第05章 数据模型：把“图”变成“数据”

本章导读

多测合一要求成果“多部门共用、可入库、可校验、可追溯”，落到工程上就是一句话：把一张张图形文件变成要素集合。本章按“骨架—身份—结构—内容—关系与时间”的顺序展开：5.2 节建要素分类，5.3 节定唯一标识，5.4 节做分层组织，5.5 节设计属性，5.6 与 5.7 节处理拓扑和时态，最后用 5.8 节的元数据最小集与 5.9 节的宗地要素示例，把前面几条原则落成一个可以逐项检查的设计。两处最容易做错：一是把“统一”理解成“归一”，拿一个面积字段应付所有部门；二是拿图形句柄或记录行号当标识，几何一改，历史关联全部断裂。还有一条提醒常被跳过：字段不是越多越好，判断标准是它有没有被业务规则引用、取值能不能被验证。读完你会明白，数据模型的成本不在建库那一天，而在你为将来留了几个可追溯的接口——这也正是第 6 章要把 CAD 到 GIS 那段路逐环节拆开的原因。

学习目标

读完本章，你应当能够：

• 复述 5.1 节表 5-1 中 CAD 图形与 GIS 要素在基本单元、语义、属性、关系、空间参考、标识、版本七个维度上的差异，并各说一句它对多测合一的影响；
• 区分 5.2 节的“核心类 + 扩展属性”两层结构与“取交集”“取并集”两种做法，说明后两者为什么会分别导致丢信息与失控；
• 对照表 5-2，说出项目级、测绘批次级、空间对象级、成果级四层标识的分配时机与稳定性要求，并指出空间对象级标识最容易被忽视的原因；
• 判断一个属性字段该不该设（依据 5.5 节三条标准），并从表 5-4 中挑出“测绘时点”“数据来源”两项，说明缺了它们为什么就无法兑现“未变化直接沿用”；
• 解释 5.6 节表 5-5 的拓扑规则如何把标准变成可执行的检查，任选两条说明它们各自拦截什么问题、在哪个时机检查；
• 拆解 5.7 节表 5-6 三种时态模型的取舍，为“变化补充测绘”选定一种，并写出实现要素级时态所需的最小字段。

5.1 核心转变：从“图形文件”到“要素集合”

CAD 与 GIS 的根本区别不在于能不能画图，而在于对“对象”的理解方式。

在 CAD 中，一张图是一堆几何图元：直线、多段线、圆弧、块参照、文字。这些图元之间没有语义关系——两条线是否构成一个闭合多边形，CAD 不知道；一个块参照代表一栋楼还是一棵树，取决于图层名和图例约定；图元的属性只存在于文字标注中，是给人看的。

在 GIS 中，数据是要素（feature）的集合：每个要素有几何（geometry）、有属性（attributes）、有空间参考（CRS）、有唯一标识（ID），要素之间有拓扑关系。一栋楼是一个面要素，它有层数、结构、用途、建筑面积等属性；它与其他要素（宗地、绿地、道路）有明确的空间关系，可以查询、可以校验、可以统计。

多测合一要求成果“多部门共用、可入库、可校验、可追溯”，本质上就是要求图形文件变成要素集合。

表 5-1　CAD 图形与 GIS 要素的差异对照

5.2 要素分类：多测合一数据模型的骨架

数据模型的第一件事是要素分类（feature classification）——把现实世界中的对象划分为若干类别，每类有明确的定义、几何类型、属性结构。

多测合一的要素分类需要同时满足三个约束：

约束一：覆盖六项测绘事项的全部产出对象。 包括宗地、界址点、界址线、建筑物（基底、分层轮廓）、房屋（分户单元）、绿地、道路、人防工程、地下空间、控制点等。

约束二：与上游标准兼容。 地籍要素要能对应地籍调查规程的分类，房产要素要能对应房产测量规范的分类，规划要素要能对应规划管理的数据要求。

约束三：与下游系统兼容。 要能映射到不动产登记数据库、国土空间规划“一张图”、工程建设项目审批系统的数据要求。

三个约束往往冲突。解决冲突的方式不是“取交集”（会丢失信息），也不是“取并集”（会失控），而是建立“核心类 + 扩展属性”的两层结构：

• 核心类：跨事项共用的、必须统一的要素类型（如宗地、建筑物、房屋），分类编码全国统一或省级统一；
• 扩展属性：各事项特有的属性，放在扩展字段中，不改变核心类的结构。

