第一章 绪 论
1.1 研究背景及意义
土地是人类生存和发展的物质基础,是国家的基本要素。土地资源作为土地的重要组成部分,对中国的宏观调控、土地资源真实和准确的数据管理发挥了重要作用[1]。为了有依据的开展土地调查工作,我国制定了相关的土地调查制度,并逐步对这一制度进行完善。土地调查制度作为我国的基本制度之一,是贯彻落实科学发展观的总需求,是保护农民的切实利益,保持社会稳定的需要。完善的土地调查制度不仅能提高政府的执法能力,还能对我国的耕地依法进行保护。在遥感影像的基础上,各地区通过外业调查工作对权属、地类、位置、面积等进行实地核查[2],了解我国城市和农村的土地类型分布以及土地使用情况;对集体土地和国有土地使用权登记发证情况进行核实;查清我国基本农田地块的数量和分布等有关情况,并对每块基本农田进行备案登记和保护;建立土地调查数据库,提高数据准确性,方便在今后实现数据管理、数据共享、数据检索和数据修改等工作[3]。我国的土地调查工作始于 1988年,由于当时技术落后,计算机发展刚处于起步阶段,到 1996年我国才结束了第一次全国土地调查工作。2007年,我国开始筹划进行第二次全国土地调查工作,2009年底完成了该项工作[4]。2010 年开始,全国土地调查进入日常变更阶段,土地调查数据库更新已经成为迫切需要解决的问题。为此,中国土地勘测规划院组织编制了《土地调查数据库更新标准》(以下简称:《更新标准》)和《土地调查数据库更新技术要求》(以下简称:《更新技术要求》),提出了构建土地调查数据库增量更新模型的思想,并给出了具体的构建方法,同时规定了土地调查数据增量包的内容、要求和格式,明确了土地调查数据的增量更新模式。2011年,按照全国行政区划,实有 2885 个县级土地调查单位完成了外业变更调查,按照规范后的增量变更方式提交了土地变更调查矢量数据增量包,数据容量达 300GB,初步实现了土地调查数据库有关矢量数据的增量更新工作。至此,全国土地调查矢量数据增量更新模式已经基本成熟,实现如此海量的矢量数据增量更新,经初步查证,在国内外属于首创[4]。
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1.2 国内外研究现状
中国是一个历史悠久的国家,在土地利用研究方面也具有悠久的历史,早在二千年前,《禹贡》作为最早的古代地理文献记录了我国不同地区的土地分类和土地利用状况,但是受当时技术限制,进行的研究并不多。在上世纪三十年代,我国曾经就当时的土地利用调查情况进行过一次比较系统的调查研究工作。在国际上,英国早在 1931年开始了土地调查工作,美国的土地调查工作也开始的比较早,具体为 1934年。而在亚洲,日本是最早开始土地调查研究的国家,在 1951年就出台了与土地调查有关的相关法令,并于 1962年颁布了土地调查计划书。但这些最初的土地调查成果受当时条件的限制,并不能建立最为完善的土地调查数据库[5]。遥感技术具有客观性强、周期短等优点,它不仅能在短时间获取最新的土地利用信息,而且可以持续获得很稳定的土地覆盖数据流。根据土地利用数据的用途不同,需要的基础图件比例尺也不相同。利用先进的遥感技术,可以实现这些不同比例尺图件的实时更新工作。美国、加拿大等国家,在卫星遥感数据与航空遥感数据的基础上,对本国的土地利用情况进行调查,这种调查工作一般每五年或者十年进行一次。另外一些发达国家,如日本、澳大利亚等,也会使用卫星遥感的方法定期对土地资源的利用情况进行调查。在国外,近二十年来遥感技术已被广泛应用于国土资源管理中。
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第二章 土地调查及更新
2.1 数据生命周期的基本概念
“周期”是一种时间跨度,它强调的是数据运动,体现了数据从最初的形成、变化的过程、现实的状态到历史保存的整体运动过程。“数据生命周期”则是指数据从产生到变化,从现状到历史保存的整体的运动过程[12]。数据是一个完整的运动过程,它描述了事物从形成到变化,从现状到历史保存。因为数据价值形态的不断变化,这一完整过程可以归纳为以下阶段:产生、变化、现状、历史保存。由于数据的价值形态具有规律性的变化,因此数据的其整体运动过程具有不同的阶段性,而各个阶段的特点也不相同[12]。数据生命周期反映了数据运动的内在联系与整体性,它为数据管理奠定了理论基础。数据生命周期在整体上是一个连续的过程,数据运动的过程需要前后衔接,而且各个阶段会相互影响,因此需要根据各个阶段数据的本体特征与管理特征对其进行划分[12]。
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2.2 土地调查数据的生命周期
