侯 飛
(山東省國(guó)土測(cè)繪院,山東 濟(jì)南 250101)
為貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)決策部署,2019年7月11日,自然資源部、財(cái)政部、生態(tài)環(huán)境部、水利部、國(guó)家林業(yè)和草原局聯(lián)合印發(fā)了《自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記暫行辦法》(以下簡(jiǎn)稱“《暫行辦法》”),要求國(guó)家實(shí)行自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記制度,以不動(dòng)產(chǎn)登記為基礎(chǔ),對(duì)水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂、海域、無(wú)居民海島以及探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)資源等自然資源所有權(quán)和所有自然生態(tài)空間統(tǒng)一進(jìn)行確權(quán)登記,劃清全民所有和集體所有之間的邊界,劃清全民所有、不同層級(jí)政府行使所有權(quán)的邊界,劃清不同集體所有者的邊界,劃清不同類型自然資源之間的邊界?!稌盒修k法》中明確要求對(duì)水流自然資源以及海域、無(wú)居民海島自然資源以及探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)資源探索建立三維登記模式。
近年來(lái),遙感、航空攝影技術(shù)被大量用于自然環(huán)境監(jiān)測(cè),同時(shí)也為不動(dòng)產(chǎn)登記提供了基礎(chǔ)影像資料,其宏觀性、周期性等特點(diǎn)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì),但其主要應(yīng)用于生產(chǎn)二維現(xiàn)勢(shì)性數(shù)據(jù),難以滿足自然資源統(tǒng)一確權(quán)三維登記模式的需求。采用傳統(tǒng)的測(cè)繪方法,存在測(cè)量工作量大、入場(chǎng)難等弊端[1]。傾斜攝影測(cè)量三維重建技術(shù)是當(dāng)前攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[2],它將現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)變?yōu)閮A斜實(shí)景三維大數(shù)據(jù),人們可以借助該云平臺(tái)以“上帝視角”觀察目標(biāo)。目前,國(guó)內(nèi)外不僅大型傾斜航攝系統(tǒng)相繼出現(xiàn)[3],輕小型無(wú)人機(jī)也逐漸發(fā)展成為一種新型的快速獲取對(duì)地光學(xué)影像的平臺(tái)[4],提供了常規(guī)遙感、航攝方式不能給予的多元信息。借助于Skyline平臺(tái),能夠?qū)⒒A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、礦產(chǎn)資源登記統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、高精度傾斜實(shí)景三維模型、傳統(tǒng)不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍、落宗關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、生態(tài)紅線及國(guó)家審批數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)融合,將自然資源管理延伸至三維空間、歷史變化等多個(gè)維度。
傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源登記管理,采用多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式,例如礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量登記庫(kù)、儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)庫(kù)、儲(chǔ)量利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、探礦權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)、采礦權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)等。礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量登記數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是《礦產(chǎn)資源登記統(tǒng)計(jì)信息系統(tǒng)》主要系列軟件之一,采用MS Access 2000數(shù)據(jù)庫(kù),主要用于登記書的錄入、編輯、瀏覽、打印,登記書數(shù)據(jù)的導(dǎo)出、導(dǎo)入和數(shù)據(jù)合并以及登記書數(shù)據(jù)檢查、管理查詢、重新配號(hào)與修改等。礦產(chǎn)儲(chǔ)量利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)系統(tǒng)則是對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化、科學(xué)化的統(tǒng)一管理,應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),開發(fā)用戶界面的實(shí)用軟件,輔以GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)反映礦區(qū)、礦業(yè)權(quán)、礦體、塊段的空間關(guān)系以及礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的變化和建設(shè)壓覆情況,為礦產(chǎn)資源規(guī)劃、采礦權(quán)及探礦權(quán)設(shè)置提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。
