土地信息系统研究进展

论文题目：土地信息系统研究进展

课程名称 土地信息系统

学生学院 管理学院

专业班级 09级土地资源管理3班

学 号 3109005463

学生姓名 黄哲

指导教师 杨国清

2012 年 5 月 8 日

土地信息系统研究进展

摘要 经过多年的不懈努力, 我国土地信息系统取得了可喜进展, 一些城市或建立了业务运行系统、或发展了典型应用。与此同时, 人们对土地信息系统的认识也有了提高和深化, 主要表现为重视系统实用性与先进性结合, 重视系统建设中的非技术因素。此外, 在土地信息系统的技术方法等方面也取得了一定的研究进展。

关键词 土地信息系统 进展 文献 评述

中图分类号 N39

土地信息系统(land information system: LIS)，以计算机为核心，以土地资源详查、土壤普查、规划、计划、各种遥感图像、地形图、控制网点等为信息源，对土地资源信息进行获取、输入、存储、统计处理、分析、评析、输出、传输和应用的大型系统工程。

简介

土地信息系统能系统地获取一个区域内所有与土地有关的重要特征数据，并作为法律、管理和经济的基础。也就是说，土地信息系统就是把土地资源各要素的特性、权属及其空间分布等数据信息，存储在计算机中，在计算机软、硬件支持下，实现土地信息的采集、修改、更新、删除、统计、评价、分析研究、预测和其他应用的技术系统。土地信息系统按数据特征和软硬件配套系统的不同，可分为统计型和空间型两种。统计型土地信息系统的信息源是各种统计数据，不涉及图形和国家信息的存贮。空间型土地信息系统的信息源包括图形、图像、文字、字符、数字等，它不仅可以对图像进行数据存贮、处理和分析，也可以对字符、数字进行同样工作。土地信息系统是国家对土地利用状况进行动态检测的前提，也是保证科学管理的前提，它是高科技成果在土地管理上的成功运用。

内容

土地信息一般包括以下四大类：环境信息、基础设施信息、地籍信息和社会经济信息。其中环境信息包括：气候、土壤、地质、地貌、河床、植被、野生动物等；基础设施信息包括：公共设施、建筑物、交通运输系统等；地籍信息包括：权属、测量、土地定级与估价、土地利用控制等；社会经济信息包括：经济发展水平、卫生、福利和公共秩序、人口分布等。中国土地信息系统建设起步较晚，但发展很快。在20世纪80年代初期，黄土高原地理信息系统已经开始启动。1986年原国家土地管理局成立后不久，就将土地信息系统建设纳入土地科技重点发展规划之中。20世纪90年代中期，中国土地信息系统就完成了由项目型向管理型的转变。1995年全国土地信息系统科技成果演示汇报会，有40项应用成果分批演示，体现了中国在较短的时间内土地信息系统的发展规模。从90年代初期开始，全国许多土地管理部门在土地信息系统上投入了大量人力和物力。现在土地信息系统的功能已经覆盖了大部分土地资源和资产的管理工作领域，土地信息系

统对国民经济建设也发挥着日益重要的作用。随着计算机信息技术的飞速发展，土地信息系统的发展必将与计算机信息技术发展同步，推动国土资源管理的科学化和现代化。

土地信息系统的进展

经过多年的不懈努力, 我国土地信息系统取得了可喜进展, 一些城市或建立了业务运行系统、或发展了典型应用。与此同时, 人们对土地信息系统的认识也有了提高和深化, 主要表现为重视系统实用性与先进性结合, 重视系统建设中的非技术因素。此外, 在土地信息系统的技术方法等方面也取得了一定的研究进展。

1 业务化土地信息系统的建设

90 年代以来, 我国土地信息系统发展较快, 但在实用化方面逐渐地暴露出了一些问题, 如其中一些系统或停留在“科研成果”的试验研究阶段, 或处于相对初级的应用水平上, 与用户期望值有相当大的差距, 难以形成实际运作的业务系统, 没有发挥应有的效益。这既影响着那些业已上马的土地信息系统的持续发展, 也直接影响着其他持观望态度的用户。究其原因, 一是当初系统的设计目标过高, 片面追求大而全的系统; 二是低估了此类系统开发、维护的困难程度和复杂性。

1. 1 对业务化运作系统的认识有了提高

上述现象引起了学术界和政府有关主管部门的高度重视, 一些专家、学者呼吁要充分重视系统建设中的非技术因素, 大力发展业务化运作系统。查宗祥强调指出“土地信息系统不是一个用于研究的系统, 而是一个业务运行系统”, 应“研究GIS 工程建设方面的技术和有关规定”。程烨等在分析土地管理信息化建设现状的基础上, 阐述了土地管理信息化建设的目标:“建成手段先进、体系完整、反馈迅速、运行高效的全国土地管理信息网络; 在国家、省、地、县四级土地管理部门, 分别建成功能完善、面向实际的集土地利用、地籍管理、市场管理、法规监察、政务办公、信息服务和决策支持等一体的土地管理动态信息系统”, 并指出应制定政策标准、加强宣传力度、重视培养人才、开展应用示范。

