城市三维地籍的建立研究

周甬涛

（上海市地质调查研究院，上海 200072）

城市三维地籍的建立研究

周甬涛

（上海市地质调查研究院，上海 200072）

为更好地对土地的三维空间进行确权和管理，应努力探索符合法律规定与高效率的三维地籍管理模式。研究三维地籍的理论与方法，可在应用层面上解决土地资源立体化利用中的地籍管理问题，并为不动产登记提供技术支撑。阐述了三维地籍的内涵与基本特征，分析了三维地籍的自然属性与法律属性，探讨了三维地籍的数据模型构建与信息管理等相关技术问题，以促进现代多用途地籍功能的发挥和地籍管理的创新与发展。

地籍管理；三维地籍；建设用地使用权；宗地；数据模型；信息管理

土地是自然资源的最重要组成部分，为使土地资源得到合理开发和可持续利用，必须建立完善的土地管理制度。土地管理需要现有土地资源及其法律地位的信息，这种信息应由完善的地籍系统提供。地籍管理作为土地管理制度的重要组成部分，必须能够支持国土资源事业的可持续发展。

随着社会经济的迅速发展，城市土地资源开发利用的重点已从平面型开发向立体型地上、地表和地下一体化空间开发利用方向发展，三维空间开发利用成为现代城市规划和建设的重要内容之一。我国《物权法》第136条规定：“建设用地使用权可以在土地的地表、地上或者地下分别设立。新设立的建设用地使用权，不得损害已设立的用益物权。”这从法律上规定了土地的分层利用形式，但没有明确建设用地使用权的权利范围、登记办法等地籍管理问题。因此，进一步研究地表、地上和地下建设用地使用权的设立以及三维地籍管理有着重要意义。

1 地籍管理的发展趋势

地籍管理是国家为掌握土地的权属状况和经济状况以及自然状况而进行的一系列工作措施体系。地籍管理的核心对象或者说基本单元是宗地。宗地可以定义为是具有固定位置和明确边界的，可同时辨认出确定的权利、利用类别、质量和时态等土地基本要素的地块。宗地的基本内容包括其法律状态和自然状态两个方面的属性。在传统的地籍管理框架下，宗地在自然状态特征和法律权利范围方面的界定都是基于二维模式的，这种二维地籍管理模式为我国地籍管理的发展作出了重要贡献。

然而随着我国经济社会的飞速发展，城市地上地下土地空间开发利用强度不断增加，传统地籍管理模式难以精确描述立体空间中的三维产权体，不能满足土地资源立体化利用中的地籍管理要求，已无法适应和满足经济社会发展的需要。

为更好地对土地的三维空间进行确权和管理，应努力探索符合我国法律法规的、高效率的三维地籍管理模式。研究三维地籍的理论与方法，在应用层面上解决土地资源立体化利用中的地籍管理问题，为不动产登记提供技术支撑。

2 三维地籍的内涵

三维地籍作为现代地籍系统的发展，应该体现不动产权利授予人们享有立体空间的权利而不仅仅是平面上的权利。虽然传统观点认为地表宗地权利人享有其宗地范围内上至天宇、下至地心的空间权利，但笔者理解目前我国土地权利管理模式还是界定为地表权利人仅享有地表土地和其地上地下一定必要范围内的土地权利。

三维地籍应该实现在空间上对土地利用的立体范围进行科学界定，准确完整地反映土地空间开发利用的分布和状况，将其相应的属性信息与空间信息有效关联，为城市土地空间开发利用的权利划分和登记工作提供支持，保障土地开发利用者的合法权益，促进城市土地资源集约节约利用。

从地籍的法律属性和自然属性两个方面看，三维地籍的建立，一是需要构建符合土地利用客观规律的、便于界定的，并满足计算机信息化管理的三维实体；二是解决三维空间权利，尤其是建设用地使用权的设置、审批、登记等基本法律问题。这两方面问题的探讨都应在目前国家土地管理法律法规框架内，并且从实际操作层面，需要注意与传统二维地籍管理模式的有效衔接。

