The Design and Implementation of a Cadastral Database with a Spatiotemporal Modeling Approach in Turkey

Document Sample
The Design and Implementation of a Cadastral Database with a Spatiotemporal Modeling Approach in Turkey Powered By Docstoc
					METU



         The Design and Implementation of a
       Cadastral Database with a Spatiotemporal
             Modeling Approach in Turkey



            Dr. Mustafa TURKER                     Sultan KOCAMAN
         Middle East Technical University   Swiss Federal Institude of Technology
                 Ankara, Turkey                     Zurich, Switzerland

              mturker@metu.edu.tr              skocaman@geod.baug.ethz.ch
Presentation Outline
n   Introduction
n   The Objectives
n   The Cadastre in Turkey
n   Data Management
n   The Requirements for a Cadastral Database
n   Conceptual Modeling
    n   The Spatiotemporal Entity-Relationship (STER) Model
    n   Adding Enhanced-ER (EER) Model Constructs to STER
    n   Design of a Conceptual Schema
n   Logical Design
    n   Mapping the Conceptual Schema to a Logical Schema
    n   The Relations and Functional Dependencies
    n   Database Tables
n   System Implementation
    n   The Systems Used
    n   The Implementation
n   Conclusions
Introduction
The cadastral data generally include:

    §     geometric data (coordinates, maps),
    §     real property information,
    §     the nature and duration of the tenure,
    §     land use,
    §     buildings and apartments,
    §     land taxation values,   
    §     property addresses,
    §     population
Introduction (cont’d)
§ Data management is an important issue for cadastral data
§ A spatial database management system would improve 
  the management capabilities of cadastral data
§ The analysis of cadastral datasets also requires powerful 
  analysis tools
§ The capabilities of GIS would meet the management and 
  analysis requirements of cadastral data
The Objectives
§ to analyze the requirements of a cadastral database for 
  Turkey
§ to design and develop a spatiotemporal database for 
  cadastral data
§ to implement the designed database in a selected 
  study area
§ to speed up the cadastral processes
§ to support management of cadastre and mapping 
  activities in Turkey
 The Cadastre in Turkey
§ The cadastral system in Turkey is juridical cadastre
§ General Directorate of Land Registry and Cadastre (TKGM) is 
  responsible of land registry and cadastre works 
§ The main tasks of TKGM are:
   Ø   to perform cadastral survey
   Ø   to carry out all registration operations and contracts on land rights
   Ø   to determine land tenure method
   Ø   to revise the cadastral data
Data Management
§ Phases of database design process are:

   Ø Requirements Collection and Analysis 
   Ø Conceptual Database Design 
   Ø Choice of a DBMS 
   Ø Logical Database Design
   Ø Physical Database Design 
   Ø Database System Implementation
The Requirements for a Cadastral
Database
§ Main objects of a cadastral database include:
   Ø   Land Parcel (ST)
   Ø   Parcel Block (ST)
   Ø   Country (S)
   Ø   Province (ST)
   Ø   County (ST)
   Ø   Countyward (ST)
   Ø   Village (ST)
   Ø   Person (T)
   Ø   Buildings (ST)
   Ø   Cadastral Maps (ST)
   Ø   Ground Control Points (ST)
   Ø   Other Land-Related Data Linked to Cadastral Data (S)
The Requirements for a Cadastral
Database (cont’d)
§ The attributes of cadastral objects:
     Ø temporal (e.g., value of a parcel, name of a county)
     Ø non-temporal (e.g. name of a province)



§ The relationships between cadastral objects can be:
     Ø    spatial (e.g. province-country relationship)
     Ø temporal (e.g. parcel-person relationship)
     Ø spatiotemporal (e.g. parcel-buildings relationship)
Conceptual Modeling
 Spatiotemporal Entity-Relationship (STER) Model

§ allows to represent both temporal and spatial characteristics 
  of a conceptual schema
§ uses traditional ER notations 
§ two levels of conceptual modeling diagrams 
§ Three types of time aspects defined in STER include:
   Ø   Valid Time: the fact is true in the modeled reality
   Ø   Transaction Time: the element is the part of the current state of the 
       database
   Ø   Existence Time: the time when the object exists
                                                              time
entity set    et    entity set
                                             time/id
                                                              id

