城乡一体化地籍管理信息系统设计报告.docx
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城乡一体化地籍管理信息系统设计报告
基于UML建模的城乡一体化地籍信息管理系统设计报告
1、系统概况
土地是人类赖以生存和发展的宝贵资源和资产，它是有限的，不可再生的。
从80年代我国土地使用制度改革以来，特别是1997年中央11号文件颁布后，加强规划土地管理显得越来越重要和紧迫，作为规划土地管理基础的地籍工作日益受到重视。
特别是近些年来随着数据量的飞速增长，地籍信息现势性的要求、地籍图的生产和快速更新的需求、土地利用规划科学性的要求、房地产交易的要求、土地信息咨询的要求的增长，建立一个地籍管理信息系统更是刻不容缓，而城乡分割的地籍管理系统相互独立、缺乏统一的参考规范、数据共享困难，无法解决城乡统一管理、城乡接界和城乡数据合一等问题，无法符合新的城乡一体的土地分类体系。
为更具体细致地掌握土地利用现状的基础信息，明晰土地产权关系，提升地籍管理的工作水平，建立一个现势性好，准确度高、信息资源完整、管理科学、规范且代表现代先进科技发展水平的城乡一体化地籍管理信息系统已势在必行。
城乡一体化的现代地籍管理信息系统应具有以下特点；一是系统数据的一体性，系统中包括大量不同比例尺、不同时态、不同来源的图形数据空间数据及属性数据，采用空间数据库技术，实现数据的一体化，二是系统的多用途性，系统的建设目标是为多种业务和多个部门提供地籍信息服务及相应的决策支持，因而它具有多用途性的特点，三是系统业务办公自动化的流程性，系统的重要特征是满足地籍管理全过程的需要，办公自动化是其重要的体现。
同时地籍业务具有严格的流程程序，系统要求具有较强的流程管理功能四是系统的网络性，系统是基于计算机网络技术的分布式的系统，便于地籍信息的共享和快速流转，实现跨区域同步实时联合办公。
本论文主要研究的是基于UML建模的城乡一体化地籍管理信息系统的设计与开发，是在研究了需求分析、相关理论与关键技术基础上，进行地籍管理信息系统的功能结构设计、数据存储模型设计和GIS组件应用开发等几方面较为深层次的研究。
旨在从地籍管理相关的业务流程分析、功能需求分析、时空数据模型分析和功能设计等方面着手，提出地籍管理信息系统的面向对象设计方法，将工作流技术应用到地籍管理工作中。
2、总体设计
2.1、系统设计思想
城乡一体化地籍管理信息系统开发是一个专业性非常强的软件工程。
在全面分析国土资源工作需求基础上，根据各部门业务要求以及相互关系，遵循整体性、合理性和实用性等原则，方便用户使用，进行系统开发。
2.2、系统设计原则
城乡一体化地籍管理信息系统的建设是一项工程量大并且非常复杂的信息系统工程。
综合考虑各方面因素，在设计时应遵循以下原则：
1）规范性原则：
系统应以国土资源部现有的技术规程为基础，在工作流程上符合规范；输入/输出符合行业标准；软件工程和数据库建设符合行业规范。
2）实用性原则：
实现无纸化办公；符合业务办公人员的工作习惯；操作方便简单，同时也应提供复杂但功能强大的操作功能，供系统维护人员使用。
3）先进性原则：
包括硬件设备、软件和技术方法的先进性。
4）安全性原则：
安全保密性是系统设计的重要原则，系统应采用权限控制和网络控制两种方法，保证整个软件系统不会出现非法访问和各子功能的非法使用。
5）可靠性原则：
包括数据的可靠性和系统运行的可靠性。
6）可扩展性与开放性原则：
系统应具有良好的接口、设计优化的系统结构及灵活的数据库系统，使各功能模块在相互关联的基础上尽可能独立操作运行，使系统能方便地实现各个级别（市、区、县）地形图、土地利用现状图、地籍图等数据库的维护和拼接；系统在输入、输出方面应具有较强的兼容性，能进行各种不同数据格式的转换。
2.3、系统总体设计目标
