三維地籍模型構(gòu)建與應(yīng)用研究

摘" 要：地籍是土地的“戶籍”，是國家管理土地資源和資產(chǎn)的工具，對明確土地權(quán)屬關(guān)系、維護(hù)土地市場正常秩序等具有重大的意義。隨著城市發(fā)展縱向化與土地利用立體化趨勢的增強(qiáng)，現(xiàn)有以地表權(quán)利為核心的二維地籍顯然已經(jīng)無法滿足目前地籍管理工作的需求。針對同一宗地，土地使用權(quán)需要在地表、地上、地下分別設(shè)立，所以需要將土地權(quán)轉(zhuǎn)化為空間權(quán)，實(shí)現(xiàn)對地上、地下空間開發(fā)利用管理也是地籍管理系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。因此，該研究可為三維地籍可視化研究領(lǐng)域提供一種可行性的方法，對其他省市的相關(guān)三維地籍項(xiàng)目有借鑒價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：三維地籍；三維建模；地籍管理；可視化；空間開發(fā)

中圖分類號：F301" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0042-04

Abstract： Cadastre is the \"household registration\" of land and a tool for the state to manage land resources and assets. It is of great significance to clarify the relationship of land ownership and maintain the normal order of the land market. With the vertical development of the city and the enhancement of the three-dimensional trend of land use， the existing 2D cadastre with land surface rights as the core has obviously been unable to meet the needs of the current cadastral management. For the same land， the land use right needs to be set up on the surface， above ground and underground respectively， so it is necessary to transform the land right into space right， and it is also the inevitable trend of the development and utilization of the cadastral management system to realize the development and utilization management of the above ground and underground space. Therefore， this study provides a feasible method for the field of 3D cadastral visualization， and has reference value and guiding significance for the relevant 3D cadastral projects in other provinces and cities.

Keywords： 3D cadastre; 3D modeling; cadastral management; visualization; spatial development

地籍是政府對土地資源管理的有效途徑和方式，有助于確定土地歸屬權(quán)，確保土地所有者權(quán)益不受損，確保土地交易市場秩序穩(wěn)定。本文對三維地籍基本特征、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型等進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究，對三維地籍模型的建立方法和管理模式進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了適合不動產(chǎn)登記的三維地籍模型。以福建省泰寧縣朱口鎮(zhèn)為研究區(qū)域，利用傾斜攝影測量技術(shù)獲取影像，建立三維實(shí)景模型；然后對三維模型進(jìn)行單體化操作，得到能夠精確表達(dá)三維產(chǎn)權(quán)關(guān)系且與地形匹配良好的三維地籍模型；最后將地籍測量、調(diào)查后得到的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)與三維地籍模型進(jìn)行屬性上的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了對三維空間中的土地利用狀況和權(quán)屬情況的準(zhǔn)確描述，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了三維地籍管理系統(tǒng)[1]。該三維地籍管理系統(tǒng)豐富了當(dāng)前地籍的功能，實(shí)現(xiàn)了可視化查詢、電子檔案管理、量測分析等功能，對房地合一的統(tǒng)一登記管理有積極的促進(jìn)作用。

進(jìn)行三維實(shí)景建模的技術(shù)路線如圖1所示。

1" 三維地籍模型的構(gòu)建

1.1" 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于福建省泰寧縣，主要涉及區(qū)域?yàn)樘幙h朱口鎮(zhèn)龍湖村，面積約為97萬m2。泰寧縣位于福建省西北部，此處的地形大多屬于山地和丘陵。該區(qū)域地勢復(fù)雜、地表建筑物多、地形起伏大和房屋分布密集。此地區(qū)的地籍要素更加復(fù)雜，進(jìn)行地籍測量、地籍調(diào)查的難度增大，相鄰宗地之間位置關(guān)系和權(quán)屬狀況的明確表達(dá)更加困難，這對于當(dāng)前我國的地籍管理工作的開展更是加大了難度。因此，研究三維地籍模型的構(gòu)建與應(yīng)用，使其能夠明晰地表達(dá)三維空間中的權(quán)屬狀況，對減少法律糾紛，開展三維地籍管理工作，推進(jìn)實(shí)施不動產(chǎn)統(tǒng)一登記具有重要意義。

1.2" 無人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取

傾斜攝影系統(tǒng)能夠通過在無人機(jī)上裝配多個(gè)航攝儀，同時(shí)從不同角度（例如垂直、傾斜）進(jìn)行拍攝。最常見的是五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)，包括中間、前、后、左和右5個(gè)方向的攝像頭，每個(gè)鏡頭位置都是固定的[2]。本文研究中采用的是哈瓦無人機(jī)，其是四軸八旋翼無人機(jī)，該機(jī)具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力，對起降點(diǎn)要求低，定位儀的定位精度高，作業(yè)時(shí)間長。無人機(jī)裝置的數(shù)碼相機(jī)選用的是索尼ILCE-5100，具有2 400萬像素的成像能力，可以靈活取景。

