三維地籍建立的問題研究

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)的快速發(fā)展，基于二維平面的、以地表權(quán)利為核心的傳統(tǒng)二維地籍已經(jīng)不能滿足我國地籍管理的需要，建立三維地籍成為了解決這一問題的必然選擇。本文介紹了三維地籍的概念和特點(diǎn)，提出了建立三維地籍在技術(shù)、法律和經(jīng)濟(jì)方面存在的問題，總結(jié)了相對的解決方法。

關(guān)鍵詞：三維地籍 土地利用 空間數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（a）-0189-03

地籍從最初建立到現(xiàn)在，已有幾千年歷史，隨著全球化、信息化的廣泛推進(jìn)，政府、規(guī)劃者和土地產(chǎn)權(quán)主體等各種不同的使用者對地籍工作提出了更高的要求。目前，大多數(shù)國家的地籍仍是基于二維空間建立的。隨著地面以下和地面以上的空間建筑物、構(gòu)筑物的增多，需要一種能記載土地空間利用的地籍來對土地空間進(jìn)行登記，用以記錄土地空間的三維信息和其他的屬性信息，但是現(xiàn)有的二維地籍缺乏這方面的能力，因此，二維地籍走向三維地籍已成為地籍發(fā)展的一個(gè)重要方向。

1 三維地籍簡介

1.1 三維地籍的概念

傳統(tǒng)地籍是基于二維平面的、以地表權(quán)利為核心的地籍，它以二維宗地作為基本管理單元來管理和登記土地相關(guān)的權(quán)利、約束和責(zé)任，其存在的理論基礎(chǔ)是同一宗土地在垂直方向上的權(quán)籍一致性：即地下、地表和地上屬于一個(gè)權(quán)利人[1]。

現(xiàn)代地籍是由國家監(jiān)管的、以土地權(quán)屬為核心、以地塊為基礎(chǔ)的土地及其附著物的權(quán)屬、位置、數(shù)量、質(zhì)量和利用現(xiàn)狀等土地基本信息的集合，用數(shù)據(jù)、表冊和圖等形式表示。三維地籍是將土地空間的概念引入到地籍中，將具有獨(dú)立產(chǎn)權(quán)的土地利用空間單元作為地籍的最小單元予以登記，對其所具有的屬性信息和空間信息進(jìn)行記載和管理。三維地籍建立的基礎(chǔ)是土地利用空間單元，核心是土地空間利用單元的權(quán)屬，其記載和表述的內(nèi)容具有法律意義，三維地籍在內(nèi)容上不僅記錄了土地利用空間單元的狀況，還記載了其他附著物的狀況，完整的反映了土地利用空間單元的屬性信息和空間信息，是土地空間利用單元基本信息的集合，是一個(gè)完整的信息系統(tǒng)。

1.2 三維地籍的特點(diǎn)

三維地籍是適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各方面發(fā)展的產(chǎn)物，是歷史的必然選擇。三維地籍的特點(diǎn)主要區(qū)別于二維地籍所體現(xiàn)出的不同，表現(xiàn)在對象空間信息表達(dá)、對權(quán)屬關(guān)系的反映情況、對地籍信息的質(zhì)量要求、對土地利用狀況的反映情況和地籍用途幾個(gè)方面。

2 三維地籍建立的問題研究

2.1 三維地籍的技術(shù)問題

從技術(shù)層面上看，三維地籍的建立主要包括三維數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、表達(dá)和應(yīng)用，即在GIS技術(shù)的支持下，借助GPS技術(shù)、遙感、攝影測量，以及測繪技術(shù)采集三維數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和共享技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對三維數(shù)據(jù)進(jìn)行交互和分析應(yīng)用。

2.1.1 三維地籍的數(shù)據(jù)采集

三維地籍的數(shù)據(jù)采集主要包括三類數(shù)據(jù)：一是高程信息；二是三維表層信息；三是非空間屬性信息。其中，高程信息采集可利用現(xiàn)有測量技術(shù)，在二維的x和y坐標(biāo)中加入z坐標(biāo)的值?，F(xiàn)有水平坐標(biāo)和高程坐標(biāo)已融為一體，例如WGS84，以GPS為基礎(chǔ)的測量提供了高程坐標(biāo)，激光水準(zhǔn)儀可以很有效率的提供一大片區(qū)域的高程數(shù)據(jù)，全站儀也是高程信息收集的重要手段[2]。