基于地籍管理信息系统的总体目标是：
（1）以建立先进完备的基础数据库、土地业务管理数据库和办公业务库为目标，实现信息电子化集中管理，为信息系统的功能实现打好基础。
（2）针对各职能部门的业务需求，建立相应的子系统。
实现国土局办公、管理和决策的办公自动化。
（3）根据土地管理的特点，建立土地资源动态变更体系，及时准确地对基础数据库进行维护，确保土地资源信息的时效性。
（4）通过技术，实现地理信息共享，实时地为社会提供土地信息服务。
近期目标为依托国土管理特定部门开发满足本部门业务的系统，同时预留其他部门的业务管理接口。
最终目标为实现城乡一体化地籍管理，满足各相关业务部门的管理需要。
2.4、系统设计思路
本文探讨的内容主要如下：
1.城乡一体化地籍管理信息系统的功能与架构设计，对宗地相关联的数据、功能需求以及信息系统的功能模块化结构等进行面向对象设计。
2.分析了城乡一体化地籍管理工作有关数据的特点和相互关系，探讨研究了利用UML语言构建数据存储逻辑结构模型的方法，并利用建模软件提供的设计功能，自动生成系统数据库的物理结构。
3.利用ArcGIS平台软件实现城乡一体化地籍管理信息系统的原型试验系统，采用了组件化技术开发方法实现一些主要功能模块。
2.5、系统架构设计
系统采用SQLServer作为数据库管理平台，将所有的空间与非空间数据均存储在数据库服务器上，将图形数据按ArcGIS软件操作特点直接入库。
SQLServer可以实现空间数据和非空间数据的统一管理，采用统一的坐标系管理空间数据，使得所有的空间数据均能在同一坐标系统下进行叠加显示和数据操作，并能够实现属性与图形的交互定位查询。
基于SQLServer的空间数据库解决方案是将空间与属性数据统一存入关系数据库中，由ArcGIS的空间数据引擎实现对空间与属性数据的一体化管理，系统架构图如图2-1所示。
图2-1系统架构图
2.6、运行环境设计
2.6.1、硬件环境
为适应发展的需要，服务器宜采用比较超前的配置，建议基本配置如下：
（1）支持RAID5或以上；
（2）支持集群共享的磁盘阵列柜；
（3）硬盘不小于140G；
（4）内存不低于1G；
（5）双CPU，型号为PentiumIIIXeon2.0GHz或以上；
（6）如采用千兆连接，必须选用千兆网卡；
（7）其他配置可以根据实际需要选择。
2.6.2、软件环境
1．服务器端软件配置
①操作系统
Windows2000AdvancedServer
②数据库
SQLServer2005
③基础平台
MAPGIS网络版6.5
④WebGIS软件
MAPGISIMS服务器扩展组件
⑤数据库引擎
Arc/SDE
⑤GIS平台
ArcGIS
2．客户机端软件配置
①操作系统
Windows98以上
②基础平台
MAPGIS6.5（可选）
③办公软件
Office2000
④开发工具
MicrosoftVisualStudio2005等
3、系统需求分析
3.1、系统功能需求分析
经过初步调查，该系统应该具有以下几方面的功能：
（1）数据的采集相关功能。
相关数据需求包括几何数据、属性数据和管理数据；采集方式主要有图纸扫描数字化、手扶跟踪数字化、用键盘输入矢量数据、以及测量仪器及外部数据文件接口等。
（2）图形处理相关功能。
图形数据在输入后，需要对图形进行显示、查询、编辑、修改、管理等工作。
（3）制图功能。
要求为用户提供矢量图、栅格图、全要素图和各种专题图等。
（4）属性数据的管理功能。
对于属性数据一般都采用表格表示，在信息系统中要求采用关系型数据库管理系统（RDBMS）来管理。
（5）空间查询功能。
能根据属性查图形或根据图形查属性，SQL查询，从属性表直接查询目标对象，根据图形进行空间关系查询。
（6）空间分析功能。
要求能进行叠置分析、缓冲分析、空间几何分析、地学分析。
