一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法
2023-05-01 03:12:46 1
一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法
【專利摘要】本發明涉及一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法，包括：建立歷史土地利用資料庫和年度變更調查資料庫，歷史土地利用資料庫包括一調、過渡期的土地利用資料庫和二調的土地利用資料庫；對一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建；根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據以及二調後年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量；根據土地利用變更增量生成變更事件表，並記錄變更前後要素實體父子繼承關係、變更類型，對要素實體的產生時間和要素實體的消亡時間賦值，完成土地利用數據時態拓撲自動構建，該方法大大的降低了土地利用時態資料庫建庫的工作量，提高了時空數據檢索和趨勢分析的效率。
【專利說明】一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基於地理事件時態數據建庫【技術領域】，尤其涉及一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法。此方法對於加強土地用地管理、監測用地變化趨勢有重要現實意義。
【背景技術】
[0002]自1984年以來，我國完成了第一次、第二次全國性土地調查，開展了年度土地變更調查工作，積累了海量的土地利用數據。當前土地管理業務迫切需要利用長時間序列的時態數據進行歷史回溯、變化監測和趨勢分析，為城鎮化發展、耕地保護、土地市場提供技術服務。時態資料庫是時空數據挖掘分析的基礎。土地利用調查數據量龐大，通過技術人員人工構建要素實體時態拓撲，建立時態資料庫不具現實性。如何利用現有的土地調查數據，實現土地利用數據時態拓撲的自動構建是目前建立時態資料庫的核心技術問題。
[0003]土地利用數據多為序列快照數據，記錄各年度土地利用的狀態。當前土地部門在數據管理時，常採用結構簡單、易於實現的序列快照模型。此種時空數據管理模型對於要素變化的描述不直觀，缺少土地利用變化時態拓撲關係，時態數據檢索和時空分析困難，難以滿足現實需求。為了實現時間信息和空間信息的一致化處理，先後提出多種數據模型，如時空立方體模型、時空組合模型、基態修正模型等。在已有的時空數據模型中，採用基於事件的基態修正模型比較適合時空資料庫設計實現，並有人針對具體應用和科學問題提出了對模型的改進。但土地利用要素實體變化多樣(點面、線線、線面、面面等多種變化)、時空關係複雜性(變更前後父子關係多對多關係)，既有歷年的現狀數據又有變更調查數據，現有改進模型並不能滿足時態管理的要求。
[0004]土地利用數據時態拓撲構建就是基於合適的土地利用時空數據模型，對「一調」(第一次全國土地調查，1984年-1996年，下同)、「過渡期」(土地調查中間過渡時期，一調結束至二調開始之間，下同)和「二調」(第二次全國土地調查，2007年-2009年，下同)等不同時期的數據進行再組織的過程，也即以土地利用現狀數據、變更調查數據等原始數據為基礎，提取變更增量數據，甄別要素實體變化類型，關聯要素實體歷史繼承關係以及賦值要素生存消亡時間的過程。現有技術常根據地理實體的屬性及幾何狀態之間的關係確定地理實體的變化類型及關聯類型，構建要素實體的時態拓撲關係。但是現有技術中針對的地理實體與土地利用實體不同，實體變化類型並不一致。因此，實體變化類型的關聯規則和方法也不適用土地利用要素實體關聯。現有技術中也常通過事件語義提取土地利用變更業務中相應的地理事件，建立土地利用數據狀態發生變化的原因、事件以及數據間的聯動關係，實現級聯數據的時態拓撲關係構建。但該時態拓撲構建方法僅適用於土地利用實體的時態拓撲局部更新，對以土地利用現狀數據、變更調查數據為基礎進行時態數據提取和時態拓撲關係構建的情境並不適用。
[0005]綜上所述，時空數據模型並沒有考慮不同時期土地利用數據的數據內容不一致、數據結構異化等問題，多時態土地利用時空分析檢索效率較低，空間計算複雜度高；時態數據關聯方法不適用於基於一調、過渡期、二調土地利用現狀數據的變更增量提取、父子繼承關係識別以及拓撲關係構建，不利於時空數據檢索和趨勢分析。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是如何針對一調、過渡期、二調以及變更調查等不同時期土地利用現狀數據，實現時態數據的一致性存儲和管理，基於序列快照數據和變更增量包提取土地利用變更增量，實現土地利用數據時態拓撲的自動構建。