對于三維表層信息的采集，數(shù)字?jǐn)z影測量、遙感、軟件科學(xué)以及影像顯示與識(shí)別技術(shù)為此提供了技術(shù)支持。3S技術(shù)集成形成高精度、多信息量的對地觀測系統(tǒng)，為大范圍區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)獲取和更新，提供了方便快捷的方法。當(dāng)然，現(xiàn)階段也存在一些問題，首先在遙感影像（尤其是高分辨率影像）與三維地形數(shù)據(jù)獲取方面，由于獲取價(jià)格較高導(dǎo)致大規(guī)模應(yīng)用仍有一定難度。但隨著我國以中巴資源衛(wèi)星為代表的遙感衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，以及國土資源部、科技部在應(yīng)用中巴資源衛(wèi)星方面的全面合作，此項(xiàng)瓶頸獲得解決指日可待[3]。其次地下空間在權(quán)屬、行政界線的確定方面與地面不同，主要是因?yàn)榈叵驴臻g存在測定圍護(hù)墻體厚度和樁基深度等問題；此外相對狹窄的地下空間的測量環(huán)境也不同于地面，比如不能夠接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)使得測量技術(shù)的應(yīng)用方面受到極大限制[4]。因此，為了能夠利用三維坐標(biāo)準(zhǔn)確確定地下空間地理位置以及地下空間宗地的權(quán)屬界線等信息，需要改進(jìn)傳統(tǒng)地籍測量技術(shù)方法。

三維地籍的非空間屬性信息主要包括項(xiàng)目名稱或坐落、產(chǎn)權(quán)人、地下空間使用權(quán)的取得方式、用途、使用期限、相對應(yīng)的地號(hào)、地下建筑面積、建筑結(jié)構(gòu)、地下層數(shù)、部位、建筑類型、竣工日期、地下空間出入口的權(quán)屬問題等，一般可以通過地籍權(quán)屬調(diào)查和房產(chǎn)權(quán)利人信息調(diào)查等方法來獲取。

2.1.2 三維地籍的數(shù)據(jù)管理

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫是三維GIS的核心，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、處理、分析和輸出等GIS的各個(gè)環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響著整個(gè)GIS的性能。三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫應(yīng)該以一體化的方式處理二維與三維地籍空間實(shí)體，實(shí)現(xiàn)二維與三維地籍?dāng)?shù)據(jù)的綜合存儲(chǔ)，為綜合性的查詢與數(shù)據(jù)管理提供基礎(chǔ)；達(dá)到二維地籍與三維地籍?dāng)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，既可以根據(jù)地表二維地籍查詢該地塊之下的地下空間權(quán)屬情況，也可以通過地下三維實(shí)體通過三維實(shí)體的投影搜索地表相關(guān)的地塊?，F(xiàn)階段以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫為代表的商業(yè)數(shù)據(jù)庫是三維地籍常采用的數(shù)據(jù)管理軟件，雖然Oracle的空間管理系統(tǒng)可以存儲(chǔ)三維信息中的點(diǎn)，線和面等所有的空間信息的種類，但是幾何學(xué)的功能（面，重疊……）仍然被限制在二維中。

針對三維地籍?dāng)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)、海量的特性，可在Oracle數(shù)據(jù)庫中對三維地籍?dāng)?shù)據(jù)實(shí)行分區(qū)、分塊和分層的聯(lián)合索引存儲(chǔ)，由此提高數(shù)據(jù)檢索效率。分區(qū)就是按管理區(qū)域分成城鎮(zhèn)和農(nóng)村兩部分；分塊是按三維地籍管理權(quán)限分為土地調(diào)查、土地登記、土地統(tǒng)計(jì)和地籍檔案管理；分層就是根據(jù)三維宗地的數(shù)據(jù)組織方式進(jìn)行分類的，將三維宗地地籍?dāng)?shù)據(jù)分成幾個(gè)小表進(jìn)行存儲(chǔ)，可分為三維宗地表空間、基本體素表空間、四邊形表空間、三角形表空間、界址線表空間和界址點(diǎn)表空間。將三維地籍?dāng)?shù)據(jù)分區(qū)、分塊和分層聯(lián)合存儲(chǔ)，并通過索引連接，可以比較靈活地對三維地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行劃分和存儲(chǔ)，能在很大程度上提高三維地籍?dāng)?shù)據(jù)查詢和修改的效率，有利于數(shù)據(jù)分類管理。如果某個(gè)表空間出現(xiàn)故障，其他表空間的數(shù)據(jù)仍然可用，維護(hù)也方便。如果某個(gè)表空間出現(xiàn)故障需要修復(fù)數(shù)據(jù)，只要修復(fù)該表空間即可，對指定對象的查詢也僅需搜索對應(yīng)的表空間，從而改善了查詢的性能，增強(qiáng)可用性[5]。目前，還需要加強(qiáng)如何在時(shí)間尺度上對三維地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理的研究，提高數(shù)據(jù)管理的時(shí)效性和科學(xué)性。