     (a)                                  (b)
Representation of existence time (a) in STER and (b) in ER 


                                 1               M                   M          1
                                                       GEOMETRY                     SPACE
 entity set        entity set
              s
                                     is_located_at                   belongs_to


                                       ISA                ISA             ISA

                                 POINT                 LINE              REGION


       (a)                                                (b)
Representation of a spatial entity set (a) in STER and (b) in ER
                                                               1               M                         M             1
                                                                                      GEOMETRY                              SPACE
   entity set                                entity set
                svt
                                                                   is_located_at                            belongs_to
                                                  valid time
                                                                    ISA                     ISA                  ISA

                                                               POINT                  LINE                      REGION

        (a)                                                                                  (b)
Representation of a spatiotemporal entity set (a) in STER and (b) in ER 


                                                                                                     time/attribute
   entity set                            attribute    vt               entity set


                                                                                                attribute         valid time
        (a)                                                                        (b)
Representation of a temporal attribute (a) in STER and (b) in ER 


                                                                                         Spatial relationship
                      Spatial relationship
  Spatial entity                             Spatial entity          Spatial entity                              Spatial entity
                              vt                                     set 1
  set 1                                      set 2                                                               set 2

                                                                                            Valid time
        (a)                                                                 (b)
Representation of a spatiotemporal relationship (a) in STER and (b) in ER
Conceptual Modeling
Adding Enhanced-ER (EER) Model Constructs to STER


§ superclass-subclass
§ two types of constraints:
       Ø   disjointness
       Ø   completeness
       Design of a Conceptual Schema 

                             vt                 vt          vt
          Pid    value                  Land_use     area
                                                                                         d


                Parcel             et      tt
                                  svt     stt
                                                                           Real_person   Jurid_person
                         M

                                                                               Id             Tax_no
 reason
                                                N
                         vt        tt                            et   tt   Fat_name          Tax_office
rate                                                 person
                                                                           Mot_name
Proc_no         Parcel_ownership                                                         name vt
                                                                           Birth_place
                                                                                         jtype vt
                                                                           Birth_date

                                                                              Sex
                                                                                               name
                                                                           name vt
A part of  abstract conceptual schema designed                                               surname
for a cadastral database                                                     Citizen
                                                                                 vt
                                                                           Reg_info

                                                                           Death_date
        Design of a Conceptual Schema (cont’d)

       start     end         start          end
                                                                                  area                  start

                                                                                   valid_time           end
                                                                   area
        id       exist_time trans_time
                                                                                    Land_use            start
                                                                   Land_use
       time/id                                                                     valid_time           end
                                                                   value
                                                                                     value              start
                                                                   pid
                                                                                   valid_time           end




       parcel                                          REGION                                       SPACE
                        1                         1                          M                  1
                            is_located_at                                         belongs_to

A part of detailed conceptual 
schema designed for a                                 trans_time     valid_time
cadastral database 

                                      start            end               start    end
      Logical Design
      Mapping the Conceptual Schema to a Logical Schema

I.      System independent mapping 
          Ø   defining the database relations
          Ø   defining the functional dependencies
          Ø   determining the candidate keys
          Ø   applying normalization operations (1st, 2nd, 3rd, and BCNF)


II.      Tailoring the logical schemas into a specific DBMS   
         Logical Design
         The Relations and Functional Dependencies

PARCEL RELATION
obj_id    exist_time   pid   landuse (vt)   value(vt)   area(vt)   geo(vt)

fd1:

fd2:

fd3:
fd1: obj_id ®(exist_time, pid, landuse, value, area, geometry)
fd2: geo ®area
fd3: (pid, exist_time) ®obj_id
      Logical Design
      Database Tables

PARCEL TABLE
COLUMN        DATA TYPE   SIZE   NULL   CONSTRAINTS
NAME
obj_id        number       14     N     primary key
Stdate        date                N      
Enddate       date                Y      
Pid           char         19     N      