1. 2 建成了一批业务化图文办公信息系统

随着认识的提高, 近年来我国一些地方的土地信息系统建设已开始从以往片面追求大而全的GIS 系统, 转向建立集GIS 与办公自动化(OA) 为一体的图文办公信息系统, 用于辅助进行日常业务办公。深圳规划国土管理局、常州市规划国土管理局、枣庄市土地局等先后建成了业务化的图文信息系统, 并投入日常业务运作。

深圳市规划国土局以规划为龙头、土地为中心, 采用集成化分布式管理方式, 设计和建设城市规划国土管理的综合信息系统。目前已完成了办文、土地测绘、地籍、产权、建筑报建、房地产市场管理、计划统计、土地使用费征收等子系统, 地形图数据总量达到5. 76GB ,用地数据总量达92MB ,建立了由市局和6 个分局

的7 个局域网构成的广域网系统, 实现了用地、规划、市政路网、地形图等空间数据准实时、远程交换处理。市局、分局、管理所的近千名业务人员开始利用该系统进行联网办案, 较大地提高了业务人员的工作效率, 避免了大量的人为错误, 有力地支持了深圳市规划国土局的窗口式办文和公文督办制度, 产生了较大的社会效益。

1. 3 国际上相关发展动态

近年来国际上土地信息系统的一个热点是向用户提供高一级的土地信息联网查询与服务。澳大利亚Western Aust ralia 州国土管理部(DOLA) 正在实施一个Smartplan 计划, 设计和研制土地信息查询子系统, 向四类用户提供服务:一是远程电话访问, 二是政府网络用户, 三是DOLA 内部用户, 四是问讯处的一般公众。用户可从邦联数据库中查找信息, 邦联数据库包括空间数据、街道地址、地名词典、政府财产登记、大地控制点、地理名称, 销售证明和其它各种地产数据等。该项目花费了17 个人年, 于1997 年11 月完成了共1205 页的功能需求规格分析, 计划于1999 年底启用新系统。

荷兰地籍与公共注册署目前正致力于发展基于internet 的地籍信息查询、分发和可视化功能, 包括允许用户通过元数据了解该局的地籍数据, 利用一个GEO shop 网上地理查询工具进行地籍图形数据浏览。于1990 年建立了地籍信息(非图形) 的联网查询, 有2500 注册用户;1997 年完成全国地籍图数字化, 目前这项工作是荷兰国家地理信息交换站的一部分。

2 土地信息系统的空间数据建模

土地信息系统的空间数据建模是根据土地管理的需求和空间数据模型理论, 描述土地信息系统的空间数据组织, 设计空间数据库模式, 包括定义空间实体及其相互间关系, 确定数据实体或目标及其间关系, 设计其在计算机中的物理组织、存取路径和数据库结构等。

2. 1 异质图、文数据的集成管理

陈军等针对规划国土异质图、文数据管理的问题, 提出了一种基于局域、分量、邦联模式的三级图文数据库集成模式, 即将图文数据的诸多局域模式转化成分量模式, 进而统一成联邦模式, 然后根据用户的具体需要构建出专门的用户模式视图。

涂真等根据土地信息管理的特点, 讨论了基于客户/ 服务器体系的土地管理信息系统的概念。朱国宾等对基于Int ranet 的城市GIS 设计方法进行了初步的探讨。程建全等针对现有城市空间统计单元不统一的问题, 提出了一种基于地块空间实体的统计单元模型, 并以旧城改造为例进行了实验。

2. 2 历史数据管理

在土地的管理与使用过程中, 地块空间分布及属性往往随时间变化。乐燕芬

等分析了土地划拨过程中地块分割、合并、复杂划拨及属性变化的特点, 提出用时态对象表达随时间发生变化的地块。常征等进一步总结出具有父子地块关系的时态地块的空间相交性和时间相接性, 推出具有父子关系的时态地块间应满足X 和T 两个约束条件, 并设计了一种基于扩展时空复合模型和元组时区标的地籍数据库数据结构, 不用事先建立父子地块间的链接, 从而有效地简化了原来的链接方法, 可较方便地查询变更地块间的链接关系。

2. 3 三维空间数据建模

在目前土地空间数据建模中, 人们是将形状规则的三维地籍要素(如multistorey buildings) 和其它空间实体等投影到二维平面上, 转化为二维目标, 并将其第三维的信息做为属性处理, 这在许多场合下导致空间目标划分与表达的困难。而对于形状不规则的3 维地形、海平面等, 通常用格网、TINS 和样条函数表示。由此所建立的数字地面模型中的每一个点(x ,y) 上只有一个z 值, 或者说不能处理多值问题, 因而被认为是2. 5 维的。近年来我国学者对3维空间数据模型这一国际学术前沿也进行了一些研究, 包括基于拓扑学的三维拓扑空间数据建模、三维GIS 混合数据模型。

