土地全生命周期地籍时空管理探讨范文

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《地理信息世界杂志》2016年第4期

摘要：

从地籍动态管理的角度，提出了土地与宗地全生命周期的概念。基于此，设计了地籍时空数据结构，探讨了面向全生命周期的地籍时空管理系统的结构和功能，并将研发的系统运用在实际业务中，以贯穿于其全生命周期管理。

关键词：

地籍动态管理；全生命周期；时空数据；时空管理系统

0引言

上海市国土管理部门在2014年提出了土地“全生命周期管理”需求，旨在将全生命周期理论运用到地籍动态管理中，从而可以节约、集约、合理、高效地使用土地。全生命周期的概念最早是由美国经济学家雷蒙德•弗农于1966年提出的，他将产品的全生命周期分为创新期、成长期、成熟期、标准化期和衰亡期5个阶段[1]，从而全生命周期理论逐步得到推广和运用。目前，全生命周期理论应用很广泛，特别是在企业管理、工程建设和环境治理等领域已有成熟的应用[2-4]。但在地籍地动态管理中的应用还处于探索阶段，有许多理论和技术问题亟待解决。文献[5]从房地产开发建设和管理的角度，定义了土地房屋的全生命周期管理概念，将土地房屋全生命周期分为土地管理、房地产开发、建设管理、房地产市场管理、物业管理和拆、改、留管理6个阶段。文献[6]基于企业生命周期理论，探讨了工业用地的生命周期及弹性出让年期的设置，较好地解决了工业用地出让以及后续管理中的问题。文献[7]在静态地籍GIS基础上，引入时态概念，建立了动态地籍GIS平台，并运用在地籍宗地变更管理业务中。文献[8]建立了基于全生命周期的地籍对象时空数据模型。但总体上，已有的研究主要是针对地籍管理中的某一业务或某个环节提出的，而地籍动态管理涉及多个环节和多项业务，地籍动态管理中的全部过程需要综合考虑。因此，本文在借鉴和综述已有全生命周期理论在地籍管理，以及其他领域的研究和应用基础上，从地籍动态管理的角度，首先提出土地全生命周期的概念，针对土地管理中的最小单元及地籍动态管理中的核心要素宗地，提出宗地全生命周期的概念。基于此，设计地籍时空数据结构，探讨面向全生命周期的地籍时空管理原型系统结构和功能，并运用在实际管理业务中，将土地的全生命周期管理无缝地衔接起来。

1土地与宗地的全生命周期

1.1土地的全生命周期

地籍记载着土地及土地上附着物的基本信息，其核心是土地[9]。要将全生命周期理论运用在地籍动态管理中，首先要分析土地的全生命周期。为此，本文在分析已有研究成果和上海市实际土地政策基础上，提出如图1所示的土地全生命周期概念，其是从土地总体利用规划开始，历经土地储备、土地供应、土地利用、土地管理5个阶段，而每个阶段由不同的业务组成，如土地储备阶段，包括将不合理的用地、闲置未利用的土地等收回，对集体土地改建设用地进行土地征收，对已经利用的土地进行收购等。同时，每个阶段的每个业务也有自身的全生命周期，如土地供应阶段的土地出让，首先确定地块范围，然后经过挂牌、竟标、签订出让合同、办理建设用地许可证和建设用地批准书等流程后，其土地出让业务的全生命周期结束。因此，不同业务的全生命周期构成了一个阶段的全生命周期，而各个阶段的全生命周期构成了土地全生命周期。同时，土地的全生命周期是一个周而复始的循环过程，在经历了规划、储备、供应、利用和管理后，因城市发展的需要（如旧城区改造，重大工程等），土地管理部门对土地总体规划进行适当的调整和修改后，再次进入土地全生命周期的各个阶段。土地规划、土地储备、土地供应和土地管理是行政管理部门实施的行政行为，而土地利用是土地使用者依据行政决定而实施的相关活动，因此，本文提出的土地全生命周期涵盖了土地管理和利用的全过程。