TABLE DDL: CREATE TABLE parcel
               (obj_id NUMBER(14) NOT NULL,
               stdate DATE NOT NULL,
               enddate DATE,
               pid NUMBER(19) NOT NULL,
                    CONSTRAINT PRIMARY
            KEY(obj_id))
    System Implementation
    The Systems Used

Oracle 8i Spatial® Spatial DBMS software
  Adv.         - spatial data storage, manipulation, and analysis
               - seamless integration with attribute data
               - accessable from a number of GIS applications
  Disadv.      - very limited graphical data display and manipulation tools

MapInfo 6.0 ® GIS software
  Adv.         - geographical data display, manipulation, and analysis
               - integrated with Oracle 8i Spatial
  Disadv.      - limitations in managing large datasets
               - limitations in database administration and security
                   DBA User              MDSYS User                      MapInfo
                                                                        Application




                   DDL Statements   Privilleged Spatial      Spatial DDL
                                        Commands              Statements




                                                                  DDL            Spatial
                                                                 Compiler        Query

Components 
of the software                                             Spatial
used in the                           Data
                    DDL                                      Data
                                    Dictionary
implementation     Compiler                                Dictionary


                                                 Spatial

                                          Oracle 8i Server                      Query
                                                                               Compiler




                                         Spatial and Attribute
                                                DATA
 System Implementation
 The Implementation

Study area: A part of Çayyolu countyward in Çankaya County, 
  Ankara was selected

Data:  a total of 1234 land parcels 
        Ø   1:5,000-scale cadastral maps

        Ø   land registry data
The cadastral maps of the study area 
  System Implementation
Anomalies in data:
§ Data redundancy (e.g. multiple records of a person)
§ Null fields in data for which the existence of data is 
  mandatory
§ Data inconsistency (e.g. several land parcels in a cadastral 
  map were missing in the corresponding land registry records, 
  and vice versa)
§ Geometry problems (e.g. the geometry of several parcels did 
  not fit to the corresponding parcel block, there were 
  overlapping or intersecting land parcels in a block, etc.)
   System Implementation
Data Loading Process:
§ Creating the temporary database tables in Oracle 8i
§ Loading non-spatial data into temporary database tables and 
  editing them in Oracle 8i
§ Editing and loading spatial data using MapInfo 6.0
§ Inserting fictitious data into the null fields (for testing)
§ Loading the data stored in temporary tables into permanent 
  tables created earlier
    System Implementation
Spatial Queries: 
§ What parcels belong to the “Maliye Hazinesi”? 




           The land parcels 
           belonging to 
           “Maliye Hazinesi” 
           in Çayyolu
    System Implementation

§ What parcels have a minimum 
  area of 1000 m2 ? 




                    The geometries 
                    of land parcels 
                    with more than 
                    1000 m2
       System Implementation
n   Who are the owners of the building(s) located in parcel #2 
    of block #15637 


The building geometry 
located in parcel #2 of 
block #15637

The parcel owners were 
listed in two subgroups, 
real people and juridical 
people
    System Implementation
Temporal Queries: 
§ Who were the owners of parcel #4 of block #13633 in the last 
  25 years? 
    System Implementation

§ Which parcels were owned by ‘Tuna Mühendislik’ in the last 15 
  years?
    System Implementation
Spatiotemporal Queries:

§ What geometrical changes occured on parcel #1 of block 
  #13055 in the last 15 years? 




              The geometrical changes on parcel #1 of block #15637
  System Implementation
§ Which parcel was added last to block #13064?




        The parcels 
        added last to 
        block #15637
 Conclusions

§ A cadastral database was designed and implemented 
  with spatiotemporal modeling approach

§ The land registry and cadastral data were stored in a 
  single database

§ It is necessary to utilize a spatiotemporal database 
  modeling approach for designing and implementing a 
  cadastral database
    Conclusions

n   The STER model extended with EER constructs met the 
    conceptual modeling requirements

n   Oracle 8i Spatial fitted the need of a spatial DBMS

n   The system implemented in this study is capable of 
    handling basic spatiotemporal queries

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:11
posted:10/31/2013
language:English
pages:33