2庫(kù)完全相同的屬性表有4個(gè)，占12．5%?？梢?jiàn)，現(xiàn)有地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)間相似度較高，數(shù)據(jù)冗余量大。

表1 宗地屬性結(jié)構(gòu)字段對(duì)比表

3 基于人-地關(guān)系模型的地籍?dāng)?shù)據(jù)組織優(yōu)化集成

針對(duì)現(xiàn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)雜糅、數(shù)據(jù)冗余度高以及數(shù)據(jù)庫(kù)間異構(gòu)、共享困難等問(wèn)題，本文基于由LADM拓展的人-地關(guān)系模型，并結(jié)合我國(guó)地籍管理現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中的屬性字段、組織結(jié)構(gòu)等進(jìn)行規(guī)范，構(gòu)建適合我國(guó)國(guó)情的一體化集成地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)。

3.1 地籍主體實(shí)體構(gòu)建

人-地關(guān)系模型中的主體實(shí)體“人”，是指地籍管理和業(yè)務(wù)中涉及到的所有角色，包括權(quán)利人、代理人、義務(wù)人、審查人、審批人等自然人和法人。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，權(quán)利人實(shí)體（權(quán)屬單位）的名稱、證件號(hào)等關(guān)于人的屬性信息，多次出現(xiàn)在房屋權(quán)利人擴(kuò)展表、權(quán)利人屬性表、他項(xiàng)權(quán)利登記擴(kuò)展表、地類圖斑屬性表和線狀地物屬性表中，造成數(shù)據(jù)冗余大、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)與更新困難。從相關(guān)屬性表中提取出人的本質(zhì)屬性，構(gòu)建人屬性的實(shí)體模型，見(jiàn)圖2。人屬性結(jié)構(gòu)描述見(jiàn)表2。

圖2 人屬性的實(shí)體模型

表2 人屬性結(jié)構(gòu)描述表

3.2 地籍客體實(shí)體構(gòu)建

人-地關(guān)系模型中的客體實(shí)體為地塊，即可辨別出同類屬性的最小土地單元[11]。依據(jù)本體論的思想，宗地、地類圖斑、線狀地物、零星地物都可以統(tǒng)一聚集到地塊實(shí)體中。設(shè)計(jì)的地塊屬性結(jié)構(gòu)描述表中僅包含地塊位置、地塊類型等地塊的本質(zhì)屬性，通過(guò)“標(biāo)識(shí)碼”、“地塊代碼”字段與其他相關(guān)聯(lián)的權(quán)屬信息和利用信息進(jìn)行掛接；通過(guò)“隸屬調(diào)查區(qū)代碼”與上級(jí)調(diào)查單元進(jìn)行掛接[11]；通過(guò)“隸屬地塊代碼”、“隸屬界址線代碼”與下級(jí)空間實(shí)體界址線、界址點(diǎn)掛接。地塊及其關(guān)聯(lián)屬性的實(shí)體模型見(jiàn)圖3，地塊屬性結(jié)構(gòu)描述表見(jiàn)表3。

表3 地塊屬性結(jié)構(gòu)描述表

圖3 地塊及其關(guān)聯(lián)屬性的實(shí)體模型

圖4 地籍業(yè)務(wù)屬性的實(shí)體模型

3.3 地籍業(yè)務(wù)實(shí)體構(gòu)建

人-地關(guān)系模型中的連接樞紐是指土地權(quán)利制度和土地利用制度，外化為地籍調(diào)查、土地登記申請(qǐng)、土地登記審批、土地注冊(cè)登記等多種地籍管理業(yè)務(wù)。地籍業(yè)務(wù)的發(fā)生將地籍主體實(shí)體與地籍客體實(shí)體相互關(guān)聯(lián)。本文構(gòu)建地籍業(yè)務(wù)屬性的實(shí)體模型如圖4所示。

需要補(bǔ)充的是，地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中除人-地關(guān)系模型的核心實(shí)體外，還包含許多基礎(chǔ)性地理數(shù)據(jù)和輔助性數(shù)據(jù)，如行政區(qū)、調(diào)查區(qū)、控制點(diǎn)、高程點(diǎn)及地類界線、各類注記等。這些數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)字段與核心實(shí)體相互掛接，從而使各數(shù)據(jù)層之間彼此聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)完整的地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)整體。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在分析現(xiàn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)缺陷的基礎(chǔ)上，通過(guò)理順地籍管理中所涉及的實(shí)體及其關(guān)系，克服數(shù)據(jù)庫(kù)之間的異構(gòu)與冗余等問(wèn)題，并基于人-地關(guān)系模型從人、地塊、業(yè)務(wù)等方面設(shè)計(jì)了通用的一體化地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)體模型與屬性表。相比現(xiàn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中的32個(gè)屬性表、360個(gè)字段，通用一體化地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)僅包含26個(gè)屬性表、244個(gè)字段，將大量冗余數(shù)據(jù)擠出。一體化集成數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)既減少了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，又滿足了數(shù)據(jù)庫(kù)范式要求，是地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1] TD/T 1016-2007土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2] TD/T 1015-2007城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[3] 陳紅艷, 于曉峰, 李曉燕, 等． 城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及發(fā)展趨向[J]．測(cè)繪通報(bào),2010(7):65-67

[4] 曹澤文, 錢杰, 張維明, 等． 一種綜合的概念相似度計(jì)算方法[J]．計(jì)算機(jī)科學(xué),2007,34(3): 174-175

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1672-4623（2016）02-0006-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.002

詹長(zhǎng)根,博士，副教授，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代地籍理論與方法、土地信息技術(shù)。

2015-03-30。

項(xiàng)目來(lái)源：全國(guó)宗地統(tǒng)一編碼示范推廣與集成應(yīng)用資助項(xiàng)目（DCPJ13-10.1）。