1.2宗地的全生命周期

全生命周期本质是从产生到死亡，是针对具体客观对象提出的，有明确的“始点”和“终点”。而土地全生命周期是一个周而复始无穷尽的过程，没有明确的“终点”，是在土地总量控制的前提下，基于土地管理和土地利用提出的。但土地全生命周期的各个阶段和各个阶段中的每项业务并不是对土地的整体开发和利用，而是将整个土地划分为具体的不同区域，每个区域有不同的功能和利用价值，依据区域的不同，可把土地划分为不同的地块，则地块和地块之间具有了一定的边界，这种边界具有“人为”因素的特点，是人为因素强行施加上的，在现实世界中有可能存在明显地物的区分，也有可能不存在地物的区分，因此，不同区域或地块随着边界的确定其开始创建或产生，随着边界的消失其随之消亡，虽然土地是固有的，也不可能消失，也不会发生变化，但是地块的边界、位置和形状会发生变化，即地块作为土地的一部分，伴随着创建、变化和消亡的过程。宗地是土地管理的最小单元，具有明显的界线和边界，因此，宗地可以理解为土地上不同的地块。为此，本文将土地上某一地块经历创建、变化和消亡的时间过程称为宗地的全生命周期。如图2所示，某一地块在时间轴序列上，在时刻ts开始创建，即人为地基于某一目的或行为强行为该地块施加上边界，随着时间的变化和土地的利用状态的改变宗地的边界会发生变化，而在时刻te消失，这种强行施加的边界消失，宗地随之消亡。所以，宗地的全生命周期可以用时间区间表示为[tste]。因此，宗地的全生命周期是以地块边界的创建为“始点”，以地块边界的消失为“终点”，其中间过程经历了边界的调整或变化。

2地籍时空数据结构设计

地籍动态管理业务的本质是反映宗地产生或创建、变化和消亡的时空变化过程，同时，宗地在全生命周期内的时空变化贯穿或交叉于土地全生命周期的各个阶段，或者各个阶段的某项业务中，如宗地的创建有可能发生在土地储备阶段的土地收购业务中，也有可能发生在土地供应阶段的土地出让或土地划拨业务中。宗地的变化有可能发生在土地管理阶段中的土地变更业务中，也有可能发生在土地储备阶段的土地收购业务中，如仅收购部分土地。宗地的消亡有可能发生在土地储备阶段的土地收回业务中，也有可能发生在土地管理阶段的土地变更业务中。因此，无论土地全生命周期管理的各个阶段或各个阶段的每项业务，还是地籍管理都是基于宗地这一客体，所以加强土地和地籍管理的前提是记录宗地的时空变化，而要记录宗地的时空变化，首先要设计宗地的时空数据结构。宗地时空数据结构的设计思想是设计相应的表来存储宗地图形信息。宗地的图形可能包含多个洞，即宗地的图形是由边界和洞组成，为此，设计相应的边界图形表Bord_Geometry和洞图形表Hole_Geometry。宗地图形的边界表Bord_Gemotry和洞表Hole_Gemotry分别存储了宗地图形的边界和洞边界在全生命周期内的时空变化和状态。每个宗地图形肯定包含一个边界，但洞的个数不确定，有可能没有，也有可能为一个或多个。因此，ZD_Gemotry表中字段ZDHoleIDs记录着宗地所包含洞的ID标识，其对应着洞表Hole_Gemotry中的ZDHoleID。表与表之间通过标识符连接，表1是3个表的部分字段设计和对应关系。边界表Bord_Gemotry和洞表Hole_Gemotry不需要用关键字关联，它们分别通过自身的ZDBordID、ZDHoleId和ZDID建立关联。要记录宗地对象图形信息的变化，需要将宗地的全生命周期分成若干个单元时间区间，在每个单元时间区间内宗地图形信息呈现一种状态，故设计相应的图形边界单元表和图形洞单元表，即BordUnit_Geometry（见表2）和HoleUnit_Geometry（见表3），两个表分别存储了宗地的边界和所包含的洞在单元时间区间内的时空变化和状态。表BordUnit_Geometry比表HoleUnit_Geometry多出字段“ZDH”“MBRMinX”“MBRMinY”“MBRMaxX”“MBRMaxY”。实际业务中，宗地的图形改变会导致宗地号改变，但在单元时间内其宗地号不发生改变。因此，将代表宗地号的字段“ZDH”设计在单元边界图形表中。字段“MBRMinX”“MBRMinY”“MBRMaxX”“MBRMaxY”是从系统的检索效率出发，（MBRMinX、MBRMinY、MBRMaxX、MBRMaxY）构成了宗地在单元时间区间内的最小外包矩形，在空间数据查询时，索引处理相同形状的简单实体效率最高。因此，在检索中，可对其宗地的最小外包矩形检索，首先判断宗地的最小外包矩形是否满足条件，若满足条件，则进入宗地实体对象的检索；若不满足，则直接跳过，这样可以大大地提高检索效率。表BordUnit_Geometry同表HoleUnit_Geometry中的字段“ZDBordUnitID”和“ZDHoleUnitID”分别对应着表Bord_Geometry和表Hole_Geometry中的字段“ZDBordUnitIDs”和“ZDHoleUnitIDs”，形成多对一的关系。