2. 4 国际上相关发展动态

1996 年澳大利亚政府测绘委员会( ICSM) 针对各州(区) 所建数字地籍数据库标准不一、差异较大的问题, 组织研究和定义国家地籍数据模型和地籍数据字典, 作为澳大利亚国家基础地理信息基础设施的一部分。其目的是实现数字地籍信息的统一表达, 方便数字地籍信息与其它土地数据的集成, 为地籍数据库标准化和转换提供一个公认的数据模型。其做法分为三个步骤, 首先是分析澳大利亚、新西兰所有州(区) 的现有数据模型, 比较其异同; 进而提出一个能包容各已有模型的统一数据模型, 最后通过发放和回收调查表, 对提出的统一数据模型进行评估。该数据模型将地籍要素分成地块、附属物和行政界线等层, 其中地块层的实体包括地块、保护区、道路, 附属物层由若干专题层组成。采用扩展的ER 图表达数据模型中涉及到的19 种实体及其间的多对关系, 数据项则在地籍数据字典做了定义。

3 地籍空间数据库的建设与更新

从技术的角度看, 地籍测绘就是对法定地块边界进行定界、标界、量测, 建立以地块为基本单元的权属地籍, 建立地籍空间数据库, 为土地信息系统提供空间数据框架。

3. 1 地籍测绘的发展方向

在过去的10 多年里, 我国地籍重建工作取得了长足的进步, 包括制定了地籍测绘技术标准、初步地建立和形成了一套地籍测绘生产技术体系, 在许多城镇地区进行了地籍调查和地籍测绘工作, 一些城市还开始建设以地块为基础的地籍管

理信息系统。其主要进展包括: ①初步地建立和形成了一套地籍测绘生产技术体系; 经过多年不懈的探索和改进, 我国已初步地建立和形成了一套地籍测绘的生产模式和技术方法, 包括形成了图解地籍测绘(采用平板仪测图和航空摄影测量) 、数值地籍、坐标地籍(内外业一体化数字测图和航测解析数字测图) 的生产模式; 测量方法以极坐标法为主, 辅以导线法、线性测量法和GPS 法; 成果以地籍册集、地籍图集和地籍测绘数据集的形式提供。②在许多城镇地区进行了地籍调查和地籍测绘工作, 在局部地区进行了农村地籍测绘; 与此同时, 一些城市已开始建设以地块为基础的地籍管理信息系统, 用于接收和管理外业测量(用全站仪、GPS 、激光测距仪及航片刺点) 数据和地籍调查数据, 生产日常地籍管理所需的各种管理台帐、表格和地籍图件。沿海和内地的少数城市还开始设计和建设包括地籍数据在内的土地信息系统。

3. 2 地籍数据的精度和产品质量

赖志礼分析了两类界址点精度与面积精度的关系, 认为在面积相对精度确定的情况下, 面积越大, 界址点精度要求越低。因此, 在地籍测量工作中“可按面积的相对精度要求及地块面积大小, 选择适当的界址点精度”。何瑶民分析了地籍测量直伸型、弯曲型和锯齿型附合导线的点位精度变化规律, 讨论了其长度问题。张桥平对地籍图的显示与交换、注记等算法进行了讨论。

3. 3 国外的有关动向

1997 年FIG 第7 委员会(地籍与土地管理) 发表了“地籍系统的基准”调查报告。其目的是根据地块数目和内容、性能和可靠性、完整性、人员结构、费用与效益等要素, 对世界各国地籍系统的性能进行比较, 研究发展趋势。共有53 个国家填写了调查表。该调查报告主要是列举比较数据, 包括:每一地块的人口数、土地抵押价值的百分比、每年新增地块数、土地转让数、所有权和边界纠纷占总地块的比例、土地划拨和转让所需的时间(天数) 、地籍调查、数字地籍图和土地登记的完整性、按资本的从业测绘人员、律师数、在政府和私人部门的人员工资比较、地籍数据获取与维护的费用、地块划拨与土地转让的费用、地块划拨与土地转让的年收入。

4 土地信息系统的软件工程方法

土地信息系统既要处理和管理业务方面的文本数据, 又要处理、管理空间的图形数据, 还要在计算机网络上实现文本和图形数据传输与操作。从软件设计开发的角度看, 其建设与开发是一项涉及面较广、因素复杂的软件工程, 但现有的计算机软件工程方法不完全适用于这类GIS 应用系统设计, 需要发展适用的软件工程的分析方法。