这种设计的好处是：核心类保证了跨部门的最小共识，扩展属性保留了专业深度。附录 D 多测合一成果数据字典设计建议 会给出具体的类设计建议。

5.3 唯一标识：为什么它比想象中重要

政策说“同一标的物只测一次”，工程上要兑现这句话，前提是系统能认出“这是同一个标的物”。

这需要唯一标识（identifier）。多测合一中的标识体系至少有四层：

表 5-2　多测合一中的标识层级

其中最容易被忽视的是空间对象级标识。很多系统用“图形句柄”或“记录行号”作为标识，结果每次图形更新，标识就变了，历史关联全部断裂。

正确做法是给空间对象分配与几何无关的稳定 ID，几何变化时 ID 保持不变，通过版本记录变化。 这在技术上属于“对象标识与几何分离”的设计，成本很低，但能避免后续大量的关联维护工作。

不动产登记中的不动产单元代码是这一层标识的国家级实践——它由县级行政区划代码、地籍区、地籍子区、宗地/宗海特征码、定着物特征码等构成，具有全国唯一性。多测合一的房屋、宗地标识应当与之衔接，而不是另起一套。

5.4 分层组织：从“一个文件”到“一组图层”

数据模型的第二件事是分层（layering）——按要素类别把数据组织到不同的图层中。

分层不是随意的技术选择，它决定了后续所有操作的成本：

• 分层的粒度：太粗（所有面要素放一层）会导致难以按类查询与校验；太细（每个属性组合一层）会导致图层爆炸、维护困难。
• 分层的命名：应当有明确规则（如“类别代码_几何类型_用途”），而不是“新建图层1”。
• 分层的稳定性：图层结构一旦确定，后续版本应当保持兼容，否则所有下游系统都要改。

一个可供参考的分层结构如下表。需要强调：这只是示意，实际设计必须结合当地技术规程与既有数据库结构。

表 5-3　多测合一成果的图层组织示意

5.5 属性设计：字段不是越多越好

属性字段的设计有两个相反的失败模式：字段太少，无法支撑业务判断；字段太多，无人维护、无人使用。

判断一个字段是否必要的标准，本报告建议用三条：

1. 它是否被某个业务规则引用？ 如果没有任何校验规则、统计报表或审批判断用到它，就不该设。

2. 它的取值是否可被验证？ 如果一个字段的值只能靠人工填写且无法核对，它的可靠性很低，应当谨慎使用。

3. 它是否有明确的定义与取值范围？ “备注”这类字段大量存在时，说明前两条没做好。

以“建筑物”要素为例，一个经过精简但仍能支撑业务的属性集可能是：

表 5-4　建筑物要素的属性设计示例

注意最后两个字段——“测绘时点”与“数据来源”。它们在很多设计中被省略，但恰恰是实现“未变化直接沿用、变化补充测绘”的基础。没有数据来源标记，系统无法区分哪些数据是本次实测的、哪些是沿用历史成果的；没有测绘时点，无法判断数据是否已经过期。