论文在第一章已经指出了进行土地调查工作的重要意义,为了进一步规范土地调查行为,早在上世纪八十年代,国家就制定出了《 土地利用现状调查技术规程 》,规程明确了“土地利用现状分类”。在该分类中,一级类共有八个,二级类共有四十六个[13]。随着社会进步的要求,根据国家需要开展土地详查工作,获取最真实的土地数据,了解我国土地利用的实际情况,如土地类型、数量和使用情况等,建立国家级的土地资料库,同时需要对我国土地的利用情况进行科学评估,给出评估报告,为国土资源管理提供依据。同时在 1990年汇总出各类土地数据资料并进行提交。由于工作量巨大,技术要求高且投入经费不足等原因,土地详查的进度比较缓慢,暂时还不能满足经济建设与社会发展的需要。为了进一步获得充足的、准确的国土资源数据,1989年,按照国务院指示,适当延迟了第一次土地调查的最后期限。由于第一次土地调查工作是在计算机刚起步的环境下进行的,内业几乎全是由人工来完成,不仅工作量大,而且时间特别长。后续地市级和省级的数据汇总困难,图件缩编进度缓慢。全国有 2831个县,到 1994 年,共有 2350 个县完成了基本任务。国务院办公厅指出,“经过十年的努力,县级调查已经基本结束,现在转入到地(市)、省和全国的土地调查汇总工作阶段。各级政府在完成基本工作的基础上必须再接再厉,建立动态监测制度,要为进一步加强土地的管理工作打好坚实的基础,以适应国民经济与社会发展的需要。”
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第三章 增量数据库建设....... 16
3.1 数据库增量更新...........16
3.2 增量更新基本原理.......16
3.3 更新空间要素分层.......16
3.4 增量数据库更新模型...........18
3.5 数据库更新实例模型研究...........34
第四章 新型增量数据库....... 40
4.1 重构增量包模型原因...........40
4.2 重建土地调查增量数据库...........41
4.3 重构增量模型.......44
第五章 增量数据库模型应用与实践........... 49
5.1 实验准备 ......49
5.2 实验方案设计.......49
5.3 实验数据源 ..........50
5.4 增量数据生成过程.......52
5.5 增量数据成果检查.......57
第五章 增量数据库模型应用与实践
5.1 实验准备
利用外业调查成果资料和数据,按照更新前要素分层进行变更矢量数据采集和相关属性信息采集。数据采集方法和要求依据《更新技术要求》的规定,数据必须保证拓扑正确。利用更新后要素成果,分层与变更基础库所有图层叠加,提取基础库中所有涉及变化的点对象、线对象和面对象,将所有提取的对象集合分层整合为更新前要素,并补充、完善相关属性信息,形成更新前要素成果。如下图 5.6 所示,其中绿色和淡绿色部分为 2011 年末数据(更新基础数据),红色部分为更新后要素对象,被红色部分包含、分割或与红色部分相交的 2011 年更新数据中的要素对象集合为更新前要素。首先将更新前要素、更新后要素和更新过程要素三个 VCT文件分别转为ArcGIS 的 ShapeFile 格式;然后利用 ArcGIS软件对实验数据进行精度与拓扑检查,并进行属性数据检查[54]。属性检查的主要内容为检查各图层更新前、更新过程和更新后的图层名称、属性字段的名称、数量、类型、小数位数等能不能满足属性结构规定的要求。拓扑检查的主要内容为检查各图层里的各要素是否存在重叠、相交问题;对于线图层,则还需要检查线图层里的要素是不是存在悬挂线;对于面层则还需要检查面图层里的要素是不是闭合。其他要素层需要检查的具体内容可从表 5.1中获得。逻辑一致性检查的主要内容为检查各个图层里,各字段的属性是不是保持一致,检查各个图层要素中的标识码是不是唯一的,其他要素层需要检查的具体内容可从表 5.1 中获得。
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结论
土地调查数据的更新问题,最基本、最迫切的就是土地调查增量数据模型的研究。增量数据模型的优劣,不仅决定了土地调查数据工程的组织、管理、机制和技术方面的模式,同时对于土地调查信息管理系统的稳定性、功能的实用性和操作的灵活性有着决定的作用,而且对于土地调查数据在国土、水利、环境、农业和建设等国民经济其他领域的广泛应用、深入研究与可持续发展有着严重的影响和制约作用。论文首先介绍了土地调查工作在我国的土地管理中起到的作用,在了解了我国先后进行的两次土地调查和进行土地调查数据更新的原因之后,给出了土地调查数据库的更新流程。论文重点介绍了土地调查增量更新的基本原理、要素更新和增量数据库更新模型,并通过地类图斑要素实例对更新模型进行研究。在原有增量包模型的基础上,根据国家的最新相关政策法规和国家对土地调查数据的更高需求,提出了重新构建数据库模型的新思想并给出了新模型的具体实现方法,最后在合肥市庐阳区土地调查增量数据库的基础上,通过实验对土地调查数据在新模型下的更新实现结果进行了检测。传统的土地调查数据库更新,以地类图斑为例,每个图斑的变更需要