現(xiàn)今多種高精尖裝備齊涌并現(xiàn),如傾斜攝影系統(tǒng)、車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)載Lidar系統(tǒng),各有特點(diǎn)。例如車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)能夠提供高效快捷的全景影像及高精度立面點(diǎn)云數(shù)據(jù),機(jī)載Lidar系統(tǒng)可以提供大面域地面點(diǎn)云數(shù)據(jù),為相關(guān)部門科學(xué)決策提供了多源大數(shù)據(jù)支撐。而傾斜攝影系統(tǒng)不僅能夠提供比傳統(tǒng)虛擬可視化三維模型更加客觀真實(shí)的傾斜實(shí)景三維數(shù)據(jù),而且可以提供一個(gè)基于傾斜實(shí)景三維的多源數(shù)據(jù)融合管理平臺(tái),為礦產(chǎn)資源登記管理開辟了新模式。
為驗(yàn)證傾斜實(shí)景三維的數(shù)據(jù)承載精度,本文利用無(wú)人機(jī)低空高精度傾斜攝影在礦山試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行了多次航攝試驗(yàn)研究,傾斜影像分辨率和傾斜實(shí)景三維矢量化成圖精度對(duì)照見表1。
表1 低空傾斜影像分辨率與實(shí)景三維成圖精度對(duì)照表Table 1 Contrast table of resolution of low altitude tiltimage and oblique real 3D mapping accuracy
結(jié)果表明傾斜實(shí)景三維的精度程度完全可以滿足礦產(chǎn)資源調(diào)查管理需求,以工作底圖比例尺1∶10 000為例,圖解法獲取相鄰界址點(diǎn)的間距誤差不大于圖上0.3 mm,圖上允許誤差0.6 mm;實(shí)測(cè)法界址點(diǎn)相對(duì)于臨近控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差和相鄰界址點(diǎn)的間距誤差不大于±10 cm,圖上允許誤差不大于±20 cm[5-7]。
傾斜影像分辨率為公分級(jí),并非傳統(tǒng)數(shù)字正射影像(digital orthophoto map,DOM)所能比擬,甚至可直接利用傾斜實(shí)景三維的紋理辨識(shí)礦產(chǎn)資源類型,是地表礦產(chǎn)資源“鷹眼視角”的真實(shí)再現(xiàn)。傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源登記管理模式主要是基于二維數(shù)據(jù),無(wú)法反映礦產(chǎn)資源的立體細(xì)節(jié)樣貌,給礦產(chǎn)儲(chǔ)量現(xiàn)狀調(diào)查及邊界權(quán)屬確權(quán)的核實(shí)帶來(lái)不便。而且礦體分布較廣,采掘地點(diǎn)一般通行不便,調(diào)查人員很難找到合適的視角觀察礦體全貌,造成調(diào)查周期長(zhǎng),信息量少。礦山的破環(huán)性開采及不規(guī)范的管理環(huán)境給調(diào)查人員的人身安全也帶來(lái)很大隱患,特別是偷采亂掘現(xiàn)象普遍,調(diào)查人員實(shí)地取證比較困難。而基于傾斜實(shí)景三維技術(shù)的礦山三維登記管理模式,能有效降低野外權(quán)籍調(diào)查的勞動(dòng)強(qiáng)度,保障人員安全,還可實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、空間分析等二維數(shù)據(jù)不具備的功能,因此不僅可以適用于礦產(chǎn)資源登記管理,而且還可推廣至自然資源監(jiān)測(cè),確保信息豐富,真正實(shí)現(xiàn)“多策合一”,有效監(jiān)管。
礦產(chǎn)實(shí)景三維登記管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu),由數(shù)據(jù)服務(wù)器和調(diào)查登記管理系統(tǒng)兩部分組成,總體構(gòu)架圖如圖1所示。礦山三維登記管理數(shù)據(jù)服務(wù)器使用Oracle 11G R1+Skyline平臺(tái)管理后臺(tái)數(shù)據(jù),采用JavaScript語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)。數(shù)據(jù)源主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),包含數(shù)字航空影像數(shù)據(jù)(DOM)、數(shù)字地面高程模型(DEM)以及地名地址、元數(shù)據(jù)等;探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)資源調(diào)查成果,包括權(quán)屬、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量狀況等;多源大數(shù)據(jù),主要包括傾斜實(shí)景三維、高精度激光Lidar、全景影像等;其他關(guān)聯(lián)信息,主要包括生態(tài)保護(hù)紅線等管制要求或政策性文件。
