三维地籍管理系统的构建与应用浅谈

[摘 要]本文简要介绍了新技术在三维地籍数据采集中的运用，在合理采集三维地籍数据的基础上利用ArcGIS等软件构建了三维产权体，并以此来实现三维地籍管理系统的各项功能与应用，从而为新的地籍管理模式的构建提供了有力的依据。

[关键词]三维地籍；空间建模；立体化；宗地；属性 ；应用；不动产登记

中图分类号：TP201 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0206-02

前言

近年来，随着城镇化和工业化进程的快速推进，土地资源的立体化发展已成为土地利用的必然趋势。土地的立体化利用不仅是城镇发展的现实需求和资源需求，同时也获得了国家配套的法律支持，这彰显了立体化发展形成的不动产的法律地位，因而地籍必然将具备管理三维空间的功能。三维地籍能够充分地体现出人们所享有的立体空间的权利，保障人们的合法权益，同时能够促进土地流转，更大程度的提高土地的立体利用效益。传统地籍秉承了二维平面思维，二维地籍管理制度将无法全面描述城镇土地在发展过程中的状态及变化趋势，因此，在三维空间中讨论土地权属立体化管理的技术与方法将成为新一轮地籍管理的必然趋势。

1 新技术在三维地籍管理中的运用

1.1 新技术的运用

传统二维地籍的数据采集与重建技术包括两步：第一步进行实地的外业测量，采集每块宗地准确的界址点；第二步是进行内业处理，绘制这些界址点，并按照记录手册上所记录的界址点间的关系，进行连接，绘制成相应的地籍图，并借助软件的功能包来自动地建立宗地之间的二维拓扑关系，其绘图以及建立拓扑关系的过程便是二维地籍对象重建的过程。三维地籍的数据涉及地下空间和地上空间数据，它是突出表现立体模式的空间数据，更多地是处于人根本看不到的位置，如地下室等[1]，采集起来较为困难，因此，三维地籍所涉及的数据要远比二维地籍复杂。

目前航空摄影测量与3S技术在建立三维地籍管理系统方面已经具备了较高的技术水平，主要表现在以下几个方面：

（1）作为一个三维空间信息的表达方式，三维数字地面模型不仅能够表达三维地表模型，还能在上面叠加矢量空间数据、影像数据以及三维地物模型[2]。

（2）高分辨率的影像通常能够提供更为直观的地物景观，卫星遥感如Quickbird能够提供分辨率约为0.6m 的卫星影像，在航测技术能提供高分辨率的遥感影像的基础上，数据的采集精度能得到大幅度的提高，从而能够更好地对数字地面模型、影像数据以及矢量数据进行融合表达[3]。

1.2 三维地籍数据的采集方法

三维地籍通常采用多面体表达产权体，这些三维产权体图形结构比较复杂，怎样利用采集到的数据重建三维地籍对象实体并维护它们的内外的拓扑关系是一项相当有技术含量工作。当前，因数据源的分辨率、精度以及应用目的不同，存在多种三维数据采集和对象重建方法，比较常用的有四种[6]：从底到上（Bottom-up）的方法、从上到下（Top-down）的方法、三维细节重建的方法及集成的方法。

2 三维地籍产权体的构建与系统的应用

2.1 三维地籍数据的获取

三维地籍数据的采集和获取是构建三维产权体和管理三维权体的基础，主要包括三维产权体的界址点位置测量和产权体要素调查两方面。

2.1.1 三维产权体界址点测量

地籍管理中非常重要的一个环节就是地籍测量，三维地籍为地籍测量提出了新的挑战。一方面，在地上空间部分，以实物为主体的地上空间数据可以采用传统的地籍测量的方法来获取；另一方面，对于地下空间、产权空间等不以实体定界的空间测量范围，可用新的三维空间推算以及计算机模拟等方法来实施。

2.1.2 三维地籍要素的调查

三维地籍要素调查的基本内容包括三维产权体权属、产权体利用类别、产权体等级、建筑物状况等。调查要求以三维产权体为基础单元进行要素调查。调查前应搜集有关：规划、设计、测量、评估等档案资料以及法律文件。

2.2 基于Arcgis和SketchUp的三维产权体构建

三维地籍对象是几何、属性以及社会和法律语义的综合体，三维产权体的三维构建概括起来主要包括以下几个部分：

2.2.1 二维数据的处理

当前对三维空间的描述主要还是基于二维平面图，为了构建三维产权体，二维平面数据必须满足一定条件，因此需要对相应的二维数据进行预处理。

为了拔高生成一个三维体，二维平面图需要具有正确有效的拓扑结构，因此，经过处理的二维数据需要达到以下要求：多边形的边界不存在自相交；多边形是封闭的；多边形内不存在重叠和裂隙，经过处理完成的二维平面效果图如图1所示。