（7）结合GIS的常用软件特点，设计常用的GIS功能并实现，丰富本系统的功能。
（8）权限管理，不同权限的用户对应的系统功能点不同。
（9）外部程序接口，包括数据接口和功能接口。
4、系统设计
4.1、前台功能设计
根据用户的功能需求和数据库设计需求，将地籍信息系统的功能划分为7个模块，分别是：
用户注册登录子系统，业务办公子系统，数据采集录入子系统，权限管理子系统，数据分析子系统，系统维护子系统，成果输出子系统。
其功能模块划分如图4-1所示。
图4-1系统功能结构图
4.1.1、用户登录模块功能设计
用户注册登录子系统主要包括注册和登录两个子模块。
用户在进行注册时要根据自身编号和对应的职位编号进行注册。
在登录时，用户输入用户名、密码和职位，系统对这些信息进行验证，若信息正确则进入系统，否则提示重新输入。
其模型图4-2所示。
图4-2系统使用流程图
以管理员为例，绘制登录活动图如图4-3所示。
图4-3用户登录子系统活动图
图4-4用户登录子系统用例图
图4-5用户登录系统类图
4.1.2、业务办公功能模块设计
我国国有土地使用权登记发证业务是我们国家依法对国有土地的使用权的确权登记并颁发证书。
该流程实现了包括所有国有土地使用权的设定登记和变更登记的土地登记发证，包括：
（1）划拨国有土地使用权设定登记
（2）出让国有土地使用权设定登记
（3）划拨国有土地使用权补办出让的登记
（4）国有土地使用权转让变更登记（分割转让）
（5）国有土地使用权转让变更登记
（6）权利人名称变更登记
（7）土地用途变更登记
（8）地址变更登记
（9）财产继承（赠与）土地使用权变更登记
（10）遗失土地使用证补发证登记
业务办公子系统主要为业务员提供了地籍业务管理系统（人事管理系统和日常业务管理系统）的应用程序接口，业务员根据自己的职务选择相应接口，输入职位编号，系统将进行通行验证，如通过则进入相应管理系统，业务办公子系统用例图如图4-6所示，业务办公子系统活动图如图4-7所示。
图4-6业务办公子系统用例图
图4-7业务办公子系统活动图
4.1.3、权限管理功能模块设计
权限管理子系统包括的功能主要有：
权限查询、权限分配、权限修改、权限添加和权限删除。
在属性数据库设计中，办公数据结构的设计正是为权限管理功能提供支持。
其模型如图4-8所示。
在系统功能设计中，需要进一步说明的问题主要是功能分配，即系统是如何实现对用户使用权限的设置的，是通过什么机制进行功能分配的。
（1）用户编号和职位编号的获取
对于每一位职员，在进入国土部门工作时都被分配给人员编号和相应的职位编号，这是功能分配实现的客观条件。
对于每个正规企业，这种机制都是存在的。
（2）用户注册
国土部门的每一位职员及其职位编号在用户注册中起着举足轻重的作用。
首先，用户编号告诉系统注册人是不国土部门员工，职位编号告诉系统其对应的职位，也就是权限。
这两部分信息随着用户的注册和用户名、密码一同存入下文提到的办公数据库。
注册时，用户根据系统提示输入自己的用户编号和对应的职位编号，系统对输入信息进行检核，如果检核通过则注册成功，否则失败。
如果没有用户编号或者职位编号将无法完成注册。
所以，系统管理员要事先将用户编号和对应的职位编号进行入库。
图4-8用户权限管理子系统用例图
（3）角色自动分配
角色指的是系统承认的具有一定是同权限的用户的集合。
比如系统管理员、高级用户、中级用户等。
随着用户注册的完成，用户注册信息自动入库，这时系统将根据用户的职位信息进行角色赋值，即将不同等级的角色赋值给具有不同等级职位的用户。
这一过程可以称之为用户认证赋值。
（4）功能分配
在系统中，每一种角色都对应着事先分配好的系统功能，随着角色的分配，功能将自动进行分配。
如此一来，通过用户、职位、角色和功能信息的关联，实现了“功能→角色→职位→用户”的传递过程。
