土地利用数据库更新方法研究与实现

 土地资源一直是都是人类生存的基础，在社会经济快速发展的今天，对土地资源的合理使用变得越来越重要，因而探索土地资源数据快速更新技术确保数据库中数据的现势性以辅助土地部门对土地资源进行管理、合理开发成为了迫切的需求。
本文针对目前土地利用数据库变更作业效率低、劳动强度大并且容易出现质量问题的不足，通过调研前辈们对增量更新模式的探索，尝试设计一种增量信息提取算法并以黑龙江XXX县2014年数据为例实现。论文的重点在介绍图斑几何数据自动重构和权属内容自动关联技术以及基于此技术进行拓扑属性联动增量信息提取的算法设计。
首先文章介绍了增量更新方式起源和发展。自第二次全国土地调查结束后，为保持二调成果的现势性，并提高数据库更新效率，我国开始采用增量更新模式，相对于传统的整库更新模式，增量更新有着效率高、节约存储空间的优势，只是对技术有着更高的要求。
然后详细解读了图斑几何自动重构和权属内容自动关联技术的基本原理以及其在土地利用数据库增量更新中的实际应用。图斑几何重构基于空间拓扑查询和操作，于是能够在重构过程中保证拓扑关系正确，权属内容自动关联采用拓扑匹配和语义匹配相结合的方式建立关联，在这种拓扑关系严密，属性结构完整的环境中不仅工作效率高，而且正确性有保障。
接下来基于图斑自动重构和权属内容自动关联技术依据土地利用数据库更新标准和数据之间的逻辑关系设计增量信息提取算法。几何信息和属性信息采用分层提取、分层赋值的方式，依照特定的逻辑顺序依次生成，部分数据层属性信息根据情况进行多次赋值。
最后，论文以黑龙江省XXX县2014年变更数据为例对前面所设计的算法进行了实现。实验表明该算法达到了批量数据处理的要求，一次计算时间能够控制在0.5小时之内，并且对计算机配置要求一般。
本文研究内容对提高土地利用数据库增量更新作业效率有着实际的意义。

关键字：土地利用数据库；拓扑属性联动；增量信息提取
目录
摘要 I
Abstract III
目录 V
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 5
1.2研究现状 6
1.3 研究内容及论文章节安排 7
1.3.1 研究内容 8
1.3.2 论文章节安排 8
第2章 土地利用数据库增量更新关键技术 10
2.1图斑几何数据自动重构技术 10
2.1.1 点对象、线对象和面对象 10
2.1.2 空间拓扑关系及拓扑操作 11
2.1.3 几何重构流程 13
2.1.4 图斑几何重构算法实现 15
2.2权属内容自动关联技术 18
2.2.1 用于建立属性关联的匹配方式 18
2.2.2 权属内容自动关联流程 20
2.2.3 自动关联算法实现 21
2.2.4 实例分析 23
2.3 本章小结 25
第3章 土地利用数据库更新增量信息提取 26
3.1 增量数据更新模式中的概念及流程 26
3.1.1 基本概念 26
3.1.2 流程 28
3.2 土地调查数据库更新标准 29
3.2.1 土地调查数据库更新标准与土地利用数据库标准的关系 29
3.2.2 空间要素分层 30
3.2.3 空间数据属性结构 30
3.3 增量提取 33
3.3.1 土地利用数据库中数据质量要求 33
3.3.2 增量信息提取机制 35
3.3.3 增量几何信息提取 38
3.3.4 增量属性信息提取 43
3.4 本章小结 47
第4章 土地利用数据库增量更新实现 48
4.1 运行环境及测试数据 48
4.1.1 运行环境 48
4.1.2 测试数据 48
4.2 系统功能 49
4.2.1 任务加载 49
4.2.2 数据库更新 50
4.2.3 浏览和编辑 54
4.3 实例测试 54
4.4 本章小结 56
第5章 结论与展望 57
5.1 研究工作总结 57
5.2 后续工作展望 57
参考文献 59
附录1： 62
致谢 67
土地是我们人类生存和进化的必要的物质基础，是人类社会生产中必须的生产资料的重要来源，也是一个国家重要的基本组成要素。我国幅员辽阔，土地资源机器丰富，因此实时掌握土地资源信息，对我国在土地利用开发甚至是整个国家经济的宏观调控有着重要作用。近年来，各种基于计算机技术的信息管理技术和地理信息系统技术等各种技术得到了很好的发展随，各土地管理部门也与时俱进，借助当前先进技术实施了其对土地调查数据的管理方式的转换。以前土地管理部门基本上是采用纸质的方式进行管理，现在我国各部门先后利用各种计算机新技术辅以纸质的综合模式建立了土地信息管理系统。
