許林艷，張 洪

(云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南昆明 650091)

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基于ArcGIS的領(lǐng)域知識與規(guī)則庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許林艷，張 洪

(云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南昆明 650091)

結(jié)合縣域農(nóng)村集體土地確權(quán)登記項(xiàng)目和基本農(nóng)田劃定項(xiàng)目在數(shù)據(jù)處理和建庫過程中的數(shù)據(jù)分析，總結(jié)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的一般空間規(guī)則和領(lǐng)域知識，設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識與規(guī)則庫?；贏rcGIS Add-ins插件開發(fā)和Geodatabase開發(fā)領(lǐng)域知識與規(guī)則庫管理系統(tǒng)，可動態(tài)實(shí)現(xiàn)對規(guī)則庫的可視化添加、修改、刪除，以圖層和關(guān)系表作為操作對象，靈活地添加規(guī)則。該系統(tǒng)可擴(kuò)展為空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中成果的自動檢查，保證數(shù)據(jù)庫質(zhì)量檢查過程的流程化和規(guī)范化，極大地提高檢查效率和準(zhǔn)確度。

ArcGIS Add-ins；領(lǐng)域知識與規(guī)則庫；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查；Geodatabase；GIS

近幾年，基于知識與規(guī)則的GIS數(shù)據(jù)檢查系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于不同的空間數(shù)據(jù)建庫質(zhì)量檢查，如農(nóng)村集體土地所有權(quán)和使用權(quán)數(shù)據(jù)庫、基本農(nóng)田劃定數(shù)據(jù)庫、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫等質(zhì)量檢查系統(tǒng)。這些系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)某一類空間數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量檢查為設(shè)計(jì)目標(biāo)，不具有通用性。一種理想的方案是：建立統(tǒng)一的知識與規(guī)則庫，據(jù)此開發(fā)專門的數(shù)據(jù)檢查系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的自動檢查[2]。筆者結(jié)合自己在云南省寧洱縣農(nóng)村集體土地確權(quán)登記項(xiàng)目和大姚縣基本農(nóng)田劃定項(xiàng)目數(shù)據(jù)處理和建庫過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基于ArcGIS Add-ins插件開發(fā)和Geodatabase，以一體化解決不同領(lǐng)域、不同標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查為出發(fā)點(diǎn)，按照建立通用的空間數(shù)據(jù)知識與規(guī)則體系思路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于ArcGIS的領(lǐng)域知識與規(guī)則庫管理系統(tǒng)。

1 領(lǐng)域知識與規(guī)則的分類

空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域知識與規(guī)則在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查應(yīng)用中，主要分為拓?fù)湟?guī)則和屬性規(guī)則2類。拓?fù)潢P(guān)系是空間認(rèn)知中最常用的空間信息，用節(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形表示實(shí)體之間的鄰接、關(guān)聯(lián)、包含和連通關(guān)系[3]。在ArcGIS中定義了32種拓?fù)湟?guī)則，對諸如點(diǎn)點(diǎn)重合、點(diǎn)線連接、線線相交、面面包含等進(jìn)行限制，其從底層數(shù)據(jù)模型上定制對象之間的知識規(guī)則，用于控制地理實(shí)體的行為。而對于不同領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)，在這些拓?fù)湟?guī)則的基礎(chǔ)上，不同的點(diǎn)、線、面空間對象因其空間屬性不同和表達(dá)要求不同，存在特殊的空間關(guān)系，比如：界址點(diǎn)必須與界址線和宗地重合，界址線與界址線之間必須有界址點(diǎn)，同一條界址線必須與2個宗地相鄰等。表1列出了ArcGIS中的部分拓?fù)湟?guī)則，在這些拓?fù)湟?guī)則基礎(chǔ)上，又產(chǎn)生多項(xiàng)專門領(lǐng)域的拓?fù)湟?guī)則。

表1 ArcGIS中的拓?fù)湟?guī)則與領(lǐng)域規(guī)則(部分)

