土地招拍掛三維信息輔助決策系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

鄧學(xué)鋒,侯 岳

(河南省測繪工程院 ,河南 鄭州 450003)

0 引 言

招拍掛土地出讓制度是我國經(jīng)營性用地出讓的指定方式,對規(guī)范土地市場、提高政府對城市土地的管理水平、促進房地產(chǎn)市場的有序發(fā)展等方面都有著重要意義[1].目前,招拍掛土地信息的發(fā)布和披露通常采用文字與二維圖件形式來表示地塊位置及其他屬性信息,缺乏立體感官體驗和空間關(guān)聯(lián)性,空間表現(xiàn)和分析能力受到局限.隨著數(shù)字三維城市建設(shè)的推進,以及對高品質(zhì)、交互式3D可視化地理數(shù)據(jù)需求的不斷增加,現(xiàn)有的招拍掛土地出讓信息的披露方式難以滿足新的應(yīng)用需求.因此,研究招拍掛土地精細三維模型與屬性信息互聯(lián)互動技術(shù),增加招拍掛土地信息量和與周邊環(huán)境的空間關(guān)聯(lián)性,可提高空間表現(xiàn)及分析能力,有利于實現(xiàn)管理業(yè)務(wù)的三維可視化表達,為提高土地收儲與出讓工作的信息化管理水平提供技術(shù)支撐.

目前,許多學(xué)者對土地三維模型進行了研究,如吳書金[2]等人提出利用二維GIS數(shù)據(jù)和三維模型庫,構(gòu)建營房土地三維模型,實現(xiàn)了營房土地三維可視化管理.何原榮[3]等人基于VRMap建立了礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)5類土地破壞的三維模型,并集成土地利用變化模型,為礦區(qū)土地破壞的直觀顯示、深刻理解和全面分析提供了技術(shù)支持.白紅梅[4]等人在城市地籍管理過程中引入三維城市模型,改變了傳統(tǒng)地籍管理的模式,并在實踐中取得了較好的效果.文小岳[5]等人提出二維地籍?dāng)?shù)據(jù)向CO3D三維地籍?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的流程與算法,并實例驗證了該方法的可行性.王超領(lǐng)[6]等人在分析城市地下空間三維地籍需求和概念的基礎(chǔ)上,對城市地下空間三維數(shù)據(jù)的獲取方法和三維地籍編制方法進行了探索,對城市地籍管理有一定的參考意義.張玲玲[7]等人在分析國內(nèi)外三維地籍研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,從技術(shù)角度入手,提出了面向三維地籍產(chǎn)權(quán)體的模型,并建立了三維地籍系統(tǒng),實現(xiàn)了產(chǎn)權(quán)體的可視化、查詢等功能.郭仁忠[8]等人構(gòu)建了基于面片結(jié)構(gòu)的三維拓撲數(shù)據(jù)集,并提出基于共享邊的離散面片集合自動構(gòu)建最小三維封閉體及其拓撲關(guān)系的方法,該方法在三維地籍群集產(chǎn)權(quán)體構(gòu)建上具有較強的適宜性.上述研究主要是針對土地三維建模、三維地籍,而在土地招拍掛三維信息方面卻鮮有報道.本文提出三維模型的分離、聚合思想,基于"SuperMap"設(shè)計研發(fā)了"招拍掛土地三維信息輔助決策系統(tǒng)",實現(xiàn)了招拍掛土地二三維信息聯(lián)動顯示,創(chuàng)新了現(xiàn)有招拍掛土地信息發(fā)布的服務(wù)模式.

