三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型及時(shí)空關(guān)系研究

王履華，孫在宏，曲 欣，吳長彬

（1.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.南京國圖信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，江蘇 南京 210036；3.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210097；4.江蘇省地產(chǎn)發(fā)展中心，江蘇 南京 210017）

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型及時(shí)空關(guān)系研究

王履華1，2，孫在宏1，3，曲 欣4，吳長彬1，3

（1.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.南京國圖信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，江蘇 南京 210036；3.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210097；4.江蘇省地產(chǎn)發(fā)展中心，江蘇 南京 210017）

研究目的：提出一種面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，并對(duì)三維地籍的變更及時(shí)空關(guān)系進(jìn)行研究，為三維地籍管理提供技術(shù)方法。研究方法：在理論分析的基礎(chǔ)上，探討三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型的邏輯模型、物理模型、拓?fù)潢P(guān)系和時(shí)空關(guān)系設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。研究結(jié)果：（1）面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型具有邏輯明確、檢索方便、運(yùn)算簡單且易于維護(hù)等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型在展示效率、拓?fù)浜涂臻g分析等方面的不足；（2）面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型基于現(xiàn)有二維地籍?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，兼容性好、實(shí)現(xiàn)成本低；（3）采用二維驅(qū)動(dòng)的三維地籍變更方法，并基于改進(jìn)的基態(tài)修正時(shí)空數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)三維地籍產(chǎn)權(quán)體的動(dòng)態(tài)更新和歷史關(guān)系管理，將三維地籍管理擴(kuò)展至四維空間。研究結(jié)論：建立的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，應(yīng)用于三維地籍管理信息系統(tǒng)建設(shè)中，解決了技術(shù)瓶頸，實(shí)驗(yàn)證明該技術(shù)方法可行有效。

地籍；三維地籍； 數(shù)據(jù)模型； 三維地籍產(chǎn)權(quán)體； 時(shí)態(tài)GIS； 地籍變更

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷加快，土地利用逐漸由地表向垂直空間發(fā)展，呈現(xiàn)立體化利用趨勢(shì)。中國《物權(quán)法》第一百三十六條規(guī)定“建設(shè)用地使用權(quán)可以在土地的地表、地上或者地下分別設(shè)立”，國土部門頒布的《節(jié)約集約利用土地規(guī)定（草案）》第十三條明確提出“國家鼓勵(lì)合理利用地上和地下空間”。目前中國實(shí)踐中普遍采用以宗地為基礎(chǔ)的二維平面地籍管理模式，對(duì)地上地下的三維權(quán)利實(shí)體和關(guān)系缺乏有效記錄。傳統(tǒng)的二維地籍以二維空間理論為基礎(chǔ)、地表權(quán)屬管理為核心，作為管理基本單元的宗地在垂直方向上權(quán)屬具有一致性[1]，所以二維地籍管理不能全面反映土地利用在三維空間上的分布狀況，難以滿足地籍產(chǎn)權(quán)明晰化管理的需求。近年來，許多國家和地區(qū)開展三維地籍相關(guān)法律、管理和技術(shù)等方面的研究[2-6]，三維地籍也成為FIG（國際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)）近10年來年會(huì)的連續(xù)專題。