[0007]為此目的，本發明提出了一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法，包括以下步驟:
[0008]建立歷史土地利用資料庫和年度變更調查資料庫，所述歷史土地利用資料庫包括一調、過渡期的土地利用資料庫和二調的土地利用資料庫；
[0009]對所述一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建；
[0010]根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據以及二調後年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量；
[0011]根據所述土地利用變更增量生成變更事件表，並記錄變更前後要素實體父子繼承關係、變更類型，對要素實體的產生時間和要素實體的消亡時間賦值，完成土地利用數據時態拓撲自動構建，形成時態拓撲完整的資料庫。
[0012]優選地，對所述一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建，具體為:將一調、過渡期的土地利用數據中同名實體數據進行一致化重建。
[0013]優選地，所述根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據以及二調後年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量，具體包括:
[0014]對一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據，採用基於序列快照數據提取增量方式獲取土地利用變更增量；
[0015]基於年度變更調查資料庫中的年度變更調查數據提取土地利用變更增量。
[0016]優選地，所述基於序列快照數據提取增量方式獲取土地利用變更增量具體包括:
[0017]通過對相鄰兩年的土地利用現狀數據進行空間疊置分析，生成要素變更文件；將所述要素變更文件和所述相鄰兩年的土地利用現狀數據進行關係運算，進行土地利用變更增量數據的提取。
[0018]優選地，所述基於年度變更調查資料庫中的年度變更調查數據提取土地利用變更增量具體包括:
[0019]獲取所述年度變更調查數據的更新過程文件；
[0020]根據所述更新過程文件進行過渡期之後的土地利用變更增量數據的提取；
[0021]優選地，所述土地利用變更增量數據的提取具體包括:
[0022]提取未變更要素實體，生成未變更要素集；提取屬性變更要素實體和幾何變更要素實體，生成變更前要素集和變更後要素集。
[0023]優選地，所述根據所述土地利用變更增量生成變更事件表具體包括:
[0024]根據所述土地利用變更增量數據提取變更前要素集、變更後要素集和未變更要素集;
[0025]為所述變更前要素集中要素實體的消亡時間和所述變更後要素集中要素實體的產生時間進行記錄；[0026]根據所述土地利用變更增量數據提取變更前後要素實體父子繼承關係；
[0027]根據所述變更前要素集、變更後要素集以及變更前後要素實體父子繼承關係生成變更事件表。
[0028]通過採用本發明所公開的一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法，在構建土地利用時空數據模型基礎上，提取時態數據、建立實體歷史繼承關係、時態拓撲關係，構建土地利用數據時態鏈，實現不同時期異構數據的一致化存儲，為土地利用歷史追溯、趨勢分析提供可靠的時態資料庫。實現一調、過渡期、二調等不同時期現狀數據的歷史繼承關係識別和時拓撲自動構建，基於變更調查數據實現對已有時態鏈的的時態資料庫進行動態更新和維護，大大的降低了土地利用時態資料庫建庫的工作量，提高了時空數據檢索和趨勢分析的效率。該方法為土地管理領域長時間序列大數據挖掘提供多時態、數量和質量一體化的時態數據分析基礎，為城鎮化發展、耕地保護、土地市場服務等應用領域需要土地變化規律的分析和挖掘提供技術支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特徵和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中:
[0030]圖1示出了本發明一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法的流程圖；