4. 1 系统设计方法

非空间型计算机信息系统的设计已开始采用CASE 技术进行结构化分析、

数据流程描述、数据实体关系表达、数据字典与系统原型生成及原代码生成, 以提高系统设计的水平和效益。

国际上前几年已开始研究基于CASE 工具的GIS 系统设计, 主要是根据GIS 空间数据建模的特点, 设计和发展的专用CASE 工具。近年珠海国土信息系统设计采用了Oracle CASE 进行软件工程设计, 包括进行数据流程、实体关系等设计, 这是提高我国土地信息系统设计水平和建设效率的一个重要途径。

陈军等提出了一种图文数据流和控制流的集成表达方法。其是用顺序控制的两层结构集成表示图文数据流和控制流, 其上层描述系统的数据及处理, 反映了软件内部行为及数据信息流, 下层则描述系统的控制, 是对系统软件功能(外部行为) 或处理控制流程顺序的可视化表达。该方法一方面使控制流独立地位于下层, 而数据流独立地进出处理框, 因而可以单独去分析与评价控制流和数据流; 另一方面它又可直接反映控制流与处理动作、处理动作与数据、图形数据流和文本数据流之间的相互作用关系, 有助于对其进行分析与设计。

赵小敏等根据土地利用总体规划的要求和特点, 讨论了土地利用总体规划信息系统的设计模式、功能。也有人对面向对象方法在土地定级系统设计中应用研究。值得说明的是, 目前土地信息系统应用软件设计极少有直接从底层用C 语言等进行开发的, 基本上是在商业化GIS 软件平台上进行, 包括以AU TOCAD 、Autodesk GIS、Mapin2fo 、ARC/ info为平台的等。

4. 2 标准化研究

1998 年出版的《城市地理信息系统标准化指南》较为系统地介绍了城市GIS 的空间定位、数据结构、软硬件选择、数据质量、系统通讯网络、系统设计方法、系统实施与维护、安全与保密等问题, 为我国土地信息系统建设提供了一些可供参照执行的技术标准, 同时提出了一些应该注意的问题, 是一本重要参考书[57 ] 。宋其友等编著的《土地信息学》较为系统地介绍了土地信息的数据模型、数据获取、应用模型等。

5 土地资源的遥感动态监测

随着卫星遥感分辨率的不断提高, 遥感将在土地资源的动态监测中发挥越来越大的作用。寇有观等认为应运用现代统计理论和高新技术手段, 建立全国耕地总量快速调查系统。黄福奎分析了土地利用勘测对遥感资料分辨率和覆盖面的要求, 认为应发展我国自己的卫星系统, 融合各种技术手段的优势, 形成有机的技术体系。

6 展望

为了推动和促进我国土地信息系统的发展, 中国土地学会土地信息与遥感分会和中国测绘学会地籍测绘与土地信息系统专业委员会于1998 年10 月在杭州联合召开了“面向21 世纪中国土地信息系统”学术研讨会。通过学术报告、讨

论和商业展示, 与会的近百名代表交流、总结了近几年来土地信息系统领域的研究进展、先进经验, 研讨了有关土地信息系统设计、土地动态监测、地籍信息获取与管理等方面的技术方法, 讨论了当前土地信息系统建设过程中存在的问题, 研讨了面向21 世纪中国土地信息系统建设的方向与目标, 取得以下共识:

a 目前我国土地信息系统建设存在的主要问题是发展很不平衡, 离土地管理和国土资源信息化还有较大差距; 缺乏统一的技术标准, 系统低水平设计、软件重复开发现象严重; 土地信息化基础设施薄弱, 基础数据库建库与更新仍是一个瓶颈问题; 对关键技术、方法的科学研究和积累不够。

b 完整、准确、可靠的基础数据是土地信息系统的前提, 应确定基础数据生产和利用法定地位, 加快制定有关国家标准, 加强数据质量控制, 统一土地空间数据模型, 建立国家多尺度土地数据库, 加强国家土地空间信息基础设施建设。

c 面向21 世纪土地信息系统设计应注意采用新思路、新方法, 包括以数据为中心的系统设计、顾及行为的土地信息系统设计、系统的安全控制模型、远程网络等。数据组织则应考虑统一的分布式空间数据管理、面向对象的数据定义和处理、时态数据组织、多比例尺数据表达等。还应制定统一的系统设计标准和土地信息分类编码等。

d 应进一步加大业务化土地信息系统的发展工作, 满足土地管理业务工作的实际需要。为此, 要重视业务重组, 优化业务流程; 建立保障制度, 加强政策与舆论导向; 搞好试点和示范工程, 以抓点带面; 应用部门应有机地参与系统设计和建设工作。

参考文献

土地信息系统的进展∶1997～1998 文献评述

陈 军 周 星

(国家基础地理信息中心 北京,100044)