（5）用户登录
用户在进行登录时，输入自己的用户名、密码和对应的职位信息，系统将根据设计好的用户认证机制进行功能分配，从而不同的用户在使用系统时具有不同的权限。
对于高级用户，其对应的功能点可能比较多，而低级用户则比较少，且功能类型根据角色的不同而不同。
比如，领导主要使用查询、权限管理、地图操作等而不关心具体的数据分析过程，而业务员主要进行数据分析，查询操作是为数据分析服务的手段。
4.1.4、数据采集功能模块设计
数据采集录入子系统主要针对数据采集人员，主要包括宗地图录入，地籍信息录入，数据更新，数据查询，数据统计，数据删除等等功能。
数据采集录入之后自动层次性更新相关联的图、表、证数据。
如图4-9所示。
图4-9数据采集子系统用例图
4.1.5、数据分析模块功能设计
数据分析功能是本系统的主要功能，其功能点最为密集和复杂，属于高级GIS功能。
地籍数据分析的目的就是要把隐藏在各种杂乱数据中的有用地籍信息提出来，以便帮助用户找出所要研究对象的一些内在基本规律。
地籍数据的分析在实际的应用中可帮助分析人员迅速作出正确的判断，以便决策者了解土地利用现状，调整土地相关政策。
地籍数据分析工作包括收集数据、分析数据，并使之成为信息的一般过程。
而这一过程需要质量管理体系的支持。
在整个地籍管理过程都要用数据分析过程，以提升有效性。
因此，数据分析有极其广泛的应用场所。
地籍数据分析方法则主要包含下面几个常用分析方法：
简单数学运算（SimpleMath）、统计（Statistics）、快速傅里叶变换（FFT）、平滑和滤波（SmoothingandFiltering）、基线和峰值分析（BaselineandPeakAnalysis），并且应用了空间统计分析方法。
用户可以选择不同的查询功能，将查询条件告诉系统，系统调用数据库查询存储过程，返回得到所需的查询结果。
图4-10数据分析子系统用例图
4.1.6、系统维护模块功能设计
系统维护子系统专门为系统管理员设计开发，主要为了便于系统的维护与纠错处理。
而系统日志则记录了所有用户使用系统的情况；自动备份功能对系统设置和系统数据进行自动备份；如果系统出现故障，还可进行系统恢复。
其模型见图4-11。
图4-11系统维护子系统用例图
4.1.7、成果输出功能模块设计
该子系统提供了表格输出，图形输出，卡片输出等功能，用户可在操作完成后对操作结果进行输出和打印。
数据可输出为电子表格、文本文档等形式，图片可输出为jpg、bmp等图像格式。
本子系统可以在上述各个子系统中进行调用，其模型如图4-12所示。
图4-12成果输出子系统用例图
4.2、数据库设计
系统采用大型商业数据库作为后端数据库管理平台，实现空间数据、属性数据、影像图一体化管理，通过空间数据库引擎技术访问空间数据库，地理数据库结构设计是通过ArcGIS平台的ArcCatalog和SDE来完成。
利用ArcCatalog建立空间数据库，通过SDE使空间数据库和属性数据库使用相同的数据库管理系统软件。
建库时，根据空间数据的特征，建立其基本属性数据库，然后在ArcMap中通过对扫描地图的矢量化来完成属性数据的入库。
空间数据自身的基本属性是连接空间数据和应用层属性数据的纽带，最终要将空间数据库和属性数据库进行关联设计，以满足系统需求。
空间数据库设计要体现数据的分层管理思想与方法地籍数据库的优化设计是地籍管理信息系统开发的核心内容之一。
地籍地理信息系统的空间数据库中存储的数据量是十分惊人的，且数据的类型是纷繁多样的，为了方便变更维护管理和系统功能的扩展、以及数据的重复存储，本系统在设计时需要将地籍数据库设计为由三个主要部分：
基础地理数据库、宗地数据数据库和土地利用现状与规划数据库三部分。
由于空间数据存储涉及的表较多，系统使用的部分空间数据库结构设计如表所示。
表4-1控制点空间数据结构表