[0031]圖2示出了本發明實施例中土地利用時態資料庫的組織結構圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合附圖對本發明的實施例進行詳細描述。
[0033]本發明實施例提供了一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法，針對一調、過渡期、二調土地利用數據特點，提取重建前後數據，提取變更前後增量數據，構建時態數據拓撲關係，如圖1所示，包括以下步驟:
[0034]S101，建立歷史土地利用資料庫和年度變更調查資料庫，所述歷史土地利用資料庫包括一調、過渡期的土地利用資料庫和二調的土地利用資料庫。
[0035]S102，對所述一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建，具體為:將一調、過渡期的土地利用數據中同名實體數據進行一致化重建。
[0036]S103，根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用資料庫中的土地利用現狀數據以及年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量，具體包括:對一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用資料庫中的土地利用現狀數據，採用基於序列快照數據提取增量方式獲取土地利用變更增量；基於年度變更調查資料庫中的年度變更調查數據提取土地利用變更增量；其中，基於序列快照數據提取增量方式獲取土地利用變更增量具體為通過對相鄰兩年的土地利用現狀數據進行空間疊置分析，生成要素變更文件，將要素變更文件和所述相鄰兩年的土地利用現狀數據進行關係運算，進行土地利用變更增量數據的提取；所述基於年度變更調查資料庫中的年度變更調查數據提取土地利用變更增量具體為獲取所述年度變更調查數據的更新過程文件，根據所述更新過程文件進行過渡期之後的土地利用變更增量數據的提取；將提取的未變更要素實體，生成未變更要素集；並將提取的屬性變更要素實體和幾何變更要素實體合併存儲生成變更前要素集和變更後要素集。
[0037]S104,根據所述土地利用變更增量生成變更事件表，並記錄變更前後要素實體父子繼承關係、變更類型，對要素實體的產生時間和要素實體的消亡時間賦值，完成土地利用數據時態拓撲自動構建，形成時態拓撲完整的資料庫。
[0038]所述變更事件表用於記錄變更前後要素實體父子繼承關係、變更類型、要素實體的產生時間和要素實體的消亡時間。根據所述土地利用變更增量生成變更事件表，具體包括:根據所述土地利用變更增量數據提取變更前要素集、變更後要素集和未變更要素集；為所述變更前要素集中要素實體的消亡時間和所述變更後要素集中要素實體的產生時間進行記錄；根據所述土地利用變更增量數據提取變更前後要素實體父子繼承關係；根據所述變更前要素集、變更後要素集以及變更前後要素實體父子繼承關係生成變更事件表。
[0039]本發明實施例中，建立歷史土地利用資料庫和年度變更調查資料庫，其中歷史土地利用資料庫包括一調、過渡時期、二調土地利用現狀數據，支持shp文件、geodatabase地理數據模型等格式土地利用數據入庫。年度變更調查資料庫是二調以後年度變更調查增量包數據。
[0040]根據所述土地利用變更增量生成變更事件表和時態拓撲關係構建，實現時態拓撲關係的自動構建。所述生成變更事件表是創建變更事件表，並記錄變更前後要素實體父子繼承關係、變更類型、變更後要素實體的產生時間和變更前要素實體的消亡時間；時態拓撲關係構建是補全變更前要素實體的產生時間和變更後要素實體的消亡時間以及不變要素實體的生命周期。
[0041]本發明實施例根據變更事件表，對時態資料庫中變更前後要素、基態要素的生命周期賦值，形成時態拓撲完整的土地利用時空資料庫，如圖2所示，將一調、過渡期進行的數據重建，建立重建數據子庫，根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用資料庫中的土地利用現狀數據以及年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量數據，生成變更事件表，並將土地利用要素對象的變化視為「舊對象消亡和新對象產生」的過程，對於每一次實體對象的變化，其新舊對象的交替變化可基於事件逐一記入「歷史要素數據集」中，而「現狀要素數據集」則永遠保存最新的空間狀態，變更前後實體的父子關係、變更事件類型、時空拓撲關係保存在「變更事件表」中。其中，現狀要素數據集記錄某年度存在的要素實體，其中一部分為變更後的要素實體，另一部分為未發生變更的要素實體；歷史要素數據集記錄某年度變更前的要素實體。