屬性的質(zhì)量控制包括描述空間數(shù)據(jù)本身性質(zhì)的信息和描述空間數(shù)據(jù)的專題屬性信息，如屬性完整性、屬性項(xiàng)類型正確性等[4]。屬性規(guī)則可歸納為兩種情況：一是非空間數(shù)據(jù)表內(nèi)屬性值的規(guī)則，比如某個字段值是否允許為空；二是表與表之間的邏輯關(guān)系，包括非空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以及非空間數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)屬性之間的關(guān)系。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 ArcGIS Add-ins開發(fā) ArcGIS Add-ins開發(fā)是ArcGIS新的開發(fā)方式，更容易定制和擴(kuò)展ArcGIS桌面應(yīng)用，具有高效、便捷的特點(diǎn)。不同于ArcGIS Engine開發(fā)，使用ArcGIS Add-ins開發(fā)方式可以省去大量基礎(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)的程序編寫工作，例如數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)編輯、屬性瀏覽等功能的實(shí)現(xiàn)，極大地提高了軟件的開發(fā)效率。另外，在領(lǐng)域知識與規(guī)則庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查與修改，需要結(jié)合ArcGIS的很多操作功能，使用ArcGIS Add-ins開發(fā)會使操作更方便。

Add-ins工程配置文件Config.esriaddinx的XML文件中可添加交互類項(xiàng)和容器類項(xiàng)，比如Toolbars為容器類，Button為交互類。控件的具體實(shí)現(xiàn)方法可通過refID直接調(diào)用ArcGIS的COM接口，也可以調(diào)用自定義WinForm類，見圖1。

圖1 ArcGIS Add-ins工程XML文件示例Fig.1 Add-in project XML file example in ArcGIS

2.2 拓?fù)湟?guī)則與屬性規(guī)則數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 采用ArcGIS的個人數(shù)據(jù)庫Geodatabase作為規(guī)則數(shù)據(jù)庫。Geodatabase 采用一種開放的結(jié)構(gòu)將空間數(shù)據(jù)(包括矢量、柵格、影像、三維地形等)及其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS中，使用該數(shù)據(jù)庫可以同時操作空間數(shù)據(jù)(點(diǎn)、線、面矢量數(shù)據(jù))和屬性表。

ArcGIS中拓?fù)湟?guī)則的方法需要幾個參數(shù)，包括目標(biāo)圖層、參考圖層、拓?fù)湟?guī)則，屬性規(guī)則一般使用通用的SQL語句，其中較為復(fù)雜并常用的查詢在程序中先行設(shè)定，見表2。拓?fù)湟?guī)則中定義的中文規(guī)則說明通過ArcGIS的esriTopologyRuleType枚舉關(guān)聯(lián)到對應(yīng)規(guī)則方法，再調(diào)用GP工具創(chuàng)建ITopologyRule的實(shí)例并傳入?yún)?shù)。屬性的自定義規(guī)則使用SQL語句進(jìn)行查詢。

表2 知識與規(guī)則表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 基于GIS的領(lǐng)域知識與規(guī)則管理系統(tǒng)主要功能模塊包括知識與規(guī)則管理、數(shù)據(jù)檢查、常用工具、幫助等。

2.3.1 知識與規(guī)則管理。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對規(guī)則庫的可視化添加、修改、刪除，見圖2?？梢愿鶕?jù)不同的領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)庫自定義規(guī)則，在ArcGIS中添加要設(shè)置規(guī)則的圖層或者屬性表，可以只設(shè)置空間規(guī)則或者屬性規(guī)則，也可以同時設(shè)置兩者。在設(shè)置屬性規(guī)則時，可以通過修改SQL條件語句，創(chuàng)建不同圖層或?qū)傩员?，以及不同字段的模糊查詢條件。通過該模塊可實(shí)現(xiàn)拓?fù)湟?guī)則與屬性規(guī)則的一體化管理，建立不同領(lǐng)域的知識與規(guī)則，最終形成統(tǒng)一的規(guī)則與知識庫。