1 技術(shù)方法

1.1 招拍掛土地三維模型自動提取方法

由于招拍掛土地在數(shù)字三維城市模型中不是獨立要素層,因此要實現(xiàn)地塊信息快速查詢及獨立顯示,必須提取出招拍掛土地三維模型.目前,提取土地三維模型的常用方法有利用建立矢量面與城市三維模型疊加,以及利用矢量面切割城市三維模型提取單體化模型等方法,實現(xiàn)模型的單體化顯示.招拍掛土地三維模型,要求地塊邊界準(zhǔn)確、易于空間顯示,且需要保留地表的建(構(gòu))筑物模型.因此,本文在上述常用的單體化方法基礎(chǔ)上,提出從招拍掛土地角點坐標(biāo)獲取準(zhǔn)確的裁切矢量面,再對三維模型進行"分離""聚合"處理,實現(xiàn)三維招拍掛土地模型快速提取,如圖1所示.

圖1 招拍掛土地三維模型自動提取方法技術(shù)流程Fig.1 Automatic extraction technical process of 3D model of land bidding, auction and listing

三維模型分離包括點、線、三角面片的分離,其主要工作是分離三角面片.分離前需要從三維模型中提取出所有的三角面片,然后構(gòu)建空間分區(qū)二叉樹(BSP樹)[9-10],從而判斷三角面片與裁切矢量面的位置關(guān)系.BSP樹的原理是三維空間中任意一個面可將空間劃分為兩部分,一個是平面法線指向平面一側(cè)的空間(正側(cè)),另一側(cè)為負側(cè).如果每側(cè)空間還存在另外的平面,同理對其進一步劃分.用二叉樹描述得到的分區(qū)結(jié)果:每個節(jié)點均表示一個分區(qū)平面,節(jié)點的左子樹表示該節(jié)點所定義分區(qū)平面的正側(cè),右子樹則表示該節(jié)點所定義分區(qū)平面的負側(cè),二叉樹的葉子節(jié)點表示分區(qū)得到的凸區(qū)域[11].裁切矢量面的一邊(裁切邊)與三角面片位置關(guān)系(沒考慮裁切邊一端或完全處于三角面片內(nèi)部的情況)如圖2和圖3所示.

圖2 三角面片在裁切邊同側(cè)Fig.2 Triangular facets on the same side of the cutting edge

圖3 三角面片與裁切邊相交Fig.3 Triangular facets intersect with cutting edges

圖2 表示三角面片在裁切邊同側(cè),分相離、相切、裁切邊與三角面片一邊重合3種情況.圖3表示三角面片與裁切邊相交的兩種情況,一種是過三角面片一頂點,相交于對邊;另一種是相交于三角面片兩條邊.當(dāng)位置關(guān)系如圖2a、2b、2c及圖3a時,經(jīng)BSP樹確定正、負側(cè)后可直接利用;若位置關(guān)系如圖3b時,需要對四邊形BCEF進行二次劃分,得到△BCF和△CEF.根據(jù)位置判斷結(jié)果,沿裁切矢量面與三角面片的交線進行裁剪,并編輯與其相關(guān)聯(lián)的招拍掛土地模型屬性信息(角點坐標(biāo)、新屬性),重構(gòu)模型的空間拓撲關(guān)系.

上述分離可能造成部分地塊破碎,不利于信息管理與顯示,因此需要對其進行聚合.具體方法是以破碎地塊的面積作為閾值判別條件,對破碎地塊進行"聚合",其數(shù)學(xué)表達式如下:

式中,Sj表示與裁切矢量面相交的各地塊面積;j=1,2,3...;N為尺度因子,取值為大于零的整數(shù)(文中N=10);ΔS為地塊面積閾值;si表示分離后破碎地塊編號,i=1,2,3....當(dāng)T=1時,si≥ΔS,將該地塊保留,編輯相應(yīng)屬性信息;當(dāng)T=0時,si<ΔS,將該地塊與臨近地塊進行"聚合",并編輯融合后地塊的屬性信息.

具體技術(shù)步驟為:

1)讀取招拍掛土地角點坐標(biāo),自動生成裁切矢量面.

2)構(gòu)建BSP樹,判斷三角面片與裁切矢量面的位置關(guān)系.

3)根據(jù)步驟2)的判斷結(jié)果,利用相交三角面片,分離招拍掛土地三維模型.

4)編輯屬性,重構(gòu)拓撲關(guān)系.