1.3" 生成實(shí)景三維模型

在CC軟件上加載測區(qū)影像，進(jìn)行空三加密，影像密集匹配、聯(lián)合平差等，再生成點(diǎn)云、構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN），創(chuàng)建數(shù)字地表模型（DSM）并自動地將紋理映射到對應(yīng)的白膜上，最終自動生成三維實(shí)景模型，如圖2所示。

1.4" 傾斜模型單體化

“單體化”是指能夠選擇且管理組織的單個(gè)實(shí)體對象，也就是可以直接查看相應(yīng)的對象，各個(gè)地物要素均有相應(yīng)附帶屬性，且單體化模型只有被使用后才能夠完成管理操作，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的管理、顯示、查詢等功能。從成果中進(jìn)行相應(yīng)的矢量化操作，將矢量化圖層作為單體化的分類圖層。

1.4.1" 三維模型立體測圖

本項(xiàng)目應(yīng)用真實(shí)三維場景進(jìn)行裸眼測圖，區(qū)別以往佩戴立體眼鏡在立體環(huán)境下進(jìn)行測圖，直接由三維模型上生產(chǎn)矢量數(shù)據(jù)。將以往需要全野外測繪測圖工作轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)業(yè)加一些實(shí)地調(diào)繪，快速獲取測區(qū)內(nèi)平面和高程信息，從而提高成果精度和工作效率，為大比例尺數(shù)字測圖任務(wù)提供了可行的技術(shù)方案[3]。該項(xiàng)目形成的測圖工藝流程將在地籍調(diào)查、不動產(chǎn)登記、宅基地測量和危險(xiǎn)地區(qū)大比例尺測圖工作中發(fā)揮重要作用。利用DP-Mapper實(shí)景三維測圖軟件進(jìn)行線劃圖采集操作，在生產(chǎn)中給地物賦予CASS編碼，并將成果直接輸出到CASS成圖，如圖3所示。

1.4.2" CASS圖轉(zhuǎn)換為Shapefile格式

將矢量化后的CASS數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ArcGIS軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和相應(yīng)拓?fù)潢P(guān)系檢查。在導(dǎo)入及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，將矢量面圖層添加到數(shù)據(jù)集要素類中，創(chuàng)建新的拓?fù)潢P(guān)系，添加不得重疊的拓?fù)湟?guī)則，檢測出矢量表面的重疊部分，并刪除重疊的表面[4]。在處理之后，需要給矢量面賦予屬性信息，根據(jù)外業(yè)人工地籍調(diào)查結(jié)果和現(xiàn)有數(shù)據(jù)，可以將屬性信息賦予到建筑物的表面，這為后續(xù)的單體化奠定了基礎(chǔ)。在生產(chǎn)完成之后，需要手動進(jìn)行交互式質(zhì)量檢查以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。矢量化后成圖如圖4所示。

1.4.3" 傾斜模型與分類圖層集成

利用CityBuilder軟件添加分類圖層來生成一個(gè)多細(xì)節(jié)層次優(yōu)化的三維網(wǎng)格圖層，可以支持海量數(shù)據(jù)的同時(shí)提供流暢快速的瀏覽效果。以二維矢量數(shù)據(jù)為管理基礎(chǔ)，將居民地的Shapefile數(shù)據(jù)圖層作為分類圖層通過CityBuilder軟件實(shí)現(xiàn)傾斜模型的動態(tài)單體化，從而更好地將傾斜模型應(yīng)用到三維地籍管理系統(tǒng)。

2" 三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

2.1" 數(shù)據(jù)來源

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源分成3類：一是三維地形數(shù)據(jù)，主要由數(shù)字高程模型（DEM）與數(shù)字正射影像圖（DOM）融合而成；二是三維地物數(shù)據(jù)，其基于傾斜影像照片、POS數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，采取三維建模軟件來實(shí)現(xiàn)；三是三維地籍?dāng)?shù)據(jù)，主要包括帶有高程信息的宗地、界址點(diǎn)、房屋權(quán)屬等地籍要素信息。其構(gòu)成如圖5所示。

2.2" 數(shù)據(jù)的分類分層

數(shù)據(jù)的分類分層是建立空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，其對數(shù)據(jù)組織、存取、編譯與使用有著重要影響，故而往往可以將其看成空間數(shù)據(jù)庫的“生命線”。

2.3" 數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)的屬性主要包括基本屬性和業(yè)務(wù)屬性?；緦傩灾饕侵傅匚锏孛矆D元的屬性信息，例如符號類別、宗地面積、坐標(biāo)位置信息等；業(yè)務(wù)屬性是指方便數(shù)據(jù)管理而生成的相關(guān)信息，如預(yù)編宗地號、權(quán)利人、證件編碼及地類號等。

