房产时空数据组织研究

郭贵海 ，王 伟

(1.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.华北水利水电学院 资源与环境工程学院，河南 郑州 450011)

20世纪九十年代中期，随着社会主义市场经济体制的确立，中国的城镇住房制度进行了根本性的改革，取消了实物分配，实行住房商品化.房产管理也经历了人工管理阶段、单一的MIS管理阶段、MIS+CAD管理阶段和MIS/GIS/OA一体化集成阶段[1].由于房产数据的变化极为频繁，而把变化前的数据保存下来又有极其重要的意义，这些历史数据不仅可以作为重要的档案资料，而且可以用于房产变化的统计和预测.目前，我国正处于城镇化的快速发展时期，传统的静态GIS已不能满足房地产开发、旧城改造、商品房交易和产权产籍管理等管理需求，故有效地保存历史数据和科学地管理当前数据，有效体现房产数据的时空变化过程，成为当前房产管理中亟待解决的重要课题.

1 房产时空数据模型的研究进展

房产数据是典型的时空数据，不仅空间图形信息具有明显的时间特性，其属性信息更是具有强烈的时间特征，所以必须利用现代化的手段对海量的房产时空数据进行管理.地理时空数据组织与管理是近年来地理信息领域研究的热点之一，时态GIS(TGIS)海量数据的处理必然导致数学模型的根本变化，TGIS问题的最终解决在于“可与拓扑论相类比的”全新数学思路的出现.时空数据模型的研究思路，目前可以研究TGIS技术，以便在静态GIS(SGIS)的框架中用TGIS技术实现TGIS功能.对TGIS模型的研究可以本着两种思路进行平行探索：综合模型和分解模型.先用分解模型思路针对典型应用领域(如土地利用动态监测工作)进行全面研究，同时不断丰富、充实综合模型，最后得到一个比较完善的综合模型.基于这样的思路，我国学者近年来在这方面进行了不断探索，如龚健雅[2]于1997年提出了面向对象的数据模型，突破了房产属性变更时一个属性字段不能够存放多个属性值的限制；张友静[3]等于1999年运用时空复合与基态修正相结合的方法，设计并构造了适于房产测绘数据变更管理和时空查询的时空数据模型；林广发[4]等于2002年提出了以事件为核心的时空数据模型；都金康[5]等于2003年构造了房产对象—关系复合时空数据模型；黄照强[6]等于2005年提出了基于Petri网的时空数据模型；石伟伟[7]等于2006年按对象的不同生命周期提出了在物理数据库实现时的三库分离技术；牛方曲[8]等于2006年针对栅格数据提出了一种改进的基于事件的时空数据模型.

有3种方法可表达空间对象的历史变化：第1种是将时间信息记录在关系表上；第2种是将时间信息标记在记录上；第3种是将时间信息标记在属性上.使用第1种方法，当房产数据发生改变时，整个关系表都要作为历史数据进行保存，数据冗余度太大；第3种是将时间信息标记在属性上，由于一个实体的属性有很多，实体的属性都有可能发生变化，如果每个属性都标记时间信息的话，显然数据存储空间占用巨大；第2种方法是在每条记录上标记时间信息，它不仅节省了存储空间,而且便于对历史信息的检索和查询.

本研究在分析房产时空数据变化特征的基础上，采用将时间信息标记在记录上的方法，针对关系数据模型中一个属性字段不能够同时存放多个属性值的限制，提出了一种有效的解决方法.

2 房产时空数据的变化特征分析

房产时空数据的变化是离散的，呈非连续变化特征.房产时空数据变化一般有两种类型：一是房产空间图形数据变化，属性数据也同时变化；一种是空间图形数据不变，属性数据发生改变，一般不可能出现空间图形数据变化而属性数据不变的情况.同时，不同产别房屋的属性变化频率也不相同，如公产或单位自管产，一般在房产调查时只调查到幢，对于这部分房屋，幢作为最小房产管理单元，只涉及房屋的新建、拆除、合并、分割等情况，而不存在房产交易等情况,这种情况的数据组织与管理相对简单,见图1.

图1 房产时空变化示意图

在房产时空数据组织中,研究最多的是商住楼和住宅楼，这时，户(或室)作为房产管理的最小单元，在进行房产调查时需要逐户调查.随着时间的发展，不仅房产图形数据会有新增、删除、扩建、改建等情况，而且房产属性数据也会同时发生变化.在房屋属性数据变化中，有些属性一般不会发生变化，比如，房屋竣工后房屋固有的属性如房屋坐落、建筑结构、层数、建成年份、产别、墙体归属等属性；有些属性如建筑面积、用途等会偶尔发生变化；房屋的权属会因买卖、交换、赠与、继承、划拨、转让、裁决等原因发生转移，使得房屋的权属成为房屋属性中变化最为频繁的属性,见表1.

表1 房屋属性表

表1清楚地记录和反映了某房屋的产权变化过程，产权人字段值发生了多次变化，但房屋坐落、建筑结构、建成年份、建筑面积、建筑材料等其他属性没有发生变化.表中的产权人和变化日期字段具有多个属性值，这显然不符合关系模型的基本范式要求.

3 房产时空数据模型的实现

对于关系数据模型中一条记录中一个字段含有多个属性值不符合基本范式要求的问题，龚健雅提出了“GIS中面向对象的时空数据模型”，利用面向对象的数据模型有效地解决了此问题.但是，关系模型的许多优越性也只好放弃，为了继续使用关系数据模型表达属性的变化情况，可以把表1变更为表2和表3，两表通过对象标志进行连接，完全满足了关系数据模型的基本范式要求.