5)利用地塊面積閾值判斷條件,"聚合"破碎地塊.

1.2 招拍掛土地三維模型與屬性信息的自動關(guān)聯(lián)

分離出土地三維模型后,為確保模型"身份標(biāo)識"的唯一性,本文采用MD5技術(shù)[12-13]對模型坐標(biāo)信息進行加密處理,獲取模型ID,在此基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了屬性信息與三維模型自動關(guān)聯(lián).針對招拍掛土地三維模型角點坐標(biāo)和屬性信息格式混亂、數(shù)據(jù)長度不一、難以加密等問題,本文提出將地塊重心坐標(biāo)作為地塊位置和唯一判別原則,通過對重心坐標(biāo)進行加密獲取三維模型的唯一標(biāo)識ID,確保了模型ID的唯一性.地塊重心坐標(biāo)計算公式如下:

式中:(DX,DY,DZ)為招拍掛土地三維模型重心坐標(biāo),(Xi,Yi,Zi)為地塊角點坐標(biāo),N表示總角點數(shù).

利用MD5算法對招拍掛土地重心坐標(biāo)進行加密,不僅可以保持模型ID的唯一性,以及算法自身抗修改性及強抗碰撞性等特點,同時簡化了加密流程,減少了計算量.利用該方法將重心坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成一定長度的字符串,將其作為模型唯一標(biāo)識ID,并記錄在模型數(shù)據(jù)表中,利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表達式實現(xiàn)招拍掛土地三維模型與屬性信息關(guān)聯(lián).

2 土地招拍掛三維信息輔助決策系統(tǒng)構(gòu)建

系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu),以Visual Studio 2010和SuperMap GIS 作為開發(fā)平臺進行研發(fā),分為運行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層4個層次,系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖4所示.

圖4 系統(tǒng)總體構(gòu)架Fig.4 The overall system architecture

系統(tǒng)具有招拍掛土地三維模型與屬性信息聯(lián)動顯示與查詢等功能,如圖5所示,可幫助用戶快速掌握招拍掛土地屬性信息、地表建(構(gòu))筑物狀況及周邊環(huán)境信息;查看對應(yīng)地塊的控規(guī)圖如圖6a所示,查看對應(yīng)地塊的現(xiàn)場照片如圖6b所示.

圖5 招拍掛土地信息聯(lián)動顯示Fig.5 Linkage display of land bidding, auction and listing information

圖6 控規(guī)圖及現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.6 Control planning map and scene photo

此外,系統(tǒng)還具有三維空間分析功能,可以量測招拍掛土地范圍內(nèi)任意空間距離、面積及建(構(gòu))筑物高度等信息.利用系統(tǒng)開發(fā)的功能,還可將招拍掛土地三維模型從三維數(shù)字城市中分離出來,獨立地進行存儲、顯示及管理,方便后續(xù)展開相關(guān)應(yīng)用.圖7、圖8分別為分離后招拍掛土地三維模型、模型與裁切矢量面疊加顯示.

圖7 分離后招拍掛土地三維模型Fig.7 3D land model after separation

圖8 分離后模型與裁切矢量面疊加顯示Fig.8 The overlying display of model and cutting vector surface after separation

3 結(jié)束語

本文建立的"土地招拍掛三維信息輔助決策系統(tǒng)",能夠提供招拍掛土地信息管理、二三維信息聯(lián)動顯示和空間分析等功能,便于從多方位空間瀏覽招拍掛土地信息及周圍環(huán)境狀況,分析對比周邊土地成交價格,為用戶提供直觀、真實的數(shù)據(jù)支持.該系統(tǒng)實際效果顯著,但也存在有待改進之處,如加強局部三維模型更新、招拍掛土地遙感影像更新,緊密結(jié)合需求開發(fā)新功能等.土地招拍掛對數(shù)據(jù)的時效性要求較高,準(zhǔn)確、及時地對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)更新,才能更好滿足實際需要,便于應(yīng)用推廣.