3" 三維地籍管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在建立精確表達(dá)三維產(chǎn)權(quán)關(guān)系的三維地籍模型與三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，開發(fā)了三維地籍管理系統(tǒng)，更好地實(shí)現(xiàn)房地合一的統(tǒng)一登記管理。系統(tǒng)是以Skyline平臺作為開發(fā)基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件TerraBuilder融合多分辨率、多源數(shù)據(jù)來制作地形數(shù)據(jù)MPT作為三維場景的地形基礎(chǔ)，采用CityBuilder軟件和DP Modeler軟件進(jìn)行傾斜模型的單體化操作及制作3DML文件。該系統(tǒng)的開發(fā)使用TerraExplorer API，通過C#語言調(diào)用其COM組件進(jìn)行了三維地籍管理系統(tǒng)的開發(fā)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理維護(hù)，使用層次化的思想把系統(tǒng)劃分為多層體系架構(gòu)模式[5]。通過了解和分析用戶需求，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰且具有層次性，該系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)，三維地籍管理系統(tǒng)分為3層，即數(shù)據(jù)層、中間層、服務(wù)層，每個(gè)層都保持獨(dú)立并保證其功能，其功能設(shè)計(jì)如圖6所示。

3.1" 可視化查詢模塊

可視化查詢模塊中包括場景漫游、點(diǎn)擊查詢與屬性查詢功能。場景漫游可以實(shí)現(xiàn)在真實(shí)場景中的漫游瀏覽操作。其點(diǎn)擊查詢功能可通過交互式工具（如鼠標(biāo)）點(diǎn)擊場景中的三維產(chǎn)權(quán)體，及時(shí)高亮三維產(chǎn)權(quán)體顯示其相關(guān)屬性信息。屬性查詢模塊利用SQL語句與產(chǎn)權(quán)體的語義屬性結(jié)合實(shí)現(xiàn)了三維產(chǎn)權(quán)體的屬性查詢?？梢暬樵兡K能明晰地表達(dá)三維空間中的權(quán)屬狀況，對減少法律糾紛，開展三維地籍管理工作具有重大意義。

3.2" 電子檔案管理模塊

電子檔案管理模塊主要實(shí)現(xiàn)了三維地籍管理功能，包括電子檔案的管理、導(dǎo)出地籍信息報(bào)表、成果輸出，通過該模塊管理者能夠?qū)崟r(shí)便捷地進(jìn)行三維地籍管理，同時(shí)為行業(yè)研究機(jī)構(gòu)及政府部門提供相應(yīng)地籍資料，有利于三維地籍管理工作的開展。

3.3" 空間量算模塊

空間量算模塊主要負(fù)責(zé)三維場景中的量算。模型的真實(shí)性使得空間量算的結(jié)果更具實(shí)際參考意義，使地籍測量等工作更易開展。例如，測算高層建筑中產(chǎn)權(quán)單元面積和公攤面積，將有利于開展物業(yè)稅的工作。

3.4" 空間分析模塊

空間分析模塊主要實(shí)現(xiàn)三維場景中的三維空間分析功能，主要包括坡度分析、視線分析、3D視域分析等。此模塊能夠?yàn)楣芾碚咛峁┰诙S環(huán)境中無法實(shí)現(xiàn)的輔助決策功能，便于進(jìn)一步為行業(yè)研究機(jī)構(gòu)及政府部門提供決策依據(jù)，從而能夠更好地開展三維地籍管理工作。

4" 結(jié)束語

本文以福建省泰寧縣朱口鎮(zhèn)為研究區(qū)域，研究三維地籍模型的構(gòu)建與應(yīng)用，使其能夠更精確地表達(dá)三維產(chǎn)權(quán)關(guān)系，便于地籍測量與調(diào)查，建立了適合于不動產(chǎn)統(tǒng)一登記管理的三維地籍管理系統(tǒng)，為日后三維地籍的發(fā)展提供了指導(dǎo)意義和借鑒價(jià)值。研究工作如下：

1）研究了三維地籍的基本特征、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型等相關(guān)理論。利用傾斜攝影測量技術(shù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，建立具有真實(shí)紋理效果的三維實(shí)景模型，并對三維模型進(jìn)行單體化操作，得到能夠精確表達(dá)三維產(chǎn)權(quán)關(guān)系，且與地形匹配良好的三維地籍模型。研究三維地籍模型的建立方法和管理模式，探索出了最適合不動產(chǎn)統(tǒng)一登記的三維地籍模型，為后續(xù)三維地籍管理系統(tǒng)的建立奠定了基礎(chǔ)。

2）將地籍測量、調(diào)查后獲得的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)與三維地籍模型進(jìn)行屬性上的關(guān)聯(lián)，從而能夠準(zhǔn)確描述三維空間中的土地利用狀況和權(quán)屬情況，并根據(jù)三維地籍特點(diǎn)建立三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫。最后以Skyline作為二次開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)三維地籍管理系統(tǒng)，豐富了當(dāng)前地籍的功能，在可視化查詢、電子檔案管理、量測分析功能等方面有著明顯優(yōu)勢，有利于更好地實(shí)現(xiàn)房地合一的統(tǒng)一登記管理。

本文在對三維地籍模型的構(gòu)建與應(yīng)用的研究方面取得了一定成果，但由于受到技術(shù)和數(shù)據(jù)資料等因素的限制，也存在著一定因素的不足之處，后續(xù)研究工作將在日后學(xué)習(xí)中進(jìn)行完善。

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