2.3.2 數(shù)據(jù)檢查。該模塊是知識與規(guī)則庫的實(shí)例運(yùn)用，按照待檢查的空間數(shù)據(jù)庫類型，選擇適當(dāng)?shù)闹R與規(guī)則，按照數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的要求設(shè)置流程。檢查結(jié)果錯誤列表能在ArcGIS進(jìn)行空間定位查詢，并可使用ArcGIS的編輯工具進(jìn)行修改。

2.3.3 常用工具。該模塊是在開展寧洱縣農(nóng)村集體土地確權(quán)登記項(xiàng)目和大姚縣基本農(nóng)田劃定項(xiàng)目數(shù)據(jù)建庫過程中編寫的較為通用的功能，例如橢球面積的計(jì)算、標(biāo)識碼的生成等。

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，基于ArcGIS的領(lǐng)域知識與規(guī)則庫管理系統(tǒng)在寧洱縣農(nóng)村集體土地確權(quán)登記項(xiàng)目和大姚縣基本農(nóng)田劃定項(xiàng)目建庫過程中得到了很好的應(yīng)用，節(jié)省了人工成本，極大地提高了效率。利用ArcGIS作為開發(fā)平臺，通過對不同領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)庫的知識與規(guī)則進(jìn)行歸納和分類，從圖形拓?fù)潢P(guān)系、屬性、圖屬關(guān)系等方面建立統(tǒng)一的規(guī)則庫，并提供數(shù)據(jù)檢查的功能，具有較高的應(yīng)用價值。

圖2 新建知識與規(guī)則界面Fig.2 New knowledge and rules interface

[1] 舒飛躍，閭國年，陸婧.土地管理空間數(shù)據(jù)知識與規(guī)則體系框架研究[J].測繪工程，2010，19(5)：6-10，14.

[2] 吳長彬，閭國年，舒飛躍.基于知識與規(guī)則的地籍?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法[J].地理與地理信息科學(xué)，2007，23(5)：22-25，30.

[3] 王履華，孫在宏，吳長彬，等.基于領(lǐng)域知識和規(guī)則庫的空間數(shù)據(jù)庫質(zhì)量檢查：以土地集約利用評價數(shù)據(jù)庫為例[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40(4)：167-170，176.

[4] 徐啟恒，張新長，張興飛.GIS數(shù)據(jù)檢查與質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào)，2012(5)：38-40.

A Design and Realization of ArcGIS-based Domain Knowledge and Rule Base Management System

XU Lin-yan, ZHANG Hong

(Yunnan Land and Resources Vocational College, Kunming, Yunnan 650091)

This paper analyses the data captured during the course of data processing and database construction for county rural collective land ownership registration program and basic farmland use planning program, concludes the general spatial rules and domain knowledge between spatial and non-spatial data, and designs a domain knowledge and rule base. We develop a domain knowledge and rule base management system based on ArcGIS Add-ins and Geodatabase, a system make dynamic realization of rule base visual add-in, change and delete, and flexible operations on rules add-in for layers and relation tables. This system can be extended to automatically check the findings during the generations of spatial and non-spatial data, so as to ensure the flow and standardization of quality inspection, and greatly improve the inspection efficiency and accuracy.

ArcGIS Add-ins; Domain knowledge and rule base; Quality inspection of spatial data; Geodatabase; GIS領(lǐng)域知識(Domain Knowledge)是指一個專門領(lǐng)域重要的問題或概念以及這些問題和概念之間的相互關(guān)系[1]?；谥R與規(guī)則的GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它既包含知識表達(dá)，也有規(guī)則定義，其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但對復(fù)雜對象、復(fù)雜關(guān)系的定義更精確[2]。

云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目“基于空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法應(yīng)用與研究”。

許林艷(1984- )，女，湖南長沙人，講師，碩士，從事土地資源管理、GIS應(yīng)用研究。

2016-09-23

S 126

A

0517-6611(2016)33-0234-03