[0042]由於一調、過渡期等歷史土地利用資料庫因數據獲取、入庫的標準與二調不同(屬性欄位、土地分類標準、最小上圖面積)，造成未變更的同名實體(零星地物、線狀地物、地類圖斑)在數據內容(屬性欄位、土地分類標準)、空間位置和幾何形狀(數據採集獲取技術方法、數據製圖，如平滑、接邊)、實體類型(入庫標準不同造成，如點到面、線到面、面到面)等方面不一致。針對這種不一致，需要對所述一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建，建立重建前和重建後的要素實體關聯關係，生成重建事件表。
[0043]本發明實施例根據Tl年、T2年(T1〈T2)相鄰兩年的土地利用現狀數據進行同名實體匹配，在判別同名實體不一致類型基礎上對要素實體的幾何形態進行重建，將重建前後的要素實體保存到對應年重建前要素集、重建後要素集，生成要素重建記錄號，保存重建記錄號、重建前後要素標示碼、重建類型、重建時間到重建事件表。將實體重建作為一次重建事件，在「重建事件表」中記錄重建前後實體關聯信息、重建時間、重建類型、重建記錄號等相關信息，實現重建前一調、過渡期數據查詢、存檔，實現不同時期異構數據的一致化存儲，為土地利用歷史追溯、趨勢分析提供可靠的數據基礎。
[0044]如下表所示，表1為重建前後要素表、表2為重建事件表:
[0045]表1重建前後要素
【權利要求】
1.一種土地利用數據時態拓撲自動構建方法，其特徵在於，包括以下步驟: 建立歷史土地利用資料庫和年度變更調查資料庫，所述歷史土地利用資料庫包括一調、過渡期的土地利用資料庫和二調的土地利用資料庫； 對所述一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建； 根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據以及二調後年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量； 根據所述土地利用變更增量生成變更事件表，並記錄變更前後要素實體父子繼承關係、變更類型，對要素實體的產生時間和要素實體的消亡時間賦值，完成土地利用數據時態拓撲自動構建，形成時態拓撲完整的資料庫。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對所述一調、過渡期的土地利用資料庫中的土地利用現狀數據進行數據重建，具體為:將一調、過渡期的土地利用數據中同名實體數據進行一致化重建。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據以及二調後年度變更調查資料庫提取土地利用變更增量，具體包括: 對一調、過渡期重建後的土地利用現狀數據和二調土地利用現狀數據，採用基於序列快照數據提取增量方式獲取土地利用變更增量； 基於年度變更調查資料庫中的年度變更調查數據提取土地利用變更增量。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述基於序列快照數據提取增量方式獲取土地利用變更增量具體包括: 通過對相鄰兩年的土地利用現狀數據進行空間疊置分析，生成要素變更文件；將所述要素變更文件和所述相鄰兩年的土地利用現狀數據進行關係運算，進行土地利用變更增量數據的提取。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述基於年度變更調查資料庫中的年度變更調查數據提取土地利用變更增量具體包括: 獲取所述年度變更調查數據的更新過程文件；根據所述更新過程文件進行過渡期之後的土地利用變更增量數據的提取。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，所述土地利用變更增量數據的提取具體包括: 提取未變更要素實體，生成未變更要素集；提取屬性變更要素實體和幾何變更要素實體，生成變更前要素集和變更後要素集。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述土地利用變更增量生成變更事件表具體包括: 根據所述土地利用變更增量數據提取變更前要素集、變更後要素集和未變更要素集； 為所述變更前要素集中要素實體的消亡時間和所述變更後要素集中要素實體的產生時間進行記錄； 根據所述土地利用變更增量數據提取變更前後要素實體父子繼承關係； 根據所述變更前要素集、變更後要素集以及變更前後要素實體父子繼承關係生成變更事件表。
【文檔編號】G06Q50/02GK103914524SQ201410114566
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】郜允兵, 劉玉, 周豔兵, 唐秀美, 郝星耀, 潘瑜春, 高秉博, 張翼鵬, 李淑華, 任豔敏 申請人:北京農業信息技術研究中心