2.2.2 利用软件进行“拔高”

二维平面图在确保没有孤立或悬挂的线并正确构建了多边形后，就可以使用相关软件（本文以SketchUp为例）来对多边形进行拔高处理，生成相应的三维产权体。多边形边界的拔高产生了垂直的面，同时需要上顶面和下底面的多边形来进行封闭，从而形成一个完整的三维几何体。图1中的二维平面图经拔高处理后，得到的三维几何体如图2所示：

2.2.3 拓扑构建

通过拔高形成多个面来围成三维体，实际上它们仅是在形式上看起来像三维体，本质上仍然是独立的面，还未建立起真正的三维体对象。为此，可以利用“组”的概念，把相关的面片组合起来，建立起真正的三维体对象。

2.2.4 属性和语义信息的连接

根据地籍等级管理的需要，三维产权体需要具备较强的属性和语义特征，可从以下几个方面进行表述：（1）几何描述，如面积、表面积等；（2）属性和特征描述，如具体地址；（3）产权及对应信息的描述，如产权特征、所有人等等。

对构建后的三维产权体，必须将其相应的属性信息与之相关联，由点到面，由少到多，按照相应的逻辑顺序及空间关系进一步的组建成为一个完整的三维地籍管理系统，从而方便日后的查询与管理。

2.3 系统的功能与应用

为了实现三维地籍数据在管理中的强大功能，系统需实现以下功能：三维展示功能、三维信息查询与分析和三维地籍系统的管理等。

2.3.1 三维场景展示

真实三维场景展示功能是三维地籍较二维地籍的新一大突破，主要包括三维场景内的放大、缩小、漫游、导航、飞行等基本空间浏览功能[7]，实现这些功能的操作主要包括：全图操作、放大和缩小操作、导航模式、移动操作、飞行模式、旋转操作等。本文以某小区建筑为例，进行多方处理后，可以获的较为直观的三维场景展示图，如图3所示：

2.3.2 三维信息的查询、分析与管理功能

三维信息的查询可以分为两个方面：一方面是获取产权体对象的语义和属性；另一方面是通过属性来查询相关的产权体。可视化的查询模式不仅使得整个查询过程简单易行，同时对于数据的分析，以及通过此功能对地籍数据的管理都带来了极大的方便。

2.3.3 其它功能

三维地籍系统可根据用户所指定的位置，直观地显示出地形或建筑物的剖面和立面，同时可快速的显示城镇范围内的高程及空间形态，对未来的土地收储、土地审批、批后监管都有着很大的帮助。

通过用户需要指定城镇位置或经纬度，同时输入不同的时间段或时间点，系统会自动计算出该时刻太阳高度角及入射角，并显示出建筑物被阴影遮挡的情况，更能通过阴影半径来体现出该区域在一年或一天中不同时间段的日照变化情况，由此，可为需要此信息的部门或个人带来极大的方便。

三维地籍系统可实现不动产登记信息管理基础平台。可对不动产的审批、所有人、交易和登记信息进行记录，对国家不动产的监管起到切实可行的保障，为推动不动产登记信息依法公开查询提供详实的数据。

3 结论

三维地籍是国土资源管理中一个迫切需要解决的问题，除了法律和管理外，技术上的突破仍然是一个需要高度重视的问题。

本文从立体开发利用土地的角度出发，提出了利用软件构建三维产权体的方法，为三维地籍系统的构建提供了更新的思路。随着我国经济社会的发展，新一轮的立体化的地籍管理模式终将取代平面的地籍管理，从而更好地服务于我国的土地资源管理工作。

参考文献

[1] 丁远，城市空间三维地籍模型构建及应用研究[D].南京师范大学，2012.

[2] 胡黎明，苏达，王树文，基于三维GIS在城镇地籍中的应用研究[J].影像技术，2012， （2）：28- 31

[3] 李京伟，廖安平，朱武，国家基础影像数据库建设构想与进展[J].地理信息世界，2003，（2）：30-34

[4] 单楠，基于SketchUp和ArcGIS的三维GIS开发技术研究[D]. 西南大学.2009.

作者简介

李芹，新疆维吾尔自治区第一测绘院工作，高级工程师，主要从事航空摄影测量内业、地理信息系统、地图制图工作。