2.1.3 三維地籍的數(shù)據(jù)表達(dá)

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)表達(dá)主要是依靠GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)的GIS軟件（空間分析功能強(qiáng)大）和CAD軟件（數(shù)據(jù)編輯功能強(qiáng)大）已經(jīng)普遍用于空間數(shù)據(jù)表達(dá)，但不具有很好三維處理的功能，國內(nèi)外一些GIS軟件已經(jīng)具有二維半的三維模型表面和三維景觀模型的能力，但還是無法進(jìn)行切制剖面、三維查詢、三維分析等真三維操作，目前的GIS主要局限于二維或二維半空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和處理，難以真實(shí)再現(xiàn)人們所生存的現(xiàn)實(shí)的三維客觀世界，不能滿足人們對三維地物的查詢分析要求[6]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像圖形處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，GIS軟件從二維發(fā)展到三維才能實(shí)現(xiàn)地理信息的真三維表達(dá)。

虛擬現(xiàn)實(shí)是三維地籍信息系統(tǒng)建設(shè)中必不可少的技術(shù)，是對傳統(tǒng)GIS可視化與交互操作、可視化分析、仿真與模擬技術(shù)體系的創(chuàng)新，使用戶從多角度、多層次、實(shí)時(shí)地感受和理解。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要包括三維建模、可視化與空間分析等。三維建模要從地面建模、建筑物建模和地物表面建模展開，即利用DEM或TIN數(shù)據(jù)進(jìn)行地面建模，再根據(jù)地面建筑物的高度或?qū)訑?shù)確定地上（地下）建筑的Z坐標(biāo)值進(jìn)行建筑物建模，然后以地物表面圖像實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的形象化表達(dá)，同時(shí)為了適應(yīng)宗地中地上或地下建筑物的管理需要，還必須提供戶型信息及層高信息，以便于區(qū)分建筑物中不同土地權(quán)利人及用途情況。三維可視化主要功能是根據(jù)用戶需要，方便進(jìn)行三維地籍圖的顯示和交互，輸出各種專題圖、統(tǒng)計(jì)圖等?？臻g分析主要提供一些數(shù)據(jù)庫和地籍單元的分析功能，典型的有空間統(tǒng)計(jì)分析、面積體積計(jì)算、空間疊置及緩沖區(qū)分析等[7～8]。結(jié)合最新網(wǎng)絡(luò)發(fā)展技術(shù)，針對三維地籍信息系統(tǒng)的復(fù)雜性，研究網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)技（WEB 3D）是提高其運(yùn)行效率的重要途徑，例如，虛擬地理信息系統(tǒng)可作為三維地籍系統(tǒng)建設(shè)的參考，采用GIS技術(shù)存儲(chǔ)、管理空間數(shù)據(jù)，結(jié)合Java 3D和VRML軟件開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，并應(yīng)用相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)、互操作等技術(shù)實(shí)現(xiàn)GI S和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)集成，此外還可以借助于諸如Agent、人工智能等方法進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和分析運(yùn)行能力[8]。

2.2 三維地籍的法律問題

隨著土地立體空間利用，地籍的權(quán)利空間、相鄰關(guān)系等也都隨之發(fā)生了重大變化，更多的權(quán)屬問題已經(jīng)無形中延伸到了三維空間權(quán)利實(shí)體當(dāng)中，相互間關(guān)系的界定和處理也變得更為復(fù)雜，需要將研究的目光更多的投入地上、地下綜合體的權(quán)屬問題上，從法律角度對三維地籍中呈現(xiàn)的復(fù)雜權(quán)屬問題進(jìn)行界定，有效保障土地所有者和使用者在土地三維空間中的合法權(quán)益。建立三維地籍最必要的條件是要對三維地籍的空間權(quán)利在法律上進(jìn)行定義和說明?，F(xiàn)行的法律上也沒有對土地的使用權(quán)的空間界限和范圍做出明確的規(guī)定，在目前的土地調(diào)查和土地登記中也沒有對土地使用權(quán)的空間進(jìn)行明確的限制，空間權(quán)利的定義和權(quán)利的性質(zhì)沒有明確的規(guī)定，在空間上存在著重疊的不同土地使用者的產(chǎn)權(quán)也沒有明確的界定[9]。