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型是建立三維地籍的基礎(chǔ)，許多學(xué)者在此方面展開了大量研究。郭仁忠等提出基于共享邊的離散面片集合來自動(dòng)構(gòu)建最小三維封閉體及其拓?fù)潢P(guān)系，并將該方法用于三維地籍的產(chǎn)權(quán)體構(gòu)建和拓?fù)浣7]；文小岳等結(jié)合三維地籍空間實(shí)體特征，提出面向地籍的三維數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)三維圖形和宗地屬性的快速連接與可視化[8]；王林偉基于產(chǎn)權(quán)體和節(jié)點(diǎn)、弧段、三邊形構(gòu)建PNAT三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)模擬實(shí)現(xiàn)[9]。綜上，現(xiàn)有研究大多停留在技術(shù)思路和理論探討方面，并且其模型過于復(fù)雜，不利于數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。本文在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究，探索一種構(gòu)建技術(shù)相對(duì)簡單的三維地籍管理模型，即采用邊界表示B-Rep（Boundary Representation）和結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何CSG（Constructive Solid Geometry）相結(jié)合的方法，建立面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，并在此基礎(chǔ)上加入時(shí)間維的屬性，將三維地籍管理擴(kuò)展至四維空間，以實(shí)現(xiàn)三維地籍產(chǎn)權(quán)體的動(dòng)態(tài)更新和歷史關(guān)系管理，并對(duì)構(gòu)建模型進(jìn)行實(shí)證應(yīng)用，以驗(yàn)證其可操作性。

1 三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型

1.1 三維地籍的概念模型

在中國不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記的背景下，全國土地、房屋、草原、林地、海域等不動(dòng)產(chǎn)登記職責(zé)將整合至一個(gè)部門承擔(dān)。三維地籍是對(duì)二維地籍的繼承和發(fā)展，屬于不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記框架下土地使用權(quán)的范疇，地上地下空間所有權(quán)應(yīng)該與其投影所依附的土地所有權(quán)保持一致。三維地籍的概念模型是對(duì)真實(shí)世界中三維地籍實(shí)體對(duì)象進(jìn)行描述（圖1），三維地籍的研究對(duì)象為三維宗地及其界址和權(quán)屬信息，其中界址面作為區(qū)分不同權(quán)利三維實(shí)體圖形的分界面，是二維界址在三維空間的擴(kuò)展。

1.2 三維地籍的基本管理單元及表達(dá)形式

傳統(tǒng)的地籍理論基于二維平面，其基本管理單位是宗地及構(gòu)成宗地的界址點(diǎn)和界址線。三維地籍是在地籍的概念中引入三維產(chǎn)權(quán)的含義，將一定的三維空間劃分為沒有交叉、空隙和重疊的三維權(quán)利實(shí)體[10]。三維地籍產(chǎn)權(quán)體是三維地籍管理的最小單元，可定義為以三維權(quán)屬界址組成的封閉權(quán)利實(shí)體，相當(dāng)于傳統(tǒng)地籍中的宗地[11-12]，對(duì)地上和地下立體空間中三維地籍產(chǎn)權(quán)體的定界和表達(dá)是三維地籍管理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

圖1 三維地籍概念模型Fig.1 The conceptual model of 3D cadastre

結(jié)合中國城市發(fā)展實(shí)例和地籍管理需要，三維地籍產(chǎn)權(quán)體的形式可抽象為開放式宗地、半限制宗地、全限制宗地[13]，所有立體化土地利用的情形都可以用以上3類宗地及其組合來表達(dá)，通過規(guī)劃建設(shè)條件的限定（如城市設(shè)計(jì)對(duì)土地利用作高度限制），可將3種形式的三維地籍產(chǎn)權(quán)體進(jìn)行統(tǒng)一。2006年上海市政府頒布了國內(nèi)首個(gè)涉及地下空間建設(shè)用地審批和權(quán)屬管理的規(guī)定《上海市城市地下空間建設(shè)用地審批和房地產(chǎn)登記試行規(guī)定》[14]，在其實(shí)施意見中對(duì)地下宗地的地籍測(cè)量和表示方法做出明確規(guī)定：結(jié)建地下工程納入平面宗地統(tǒng)一管理；對(duì)單建地下工程新設(shè)宗地，實(shí)地界定項(xiàng)目用地范圍、測(cè)定界址點(diǎn)位置，按照建設(shè)工程規(guī)劃許可證明確的地下建（構(gòu)）筑物水平投影最大占地范圍和起止深度設(shè)立土地使用權(quán)。同年，南京市對(duì)市內(nèi)某宗國有土地地下空間使用權(quán)出讓用于停車場(chǎng)建設(shè)，通過對(duì)地下空間使用范圍的勘測(cè)定界，基于地圖投影原理將地下空間使用權(quán)范圍紅線映射到地表，并在圖面標(biāo)注“出讓地下”，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行土地登記發(fā)證[15]。2012年正式實(shí)施的廣州市地方技術(shù)規(guī)范《地下空間產(chǎn)權(quán)測(cè)繪技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定[16]，地下空間界址點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)內(nèi)角點(diǎn)坐標(biāo)加外墻厚度的外推法確定，地下空間測(cè)繪成果報(bào)告書中應(yīng)明確地下空間的水平投影占地范圍、起止深度和建筑面積等，作為產(chǎn)權(quán)登記的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