表2 房屋属性表

表3 房屋属性变更表

表2中,产权人一栏表示当前房屋的权属状态，变更次数表示该房屋有记录以来产权变更的次数，最后变更日期为最后一次产权变更的时间.表3中原产权人表示变更前的历史权属状况，起始日期和结束日期分别表示原权属的存续时间段.通过房屋标志连接，以上两表可以很容易地实现房屋现状信息和历史变更信息的查询.

当然，房产管理中的属性变更不可能只存在权属变更的情况，其他属性也会发生变化.可以将表2和表3略加修改，例如序号为n、房屋标志为201021的房屋，原用途为居住，于1999年09月09日变更为商业，这时只需将表2中对应的记录属性为用途的字段由居住更新为商业，表3中增加变更类型字段，同时将“原产权人”字段变更为“原属性值”，见表4和表5.

表4 房屋属性表

表5 房屋属性变更表

通过将原表分解为表4和表5，有效地解决了房屋属性变化时同一字段具有多个属性值的难题，而且数据冗余度小，历史变更数据的查询又非常方便，程序设计也容易实现.

用表4和表5来记录房产现状数据和变更数据，结构简单，容易实现，保留了关系数据模型的各种优点.但是随着时间的延续，关系表会越来越长，数据量也会相应增加，使查询工作的速度变慢.为此，在实际应用中，考虑到按房产分区的方法来组织关系表，可以限制关系表的记录数，以保证数据查询检索的速度.

4 主要时空查询功能的实现算法

时空查询对网络中某区域内的数据进行查询时，该查询将返回位于区域内的节点上存储且在时间段内的数据的集合，它会联系传感器网络中的每一个节点,然后各节点把符合的查询结果返回.本研究的实验采用MS SQL Server数据库存放房产管理信息，建立房产现状数据库和房产历史变更数据库，数据库的结构设计如表6和表7所示.

表6 房屋现状管理数据库

建筑面积使用面积分摊面积层数所在层次他项权利变更次数最后更新日期C(8)C(8)C(8)C(2)C(2)C(32)numberdate

表7 房屋属性变更表结构

系统采用C#.net ODBC访问数据库，利用嵌入式SQL语句完成对数据库表格的管理和变更.目前，该实验系统主要针对房产应用设计了房产登记和房产变更管理员的功能.本研究进行的变更实验主要包括权属变更和用途变更等，变更实验如下：

(1)权属变更

如房屋标志为201051的房屋产权人于1995-03-06由“秦四海”变更为“王小二”.在“房屋属性表”中将房屋标志为“201051”记录中的产权人属性值由“秦四海”更新为“王小二”，同时最后变更日期更新为“1995-03-06”;在“房屋属性变更表”中增加一条信息变更的记录.

(2)用途变更

如房屋标志为“201021”的房屋用途于1999-09-09由“居住”变更为“商业”.在“房屋属性表”中将房屋标志为“201021”记录中的用途字段属性值由“居住”更新为“商业”，同时最后变更日期更新为“1999-09-09”;在 “房屋属性变更表”中增加一条记录.

(3)统计查询

如统计2008年1月1日到2009年1月1日的所有产权变更的房屋.在“房屋属性变更表”中，选择变更类型=“权属” AND 产生日期在2008-01-01和2009-01-01之间 OR 结束日期在2008-01-01和2009-01-01之间的所有记录.

其他关于时间的查询也都可以方便地实现，这里不再赘述.

5 结束语

在房产时空数据的组织与管理中，现有的时空数据模型主要以地理实体存在状态的“对象视图”或“事件视图”作为表达载体，割裂了其内在联系,无法实现复杂地理实体的时空语义描述和动态过程分析.另外，由于房屋的个别属性变化非常频繁而其他属性变化的频率很低甚至不发生变化，如果将发生变化的一幢房屋的全部属性都保存在变更数据表中，其数据冗余度就会比较大.本研究在基于关系数据模型的传统GIS属性记录中加入时间属性，并借助两个关系数据表，在实际的房产数据管理中，有效地解决了关系数据模型中一个属性字段不能存放多个属性值的问题.同时，按房产分区管理数据，既有效地解决了时间属性问题，数据冗余度小，又便于查询检索信息，非常适用于中小城市房产信息系统的建立.

参考文献：

[1]石伟伟,张廷玉,蔡阳军,等.房产政务管理信息系统GIS应用研究[J].测绘通报，2006(8):56-58.

[2]龚健雅.GIS中面向对象时空数据模型[J].测绘学报,1997(4):10-19.

[3]张友静,何挺.房产测绘数据时空模型与查询研究[J].河海大学学报，1999(6):94-97.

[4]林广发,冯学智,王雷,等.以事件为核心的时空数据模型[J].测绘学报，2002(1):71-76.

[5]都金康,冯学智,林广发,等.房产测绘信息管理的实用时空数据模型[J].现代测绘,2003(6):8-10.

[6]黄照强，冯学智.房产地理信息系统时空数据组织研究[J].遥感信息，2005(5):52-56.

[7]石伟伟,谭秀娟.房产信息系统数据库设计中的三库分离技术[J].计算机工程,2006(5):58-59.

[8]牛方曲，朱德海，程昌秀.改进基于事件的时空数据模型[J].地球信息科学，2006(3):104-108.