5.6 拓扑：让“关系”成为可检查的对象

拓扑（topology）是 GIS 相对于 CAD 最具区分度的能力之一。它把“要素之间的空间关系”从隐含变为显式，从而使关系可以被检查、被强制。

多测合一需要的关键拓扑规则包括：

表 5-5　多测合一的关键拓扑规则

拓扑检查的价值不只是“发现问题”，更在于它把标准变成了可执行的代码。一条“相邻宗地必须共线”的规则，写进规程是文字，写进系统是可以每次运行、每次报错的检查项。

5.7 时态：多测合一最容易被低估的维度

传统测绘成果是“某一时刻的快照”。多测合一要求“未变化直接沿用、变化补充测绘”，这要求数据具备时态能力。

时态数据模型有三种常见实现方式，各有取舍：

表 5-6　三种时态数据模型的取舍

对多测合一而言，要素级时态是最贴合需求的，因为“变化补充测绘”的本质就是“部分要素新增、部分要素修改、部分要素沿用”。

实现要素级时态的最小方案是给每个要素增加三个字段：生效时间、失效时间（空值表示当前有效）、变更类型（新增/修改/删除/沿用）。这个方案实现成本不高，但能让系统回答“这个宗地在上一次测绘时是什么样”这类问题。

5.8 元数据：成果的“身份证”

一份合格的多测合一成果，除了数据本身，还必须携带元数据（metadata）。元数据不是可选附件，它是成果合法性的组成部分——没有元数据的成果，接收方无法判断它是否可用。

表 5-7　多测合一成果元数据的最小集

这张表里，“执行标准”与“质量”两栏经常被简化成一句“符合规范要求”。这种简化在多测合一的语境下是危险的——多部门共用一份成果，每个部门都需要知道这份成果是依据哪一版标准做的。

5.9 一个具体的设计示例：宗地要素

把前述原则落到一个具体要素上，可以看得更清楚。

表 5-8　宗地要素的完整设计示例（示意，非标准）

这个示例说明了一件事：一个“面”在 GIS 里可以承载的信息量，远大于 CAD 图上的一个闭合多段线。 多测合一的技术价值，很大程度上就体现在这个信息量的差异上。

本章小结

数据模型是“把图变成数据”的核心工作，包含五个要素：要素分类（骨架）、唯一标识（身份）、分层组织（结构）、属性设计（内容）、拓扑与时态（关系与时间）。严格说这是六个维度，本报告把“拓扑”与“时态”并列为第五项，故称五个要素。

关键判断有三条：

1. 分类要建“核心类 + 扩展属性”的两层结构，避免取交集丢信息、取并集失控；

2. 标识必须与几何解耦，几何变化时 ID 不变，靠版本记录变化；

3. 面积等关键指标要按口径分字段存储，不做全局归一（详见第 3 章 3.3 节）。

时态能力是多测合一中最容易被低估的维度，但它直接决定了“只测一次”能否兑现。

思考与练习

1. 某市一个竣工验收项目的成果里同时有宗地、建筑基底与房屋分户单元，作业组只设了一个“建筑面积”字段，所有部门都按它取数。请按 5.2 节的核心类思路和第 3 章 3.3 节的口径要求，说明问题出在哪一步，并写出字段拆分方案。
2. 某测绘单位的数据库用图形句柄作房屋编号，一次界址调整后，同一批房屋的历史关联全部对不上。请按 5.3 节的四层标识判断问题出在哪一层，写出修复思路，并说明版本变化应当记在哪里。
3. 某项目的属性表里“备注”字段填写率很高，取值无法核对，也没有任何校验规则或统计报表引用它。请用 5.5 节的三条标准判断该字段的去留，并说明表 5-4 中哪些字段属于必须保留的必填项。
4. 找出你所在地区多测合一技术规程中的数据字典，或本单位现行成果的字段表，与表 5-3 的图层组织和表 5-4 的字段设计逐项比对：列出本地有而本章未列的、本章有而本地未列的，并说明差异是口径不同还是遗漏。
5. 今天就动手：从手上最近一份成果的图层清单里选一个要素（宗地或建筑），按 5.9 节的结构写出它的几何、标识、基本属性、空间属性、时态属性、质量属性与关联关系，标出缺项，并写明每一项由谁补、什么时候补。