根據(jù)現(xiàn)有研究和各地的實(shí)際做法，歸納形成對(duì)三維地籍產(chǎn)權(quán)體具有可操作性的定界表達(dá)方式：通過實(shí)地勘測(cè)的界址點(diǎn)和界址線，水平投影生成二維宗地，按起止高度對(duì)二維宗地進(jìn)行垂直拉升形成三維地籍產(chǎn)權(quán)體的三維實(shí)體圖形，并創(chuàng)建三維界址點(diǎn)、三維界址線和三維界址面等空間圖形以及生成相應(yīng)的拓?fù)潢P(guān)系（圖2）。該方法兼容現(xiàn)有二維地籍?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且數(shù)據(jù)獲取方便并易于管理和維護(hù)，建立的三維地籍產(chǎn)權(quán)體具有底面和頂面圖形完全相同且相互平行、側(cè)立面垂直于底面和頂面、區(qū)域封閉性等特點(diǎn)。

1.3 三維地籍的數(shù)據(jù)模型

現(xiàn)有空間構(gòu)?？蓺w納為基于面模型、體模型和混合模型的3大類體系[17]，其中CSG和B-Rep是常用的兩種實(shí)體建模方法。CSG方法是用基本幾何元素的布爾操作構(gòu)造復(fù)雜實(shí)體，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，生成速度快，處理方便，無冗余信息；缺點(diǎn)是無法存貯實(shí)體間的關(guān)系信息，無法支撐各類空間分析等。B-Rep方法通過面、環(huán)、邊、點(diǎn)來定義形體的位置和形狀，優(yōu)點(diǎn)是有較多的關(guān)于面、邊、點(diǎn)及其相互關(guān)系的幾何和拓?fù)湫畔?，有利于以面、邊、點(diǎn)為基礎(chǔ)的各種幾何運(yùn)算和操作，并便于進(jìn)行相關(guān)空間分析；缺點(diǎn)在于它的核心信息是面，因而對(duì)實(shí)體本身的整體描述能力相對(duì)較差。

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型的選取應(yīng)該滿足以下3個(gè)條件：模型能夠準(zhǔn)確表達(dá)地籍產(chǎn)權(quán)體的權(quán)屬邊界，所選取的模型包含節(jié)點(diǎn)、弧段和面片3種拓?fù)湓丶包c(diǎn)、線、表面、體4種幾何對(duì)象，需要滿足可視化的表達(dá)、空間分析和計(jì)算等功能[18]。在對(duì)三維地籍管理基本單元及表達(dá)形式分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維地籍產(chǎn)權(quán)體的特點(diǎn)，本文提出一種B-Rep和CSG面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型（Hybrid 3D Cadastral Data Model，H3DCDM）。H3DCDM是一種充分結(jié)合面模型、體模型各自優(yōu)勢(shì)的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，在CSG基礎(chǔ)上擴(kuò)展B-Rep數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少了中間環(huán)節(jié)中的數(shù)學(xué)計(jì)算量，可以完整的表達(dá)物體的幾何和拓?fù)湫畔?，便于三維地籍產(chǎn)權(quán)體模型的建立。

圖2 三維地籍產(chǎn)權(quán)體及其組成Fig.2 The property volume of 3D cadastre and its components