3地籍时空管理系统

3.1地籍时空管理系统结构

基于上述分析，结合上海市土地管理业务需求，本文研发了面向全生命周期的地籍时空地管理系统，该系统是基于组件设计的，包括如图3所示的三层体系结构。业务应用层也叫业务表示层，指系统的界面，同用户交互，根据用户的需要及系统的功能为用户提供相应的服务。业务逻辑层是业务应用层和数据层的中间层，完成用户与计算机数据库的交互，向上为应用层提供用户的需求，向下与数据层完成数据转换，执行具体的诸如检索、查询、统计等任务。业务逻辑层的功能通过组件MapX5.0、MapObject2和AutoCAD2002来实现。数据存储层负责存储计算机可以识别的地籍时空数据，通过数据访问接口处理业务逻辑层的数据访问请求。主要包括宗地基础图库和数据字典库等，本文采用成熟的关系数据库SQLServer2000存储宗地空间和非空间数据，保证了安全性、一致性、完整性和并发控制等[10]。

3.2地籍时空管理系统功能

本文研发的地籍时空管理系统功能包括地籍GIS基本功能、时空数据变更与维护、时空数据查询与追溯、时空数据统计与分析、其他业务办公接口和系统日志管理。地籍GIS基本功能是任何GIS系统都具有的基本功能，包括图形的放大、缩小、量距、查询和打印输出等。时空数据变更与维护包括地籍时空数据质量控制、基础数据的录入和地籍时空数据变更。时空数据查询和追溯是地籍时空管理系统的核心功能，时空数据查询包括基于宗地的查询和基于时间的查询，基于宗地的查询是查询宗地在某个时刻或某一时间区间的状态，包括现状查询、历史查询和事件查询。基于时间的查询是指在某个时刻或时间段，哪些宗地发生了变化，故分为时间区间查询和时刻查询。时空数据追溯是基于宗地在全生命周期内的时空变化而进行的查询，如图4为宗地在全生命周期内的追溯。时空数据统计与分析是地籍管理的一项重要工作，经过对宗地时空基础数据、变化数据的统计，能反映宗地数量、质量、分布及动态变化现势和历史情况，系统提供了按宗地的类型、用途、变化等以报表或图（饼状图或柱状图）的形式进行统计，通过对时空统计数据的加工与分析，可以充分地认识和利用隐含在宗地时空数据中的有用信息，从而对宗地未来变化的趋势做出科学、正确的推理和预测，为政府提供决策支持功能[11]。地籍时空管理系统作为土地管理的综合统一平台，为其他各种业务系统提供了基础图形数据，因此，该系统为其他业务办公子系统提供了数据接口，如土地审批系统、土地权属登记系统等，由此，将本文提出的土地全生命周期中各个阶段和各个环节的土地管理无缝链接起来。

4结束语

本文在借鉴和分析已有全生命周期理论在其他领域，以及在地籍管理中的研究和应用基础上，结合上海市土地管理政策，分别提出了土地与宗地全生命周期的概念。基于此，设计了地籍时空数据结构，探讨了面向全生命周期的地籍时空管理原型系统结构和功能，研发的系统已在上海市某区得到应用。实践表明，该系统较好地满足了上海市土地管理部门提出的土地“全生命周期管理”的需求。

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[11]王佳璆，邓敏，程涛，等.时空序列数据分析和建模[M].北京：科学出版社，2012.

作者:孟令颂 陈鹏 童小华 金雁敏 单位:同济大学测绘与地理信息学院