傳統(tǒng)地籍是基于二維平面的、以地表權(quán)利為核心的地籍，它以二維宗地作為基本管理單元來管理和登記土地相關(guān)的權(quán)利、約束和責(zé)任，其存在的理論基礎(chǔ)是同一宗土地在垂直方向上的權(quán)籍一致性：即地下、地表和地上屬于一個(gè)權(quán)利人[1]。顯然傳統(tǒng)地籍不能解決土地立體化開發(fā)利用中的地籍管理問題，迫切需要引入三維地籍概念。3D地籍是在地籍概念中引入三維產(chǎn)權(quán)（空間產(chǎn)權(quán)）的概念，它不僅可以登記和洞悉二維宗地的權(quán)況，而且可以注冊、明晰和界定三維產(chǎn)權(quán)單元（3D Property Unit）的空間權(quán)屬[10-11]。這里三維產(chǎn)權(quán)單元是指隸屬于自然人或者法人的封閉的三維權(quán)利實(shí)體（如1套房產(chǎn)），是三維地籍中最小的單元，相當(dāng)于傳統(tǒng)地籍中的宗地。當(dāng)前，大多數(shù)的三維地籍研究是以整棟建筑物為研究對象進(jìn)行建模和可視化，實(shí)際上一棟建筑物的內(nèi)部可能還包含多個(gè)分屬不同權(quán)利人的權(quán)屬空間。因此真正意義上的三維地籍系統(tǒng)，應(yīng)該以獨(dú)立的產(chǎn)權(quán)基本單元（如1套住宅）為研究對象，研究它們的存在形式、劃分方式、建模方法、可視化等方面，以管理現(xiàn)實(shí)世界中的權(quán)屬狀況，從而區(qū)分不同的產(chǎn)權(quán)單元，減少法律糾紛。

2.3 三維地籍的經(jīng)濟(jì)問題

地籍最初是一種國家工具，地籍測量、登記等工作都是由國家機(jī)關(guān)來進(jìn)行的，地籍信息的獲取和地籍管理是需要很大成本的，現(xiàn)在地籍存在著很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但是并沒有形成一種產(chǎn)業(yè)，目前地籍信息獲取和地籍管理的資金的主要來源還是國家。三維地籍建立的成本一般包括兩個(gè)部分：三維地籍信息的獲取成本和三維地籍建立以后的管理成本[4]。

（1）三維地籍信息的獲取成本。信息的獲取成本是指為獲取土地及其附著物的權(quán)屬、位置、數(shù)量、質(zhì)量和利用狀況等土地基本信息所消耗的人、物、財(cái)和時(shí)間成本。

（2）三維地籍的管理成本。管理成本主要指：地籍信息管理的成本主要包括建立地籍信息管理制度的成本、地籍檔案管理成本和地籍信息系統(tǒng)的建立、應(yīng)用和維護(hù)的成本。

三維地籍建立的基礎(chǔ)是三維地塊，但是界址點(diǎn)的設(shè)置是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，例如如何確定界址點(diǎn)的位置，對不能明顯加以標(biāo)識(shí)的界址點(diǎn)的幾何坐標(biāo)的測量和定位，并且界址點(diǎn)的數(shù)量相對二維宗地來說大量增多，界址點(diǎn)數(shù)據(jù)采集工作量和難度也大為提高，此外增加了三維地塊的高程信息、土地的空間信息、土地利用復(fù)雜性以及相關(guān)權(quán)屬的確定，工作量有了很大的增加。因此建立完整三維地籍需要進(jìn)行大量的土地調(diào)查和測繪工作。

大量的三維信息需要有效的管理系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)來保證信息的完整性和準(zhǔn)確性，必將增大三維地籍的管理成本和系統(tǒng)維護(hù)的成本?，F(xiàn)在土地利用呈現(xiàn)出變化快，頻率高，土地利用復(fù)雜的特點(diǎn)，三維地籍的日常變更也需要大量的人力和物力來維護(hù)和支持。三維地籍系統(tǒng)對于的質(zhì)量和精度的要求更高，需要一種新的地籍信息來實(shí)現(xiàn)三維地籍的多用途功能，支持海量的三維空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維地塊之間拓?fù)潢P(guān)系和可視化。

總之，三維地籍的信息獲取成本和管理成本較二維地籍都有所提高，政府部門在增加三維地籍建設(shè)資金的同時(shí)，還要積極促進(jìn)三維地籍的市場化，通過網(wǎng)絡(luò)三維地籍信息平臺(tái)來提高三維地籍的收益。

4 結(jié)語

本文在參考國內(nèi)外三維地籍研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的土地利用和管理現(xiàn)狀，介紹了三維地籍的概念和特點(diǎn)，并對其建立時(shí)遇到的問題進(jìn)行了研究?？傊?，三維地籍作為地籍發(fā)展的一個(gè)重要方向，它的建立對土地利用和土地管理都具有很很重要的作用，能推動(dòng)土地市場的進(jìn)一步繁榮與發(fā)展，發(fā)揮地籍在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃中的作用。

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