2 面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型

2.1 H3DCDM的邏輯模型

圖3 H3DCDM邏輯模型Fig.3 The logical model of H3DCDM

三維地籍產(chǎn)權(quán)體是三維權(quán)屬界址組成的封閉三維權(quán)利實(shí)體，包含三維實(shí)體圖形和所對(duì)應(yīng)的權(quán)屬界址圖形兩個(gè)部分。H3DCDM邏輯模型如圖3，三維實(shí)體圖形部分用于三維地籍產(chǎn)權(quán)體的可視化，根據(jù)用地最大范圍水平投影形成的二維宗地，采用CSG方法按起止高度垂直拉升進(jìn)行構(gòu)建。權(quán)屬界址是三維地籍產(chǎn)權(quán)體的核心，采用B-Rep方法，根據(jù)二維宗地創(chuàng)建三維界址點(diǎn)、三維界址線和三維界址面，用于表達(dá)三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間的權(quán)屬和拓?fù)潢P(guān)系。在進(jìn)行地籍調(diào)查時(shí)，界址點(diǎn)及界址線是由宗地相鄰雙方指界人在現(xiàn)場(chǎng)共同認(rèn)定，具有法定效力。在三維地籍中將平面的界址點(diǎn)加入Z坐標(biāo)，擴(kuò)展形成三維界址點(diǎn)和三維界址線，三維界址點(diǎn)和三維界址線是界定三維地籍產(chǎn)權(quán)體權(quán)屬界址的重要標(biāo)志。由于二維宗地之間的鄰接關(guān)系只存在共點(diǎn)和共線兩種情況，而在三維空間中，三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間除共點(diǎn)和共線外，還存在共面的鄰接關(guān)系，在H3DCDM數(shù)據(jù)模型中引入三維界址面，用于界定相鄰三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間的權(quán)屬關(guān)系。

2.2 H3DCDM的物理模型

物理模型是對(duì)H3DCDM在數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)和組織形式進(jìn)行描述。如圖4，H3DCDM在物理存儲(chǔ)上分為二維宗地、三維界址點(diǎn)、三維界址線和三維界址面4個(gè)空間數(shù)據(jù)圖層以及地籍調(diào)查表、界址標(biāo)示表等相關(guān)權(quán)屬屬性表，存儲(chǔ)三維地籍產(chǎn)權(quán)體的圖形和屬性。三維地籍產(chǎn)權(quán)體的三維實(shí)體圖形部分是通過二維宗地垂直拉升形成，在物理上只需將二維宗地的圖形存儲(chǔ)于宗地圖層，根據(jù)二維宗地圖形及起止高程屬性可實(shí)時(shí)構(gòu)建所需的三維實(shí)體圖形。三維界址點(diǎn)、線和面圖層不僅是三維地籍產(chǎn)權(quán)體權(quán)屬界址的體現(xiàn)，同時(shí)存儲(chǔ)了三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間的空間拓?fù)潢P(guān)系，所以必須建立獨(dú)立的空間圖層。地籍調(diào)查表和界址標(biāo)示表作為宗地圖層的子表，記載三維地籍產(chǎn)權(quán)體的權(quán)屬和界址情況，以宗地代碼為主鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2.3 H3DCDM的拓?fù)潢P(guān)系