属性名称
代码
数据类类型
长度
备注
要素代码
Code
Varchar
20
主键
点名
Name
Char
8
X坐标
XCoordinate
Float
8
Y坐标
YCoordinate
Float
8
高程
Elevation
Float
8
建设年代
ConsAge
Date
10
等级
Level
Int
5
平面系统
Planecoor
Varchar
30
高程系统
EleveCoor
Varchar
30
表4-2界址点空间结构表
属性名称
代码
数据类型
长度
备注
要素代码
Code
Varchar
20
主键
点名
Name
Char
8
地籍区号
CadaCode
Varchar
20
建设年代
ConsAge
Date
10
坐标
Coordinate
Float
10
界址物类型
BoundObjs
Varchar
20
表4-3线状空间地物数据结构表
属性名称
代码
数据类型
长度
备注
ID
ID
Varchar
20
主键
图斑号
PolygonCode
VarChar
20
线状号
Linear
Varchar
20
地类码
GroundClassC
VarChar
20
单位码
UnitCode
VarChar
10
权属码
OwnershipCode
Varchar
10
长度
Length
Float
5
宽度
Width
Float
5
4.3、系统安全设计
地籍管理信息系统的设计总体目标是:
做到系统的易用性、实用性、安全性、可维护性以及可扩展性。
而在这其中，安全性被相关部门列为了系统要求最高级别要求。
针对相关部门对管理信息系统的安全性也制定了一些目标，务必做到:
保障网络的畅通性、数据库传输的连贯性、数据的一致性、权限控制的严格性、遇到网络入侵后数据的机密性、病毒侵害的防御性及系统管理的安全性。
下面将从几个主要方面来详细介绍城乡一体化地籍管理信息系统的安全性设计:
1、物理安全
防止网络被破坏，确保相关部口网络的安全性，确保相关部口网络的畅通性；对于各点的要求也要相同；对于相关部口网络机房，要做到防盗、防毁、防干扰等；对于服务器要做到及时清理，保持卫生，严控化房温度。
2、网络安全
（1）对于网络要采用三线接入的方式，引入三家运营商的网络，防止运营商线路故障，引起线路不通。
（2）针对相关部口要求，系统的接入有多种方式，可采取互联网接入的方式，也可采用VPN接入的方式，相比较而言后者的安全性更高一些。
通过对比和领导决策，最终本系统也是通过VPN实现系统数据的接入与输出。
（3）网络物理安全防护：
在系统的运行过程中，可能会发生恶意攻击或病毒入侵，这里我们在机房部署了硬件防火墙来加强系统的安全性，同时进行了严格的IP地址与用户名和密码的验证，防止系统彼入侵等。
一旦发生问题，系统会把为信息通知到我们的系统中，我们也将通过软件技术进行追踪。
3、数据安全
自然灾害等不可抗力会对系统造成危害，甚至使得我们的系统无法使用。
我们在实际的建设过程和管理过程中也采取了一些措施。
（1）对于数据采用的是云管理技术，通过异地备份数据库，将数据实现了多地备份，保证乙方有灾还是能够使用系统。
（2）对本地机数据库实现了磁盎冗余备份，保证在系统硬盘发生故障时还能够通过备份文件实现数据的快速恢复。
（3）数据的差异备份，如果系统数据有所不同则根据需要不同情况进行了差异备份并且有详细的日志记录，文件以数据库名称+日期方式保存。
4、应用安全
（1）数据库安全。
采用官方正版数据库，同时采用更新提醒功能，时时检测数据的最新版本。
（2）操作系统安全。
采用官方正版操作系统，开启系统自动更新功能，保证系统更新及时，授权准确。
（3）系统本身安全控制，通过授权与身份认证机制保证系统使用的安全性。
5、防病毒系统