我们对土地资源的固定属性的开发方式和目的意图称之为土地利用，它同时也是一种经济活动、一个技术问题、一个经济问题。本研究主要涉及到的是它的覆盖类型，一般包括地表的植被、土壤的类型、水系、湿地及各种建筑物（如大坝等），它同时具有时间和空间两个特定的属性值，其形态和状态可在不同的时空中呈现多样性。土地利用数据库更新即保持数据库中土地利用覆盖信息的现势性，这也是目前各级土地管理部门主要工作内容之一。当前土地利用数据更新工作主要依靠大量操作人员人工替换完成，这种更新方式不仅比较容易在更新过程中破坏各个目标之间的拓扑关系，容易出错，而且劳动强度大；尽管有许多前辈开发了采用增量数据包更新的软件，但依然存在处理数据量小，运行缓慢，增量包数据需要人工调整等问题。
本文研究内容偏向于解决实际生产中的问题，在调研目前土地利用数据库更新工作中存在的不足的基础上，结合国家颁发的《第二次全国土地调查土地利用数据库更新标准》和相关行业规范，通过深入分析更新过程中目标几何重构的规律和由于几何变更而引起的属性关联变化，研究出一套基于联动规则，并附加质量约束的高效的增量提取方案；然后基于C#+ArcEngine编程实现。
在土地利用数据库更新业务中，往往涉及对现状图斑、新增建设用地、违法用地图斑、新增耕地数据来源等多种经外业核查需变更的业务数据逐个进行数据更新，而逻辑空间分析判断的效率及图斑处理精度直接影响着整体更新作业流程，面临数据库内容更新操作繁琐、更新质量控制难、更新协同作业难等问题大大降低智能化更新效率。本文旨在基于国内外现有土地调查、土地调查数据更新等相关技术方法研究成果的基础上，着力提高更新效率。
1.3.1 研究内容
本文围绕使二调成果数据库数据与现实情况同步进行的年度土地利用变更调查进行展开，通过了解增量更新模式，深层次分析增量信息提取步骤和方式，并基于ArcEngine+C#实现增量信息的提取。主要内容包括：
（1）论述土地利用数据库增量更新所用到的关键技术。描述图斑几何数据自动重构的技术的基本原理及其在土地利用数据库更新中的使用；介绍权属自动关联技术的技术基础，以及如何应用于数据库增量更新中；
（2）基于（1）中技术在土地利用数据库更新中的应用的增量提取方式。简单介绍了更新中涉及到的几个基本概念、增量信息提取流程以及更新标准，着重研究了增量信息提取过程中几何信息和属性信息的具体提取方法。增量数据的几何信息和属性信息是紧密关联的，在分别提取的情况下又相互依赖，因而最后其实是按照一定顺序，交织提取。如此将已经提取的增量信息用于目标匹配或者作为信息源使得最后所得结果能够前后一致，并且能够减少计算过程中所需要得内存增大数据处理能力；
（3）对基于拓扑属性联动规则的土地利用数据库增量更新模式的算法实现。基于ArcEngine，采用相互依赖、交织提取的方式提取增量信息，生成增量数据包。
1.3.2 论文章节安排
针对研究内容，论文总共分为五个章。具体安排如下：
第一章《绪论》 。
从第二调之后为使其数据保持与现实情况年度内同步而进行的年度土地利用变更调查介绍本文的研究背景，同时引出对新的增量更新模式研究的必要性和意义，陈述目前该技术的研究现状，并提出了本文的研究内容和章节安排。
第二章《土地利用数据库增量更新关键技术》 。
详细阐述“图斑几何数据自动重构”和“权属内容自动关联”两个技术的基本原理，说明图斑几何在土地利用数据库中是如何重构的，以及权属内容又是怎么建立关联的。
第三章《土地利用数据库更新增量信息提取》 。
解读土地利用数据库更新的增量更新模式的流程以及标准，根据数据质量要求，设计增量信息的提取机制，并提出具体的增量几何信息和增量属性信息的提取方法。
第四章《土地利用数据库增量更新实现》
介绍“更新系统”的运行环境和系统的主要功能，以“黑龙江XX县”数据为例演示更新实例。通过与目前主流的更新方式对比，体现该种增量提取机制的优势。
第五章《结论与展望》
总结本文所取得的成果，并提出下一步研究的计划和期望。