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)三維地籍產(chǎn)權(quán)體的有效表達(dá)，也要確保三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間空間拓?fù)潢P(guān)系的正確性，明晰的拓?fù)潢P(guān)系不僅有助于三維地籍產(chǎn)權(quán)體的精確表達(dá)，也是進(jìn)行空間查詢、分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。H3DCDM的拓?fù)潢P(guān)系主要通過三維界址點(diǎn)、線和面進(jìn)行記載和表達(dá)，在創(chuàng)建空間對(duì)象的同時(shí)，建立點(diǎn)、線、面、體4類幾何要素之間的拓?fù)潢P(guān)系。三維地籍產(chǎn)權(quán)之間包含共點(diǎn)鄰接、共線鄰接、共面鄰接、相離等4種基本拓?fù)潢P(guān)系，任何復(fù)雜三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，均可由以上4種基本拓?fù)潢P(guān)系組合形成。共面鄰接的三維地籍產(chǎn)權(quán)體有且僅有一個(gè)共同的三維界址面，在三維界址面屬性中設(shè)置左宗地代碼和右宗地代碼，分別記錄兩個(gè)共面鄰接地籍產(chǎn)權(quán)體的宗地代碼，若無共面鄰接拓?fù)潢P(guān)系，則右宗地代碼為空。通過三維界址面的左右宗地代碼屬性即可判斷三維實(shí)體圖形之間的拓?fù)潢P(guān)系，且兩個(gè)三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間存在共面必共線、共線必共點(diǎn)的拓?fù)溥壿嫛９颤c(diǎn)和共線的鄰接關(guān)系可通過查詢宗地的界址標(biāo)示表中是否存在相同的界址點(diǎn)號(hào)，確定三維地籍產(chǎn)權(quán)體的共點(diǎn)和共線拓?fù)潢P(guān)系。由于在H3DCDM中通過三維界址點(diǎn)、線和面管理和維護(hù)三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，使用數(shù)據(jù)庫查詢語句即可進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系的查詢和檢索。因此，H3DCDM在描述拓?fù)潢P(guān)系方面具有邏輯明確、檢索方便、運(yùn)算簡單且易于維護(hù)等特點(diǎn)。

圖4 H3DCDM物理模型Fig.4 The physical model of H3DCDM

3 三維地籍時(shí)空數(shù)據(jù)模型

與普通實(shí)體一樣，地籍實(shí)體有其產(chǎn)生、發(fā)展和消亡的過程[20]。地籍?dāng)?shù)據(jù)具有極強(qiáng)的時(shí)效性，由于城市改造、土地交易等原因，導(dǎo)致宗地變更頻繁，對(duì)地籍?dāng)?shù)據(jù)的采集與更新管理顯得非常重要，其中還涉及歷史數(shù)據(jù)及與現(xiàn)狀關(guān)系的管理，歷史分析等時(shí)態(tài)問題[21-22]?，F(xiàn)有對(duì)地籍時(shí)態(tài)GIS的研究中，都是針對(duì)二維宗地，對(duì)三維地籍時(shí)態(tài)的研究目前處于空白狀態(tài)。筆者曾提出一種改進(jìn)基態(tài)修正時(shí)空數(shù)據(jù)模型的表述方式[24]，實(shí)現(xiàn)了宗地歷史關(guān)系的有效管理。本文將該方法拓展至基于H3DCDM的三維地籍變更及歷史關(guān)系管理中，在三維地籍產(chǎn)權(quán)體變更形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，建立一種以二維驅(qū)動(dòng)的三維地籍產(chǎn)權(quán)體變更方法，解決三維地籍的變更問題。

3.1 三維地籍產(chǎn)權(quán)體的變更形態(tài)

對(duì)于二維空間對(duì)象的演變類型可歸納為：新增、合并、分割、滅失、屬性變化5種基礎(chǔ)變更類型，其他復(fù)雜變化均可由以上5種基礎(chǔ)變更類型組合而成。三維地籍產(chǎn)權(quán)體的三維實(shí)體圖形由二維宗地根據(jù)邏輯關(guān)系生成，其變更形態(tài)和二維空間對(duì)象基本一致。其中在屬性變更時(shí)只有涉及到三維地籍產(chǎn)權(quán)體起止高度變化的情況，才會(huì)引起三維實(shí)體圖形的變更。對(duì)于復(fù)雜變更情況，如三維地籍產(chǎn)權(quán)體的綜合變更，可由分割變更、屬性（改變高度）變更和新增變更組合形成。