（1）针对系统开放端口采取防护措施，采用了Symantec的网关型防病毒产品，有效防止了来自网络的病毒攻击。
（2）建立防病毒数据库机制，对来自网络的攻击建立反病毒防护中心。
（3）各个终端都采用相同的防病毒策略，防止自身发生病毒泛滥。
6、安全管理
（1）通过制定相关的系统使用管理制度，使得系统能够正常运行。
（2）配备专门的信息管理部门，来负责相关部门系统的运行维护管理与监督管理工作。
4.4、系统界面设计
城乡一体化地籍管理信息系统将满足不同用户的需要，在进行界面设计时要遵循以下原则：
（1）界面设计面向用户：
界面要尽量简洁，以便于用户的使用和了解，并减少发生错误选择的可能性，尽可能利用鼠标进行操作，减少文字输入和键盘的使用；
（2）与工作习惯一致：
界面的布局及所有输入、输出均应采用用户的工作用语，体现
用户的工作习惯、工作模式，符合行业规范和日常办公习惯；
（3）界面应提供用户对当前任务的运行状况进行跟踪的能力：
可随时提供各种信息，向用户报告系统的运行状况，让用户对系统的工作状况有清楚的了解；
（4）界面风格一致：
界面风格应与用户普遍接受的微软设计风格和网站设计风格一致。
界面分区、界面提示、界面动态信息提示、过程提示、界面用语与专业术语一致等等；
（5）界面应提供较好的引导帮助功能：
用户界面必须具备良好的帮助功能和提供足够
多的提示信息，引导用户开展工作；
（6）界面应具有针对性：
系统界面可分为浏览器端界面（B/S）和客户端界面（C/S）两类，两者在风格上应有所不同。
B/S界面侧重简单、好用，突出方便性，B/S界面操作深度不应超过两级；C/S界面偏重功能齐全和灵活，满足系统维护和用户深层次的应用需求。
通过Axure软件设计城乡一体化地籍管理信息系统查询统计界面如图4-13所示，农村土地利用现状二级分类面积汇总表输出如图4-14所示。
通过系统查询界面，用户可查询到所有的、在办的和己归档的案件信息，并且可查看案件的详细办案流程信息。
用户可通过发证起始、终止日期，统计一定时间区段内的土地发证情况。
图4-13地籍综合查询统计
图4-14成果输出结果查看界面
5、系统主要技术
集成MIS，OA和GIS等技术的一体化城镇地籍管理信息系统，实现了地籍管理工作的信息化和办公自动化，对现代地籍管理具有十分重要的意义。
有利于提高地籍信息服务水平和管理水平，有利于提高土地登记工作效率和质量，有利于促进国土资源的信息化建设。
5.1、MIS技术
所谓MIS（管理信息系统--ManagementInformationSystem）系统，主要指的是进行日常事务操作的系统。
这种系统主要用于管理需要的记录，并对记录数据进行相关处理，将处理的信息及时反映给管理者的一套网络管理系统。
MIS系统通常用于系统决策，例如，可以利用MIS系统找出目前迫切需要解决的问题，并将信息及时反馈给上层管理人员，使他们了解当前工作发展的进展或不足。
换句话说，MIS系统的最终目的是使管理人员及时了解公司现状，把握将来的发展路径。
5.2、基于工作流技术的办公自动化技术
为了解决国土资源管理的工作流程和信息流的计算机管理问题，通过采用工作流
（Workflow）技术实现系统内部工作流程的管理，将办公自动化系统与GIS应用系统融为一体。
工作流在国土部门内部具备如下功能特点：
定制或者修改业务流程；方便地将业务内容和业务流程结合起来；将项目按照正常或者按照分支条件转入下一阶段；对全局业务进行监控，实现催办等督办功能；按照多种灵活的方式统计和查询各个部门乃至个人对项目办理情况；按照多种灵活的方式查询项目或者申请者的情况；实现项目驳回、延期、挂起等特殊功能；支持协办功能，为特事特办留有接口；能实现由Internet直接受理项目，直接发布项目信息；提供触摸屏查询，支持用大屏幕发布信息；实现公文流转控制与公文收发管理；实现网上社区讨论的管理；
升级会员 