系統(tǒng)依托省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),以傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量庫(kù)及統(tǒng)計(jì)庫(kù)內(nèi)的礦產(chǎn)范圍、儲(chǔ)量評(píng)審備案文件確定的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算范圍以及國(guó)家出資探明礦產(chǎn)地清理結(jié)果認(rèn)定的礦產(chǎn)地范圍在空間上的套合,以相對(duì)規(guī)整的范圍劃分礦產(chǎn)資源登記單元。 利用TerroSolid軟件實(shí)現(xiàn)登記單元內(nèi)基礎(chǔ)地理信息DEM數(shù)據(jù)、激光Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)置換和數(shù)據(jù)融合,基于Context Capture自動(dòng)化建模技術(shù)并融合多源大數(shù)據(jù)制作登記單元內(nèi)傾斜實(shí)景三維地表礦產(chǎn)資源模型。利用三維空間位置關(guān)聯(lián)傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源專項(xiàng)調(diào)查成果、生態(tài)保護(hù)紅線及其他管制文件。
本文在利用國(guó)產(chǎn)SWDC-5傾斜攝影設(shè)備,參考相關(guān)航飛方案[8-10],獲取了濟(jì)南市歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、天橋區(qū)、長(zhǎng)清區(qū)、平陰縣地表礦產(chǎn)資源重點(diǎn)調(diào)查區(qū)傾斜影像,結(jié)合最新衛(wèi)星影像以及地表礦產(chǎn)資源歷史遙感資料,建立了濟(jì)南市礦產(chǎn)資源三維登記管理調(diào)查系統(tǒng),為驗(yàn)證經(jīng)傾斜實(shí)景三維數(shù)據(jù)的承載精度,參考劉增良等[11]的成果對(duì)模型進(jìn)行了質(zhì)量檢查,并利用萊卡免棱鏡全站儀實(shí)測(cè)了共計(jì)44個(gè)礦產(chǎn)資源區(qū)地物特征點(diǎn)與傾斜實(shí)景三維解析同名點(diǎn)進(jìn)行了精度比對(duì),見表2。
圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)架Fig.1 Overall framework of the system
表2 傾斜實(shí)景三維測(cè)圖精度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Precision statistics of oblique real scene 3D
基于Skyline平臺(tái)及JavaScript語(yǔ)言開發(fā)了濟(jì)南市礦產(chǎn)資源登記管理調(diào)查系統(tǒng),基于高精度傾斜實(shí)景三維礦產(chǎn)資源模型,實(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源開采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、查詢檢索、登記管理、空間量測(cè)、立面及剖面分析、統(tǒng)計(jì)匯總及淹沒分析等功能,見圖2~4和表3。地表礦產(chǎn)資源一般植被覆蓋率小,有利于傾斜實(shí)景三維功能的展現(xiàn)與利用。 高精度傾斜實(shí)景三維模型,對(duì)礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀的真實(shí)還原,解決了野外勘察入戶難、攀爬險(xiǎn)的問題,有利于礦權(quán)邊界的直觀展示和確權(quán)劃分,為礦產(chǎn)資源確權(quán)登記提供了便利,更容易得到各方認(rèn)同,不僅為“虛擬界樁”應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)環(huán)境支撐,同時(shí)還為礦產(chǎn)管理、儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)和生態(tài)保護(hù)由野外勘查轉(zhuǎn)為傾斜實(shí)景三維內(nèi)業(yè)模式提供了研究基礎(chǔ)。
圖2 濟(jì)南市某地表礦產(chǎn)高精度傾斜實(shí)景三維模型Fig.2 High precision oblique real scene 3D model of a mountain in Ji’nan city
圖3 礦產(chǎn)資源方量分析Fig.3 Volume analysis of mineral resources
表3 礦產(chǎn)資源變化分析統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of changes in mineral resources
現(xiàn)代高端設(shè)備的崛起,為多源大數(shù)據(jù)的獲取提供了強(qiáng)有力手段,為自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記管理模式的革新創(chuàng)造了途徑。本文建立的礦產(chǎn)資源三維登記管理系統(tǒng)依托于近年來(lái)新興大數(shù)據(jù),借助Skyline平臺(tái),通過二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了多源大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)融合[12-13],建立了地表礦產(chǎn)資源調(diào)查、登記、管理等“多策合一”的一體化平臺(tái),為不同層次的決策分析提供了科學(xué)支撐,革新了傳統(tǒng)地表礦產(chǎn)資源登記管理模式,開辟了傾斜攝影技術(shù)在礦產(chǎn)資源三維登記管理的先河,具有極大的實(shí)用及推廣價(jià)值。