3.2 基于二維驅(qū)動(dòng)的三維地籍變更

在H3DCDM的物理模型中，三維地籍產(chǎn)權(quán)體只存儲(chǔ)二維宗地圖形和相關(guān)三維界址信息，三維實(shí)體圖形根據(jù)二維宗地和起止高度實(shí)時(shí)生成。通過以上三維地籍產(chǎn)權(quán)體的變更形態(tài)分析可以看出，所有基礎(chǔ)變更類型均可由二維宗地的圖形和屬性變更進(jìn)行表達(dá)?；贖3DCDM的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，可建立以二維驅(qū)動(dòng)的三維地籍變更方法，對(duì)二維宗地進(jìn)行變更，并維護(hù)相應(yīng)三維界址點(diǎn)、線、面，從而實(shí)現(xiàn)三維地籍的變更。

3.3 三維地籍歷史關(guān)系管理

基態(tài)修正時(shí)空數(shù)據(jù)模型是時(shí)態(tài)GIS中應(yīng)用較多的時(shí)空數(shù)據(jù)模型之一[25-26]，能提高時(shí)態(tài)分辨率，并減少數(shù)據(jù)冗余量，但在歷史動(dòng)態(tài)變化頻繁的情況下，就凸現(xiàn)出效率低下的缺點(diǎn)。改進(jìn)基態(tài)修正時(shí)空數(shù)據(jù)模型組織方式如下：以現(xiàn)狀數(shù)據(jù)作為基態(tài)的起始狀態(tài)，每次發(fā)生變更后，對(duì)現(xiàn)狀庫進(jìn)行基態(tài)修正，變化部分以增量的形式存儲(chǔ)到歷史庫中，并利用變更記錄表連接現(xiàn)狀庫和歷史庫，記錄和描述演變情況和變化關(guān)系。采用改進(jìn)基態(tài)修正時(shí)空數(shù)據(jù)模型以現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基態(tài)，避免復(fù)雜的時(shí)態(tài)關(guān)系計(jì)算和歷史庫操作，提高了數(shù)據(jù)的檢索效率。在H3DCDM中通過在圖層中設(shè)立建立時(shí)間和變更時(shí)間兩個(gè)時(shí)間維屬性，可擴(kuò)展為兼容改進(jìn)基態(tài)修正的時(shí)空三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型，變更時(shí)將發(fā)生變化的三維界址點(diǎn)、線、面存入對(duì)應(yīng)的歷史圖層，在變更記錄表中記錄變更前后要素的編號(hào)、變更時(shí)間及變更類型等信息，實(shí)現(xiàn)三維地籍產(chǎn)權(quán)體歷史關(guān)系的管理。

4 應(yīng)用實(shí)例

基于H3DCDM開發(fā)的三維地籍管理信息系統(tǒng)是對(duì)二維地籍管理系統(tǒng)的升級(jí)擴(kuò)展，系統(tǒng)能夠完全兼容現(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過對(duì)宗地圖層屬性的擴(kuò)展，并建立三維界址點(diǎn)、線、面的現(xiàn)狀和歷史空間圖層，設(shè)計(jì)開發(fā)針對(duì)三維地籍?dāng)?shù)據(jù)的查詢?yōu)g覽、拓?fù)錁?gòu)建、質(zhì)量檢查、空間運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)分析、三維制圖、地籍變更及歷史關(guān)系回溯等功能，建立三維地籍管理信息系統(tǒng)。本文以采用Oracle數(shù)據(jù)庫和ArcGIS平臺(tái)的常州市地籍管理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)立地表、地上、地下三個(gè)宗地圖層，并擴(kuò)展起始高程和終止高程屬性字段。實(shí)例環(huán)境中（圖5），選擇其中一個(gè)街坊的地籍?dāng)?shù)據(jù)為例（55個(gè)地表宗地、12個(gè)地下宗地），在通常的計(jì)算環(huán)境下，動(dòng)態(tài)構(gòu)建和顯示整個(gè)街坊三維地籍產(chǎn)權(quán)體三維實(shí)體圖形的速度在亞秒級(jí)。通過拓?fù)錁?gòu)建功能可初始創(chuàng)建整個(gè)街坊宗地的三維界址點(diǎn)、線、面，并記錄三維地籍產(chǎn)權(quán)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，二維宗地發(fā)生變更時(shí)，動(dòng)態(tài)局部更新所涉及的三維界址點(diǎn)、線、面圖形和相關(guān)拓?fù)溆涗洠瑥亩鴮?shí)現(xiàn)三維地籍?dāng)?shù)據(jù)的高效顯示，以及拓?fù)潢P(guān)系的快速檢索和維護(hù)。

圖5 三維地籍管理信息系統(tǒng)實(shí)例Fig.5 The example for 3D cadaster management information system

5 結(jié)語

通過分析三維地籍管理的概念模型、基本單元及表達(dá)形式，結(jié)合現(xiàn)有三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型研究，提出面體混合的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型H3DCDM，采用該模型對(duì)三維地籍產(chǎn)權(quán)體進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型在展示效率、拓?fù)潢P(guān)系和空間分析等方面的不足。在H3DCDM中擴(kuò)展時(shí)間維屬性，采用二維驅(qū)動(dòng)的三維地籍產(chǎn)權(quán)體變更方法，實(shí)現(xiàn)三維地籍產(chǎn)權(quán)體的動(dòng)態(tài)更新和歷史關(guān)系管理。實(shí)踐證明，基于H3DCDM建立的三維地籍管理實(shí)例系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)管理、拓?fù)錁?gòu)建、空間查詢、數(shù)據(jù)更新、歷史回溯等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，為當(dāng)前三維地籍管理提供了有效的技術(shù)方法，并為建立以土地為核心的不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記中其他類型空間權(quán)利的數(shù)據(jù)管理奠定了基礎(chǔ)。

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（本文責(zé)編：郎海鷗）

Study on the Data Model and Spatio-Temporal Relation of 3D Cadastre

WANG Lv-hua1,2, SUN Zai-hong1,3, QU Xin4, WU Chang-bin1,3
（1. School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China; 2. Nanjing GUOTU Information Industry Co., Ltd., Nanjing 210036, China; 3. School of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China; 4. Real Estate Development Center of Jiangsu Province, Nanjing 210017, China）

The purpose of this paper is to propose a hybrid 3D cadastral data model （H3DCDM） and study on its spatiotemporal relation so as to provide technique method for 3D cadastral management. On the basis of theoretical analysis, combined with relevant research results, the paper discusses the logical model, physical model, topological and spatiotemporal relation designs of H3DCDM, and the example is verified. The results indicate that 1） H3DCDM with clear logic is easy to retrieve and maintain. Those advantages can solve problems of traditional 3D cadastral data model, such as the difficulties of data display, topological and spatial analysis; 2） H3DCDM is based on the existing 2D cadastral data structure. Therefore, it has good compatibility and low cost; 3） the method of 3D cadastral alternation which driven by 2D is adopted to realize dynamic update. Moreover, the improved spatial-temporal data model of base state with amendmentsis applied to manage the historical relation for property volumes of 3D cadaster. It is concluded that this solution breaks the bottleneck in the information system of 3D cadastral management, which is proved to be practical and effective.

cadastre; 3D cadastre; data model; property volumes of 3D cadaster; TGIS; cadastral alternation

P273

A

1001-8158（2014）07-0039-07

2013-12-17

2014-02-08

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41471318,41101350)。

王履華（1981-），男，江蘇鹽城人，博士。主要研究方向?yàn)闀r(shí)態(tài)GIS及地理信息應(yīng)用工程技術(shù)研究。E-mail:wanglvhua@sina.com

吳長彬（1977-），男，福建莆田人，博士，副教授。主要研究方向?yàn)镚IS與時(shí)空數(shù)據(jù)模型。E-mail:changbin_wu@263.net