基于上述思路，并根据我国物权法，三维地籍的管理对象应是国有建设用地，三维地籍应该界定、描述、表达和管理三维空间利用模式下的国有建设用地利用状况和权利状况等信息。三维地籍管理对象是三维宗地，三维宗地应具有明确的空间范围和权利信息。因此，三维地籍的内涵应该包括以下几个方面：

（1）三维地籍的核心对象是三维宗地，三维宗地是三维空间中由连续、封闭的三维曲面围合构建的三维实体，城市土地空间利用的表达以三维宗地为基础建立。

（2）三维宗地具有封闭、无交叉、无重叠等几何属性特征，即三维地籍的自然对象。

（3）三维宗地在法律上对其中的权利进行了规定，引入三维产权（空间产权）的含义，即三维地籍的法律对象。

3 三维地籍的基本特征

三维地籍的目标是准确描述土地利用立体空间中三维产权体，对土地利用的空间状态和权利状态进行准确记载。三维地籍的主要任务是登记土地空间利用框架下房地产的法律地位和政府限制，包括与土地相关的权利人、权利人与土地之间的关系以及土地的相关信息，并向用户提供房地产的法律地位和政府限制等信息。

三维地籍更加符合土地空间开发利用特征，满足从三维角度对土地权利进行登记的需求。

三维地籍是依托现有计算机技术，对传统平面地籍的发展。作为现代地籍的发展趋势之一，主要包括以下几个特点：

（1）空间性：反映土地的空间位置。三维宗地是在三维空间由若干个面围成的封闭实体，它的边界就是权属界面，可准确反映土地空间利用状况；而二维地籍的建立基础是二维平面上的宗地，仅在平面上具有边界，空间上仅有注记，在三维空间中没有描述明确边界。

（2）精确性：从三维空间角度精确描述土地利用的基本要素，记载封闭的权利实体所有的空间信息和属性信息，而二维地籍记载的主要是宗地平面信息和属性信息；三维地籍准确描述土地利用的空间分布，而二维地籍对该信息的描述方面存在着不足。

（3）法律性：依法建立三维地籍，重新设置和限制土地利用的空间权利，仍然记载和提供人地法律关系。登记的是封闭的三维权利实体，同一个三维权利实体主要依据权利属性划分，同一个三维权利实体内部在土地利用类别、质量和时态等属性方面都具有一致性。

（4）连续性：从三维角度关注人地关系的变化，保持地籍信息记载的连续性和现势性，实现地籍的科学可持续使用。

4 三维地籍的自然状态

三维地籍自然状态的描述是指其核心对象三维宗地的自然属性内容和特点。三维宗地应该是权属界面封闭的独立土地权属空间，即具有固定的位置和明确的权利边界，可同时辨认出确定的土地空间基本要素（利用现状、质量、时态等），即是在权利上具有同一性的三维空间。具体包括以下几个方面的含义：

（1）三维地籍的自然状态以独立三维宗地客体基本单元为核心对象，以权利和利用现状的同一性为主要考虑因素，综合反映出土地立体开发利用的空间形态、物理形态等特点。

（2）三维地籍自然状态的描述需要调查分析典型土地空间利用状况和空间形态，充分考虑其三维立体特征，并且准确完整记载土地空间各宗地的三维空间信息并科学直观地反映出城市土地立体开发利用中各客体之间的空间关系。

（3）三维地籍自然状态的描述可以采用点面相结合的方式。在面上，即区域范围内，采用平面模式来表述和反映宗地的分布状况和宗地之间的平面拓扑关系；在点上，即具体到某一个宗地的表述问题，可以采用立体模式。

（4）三维地籍自然状态描述的关键技术是解决三维宗地的划分规则和编码方法。三维宗地的划分应从土地立体开发的权利关系、空间形态、分布特性、连通状况、结构和用途等角度考虑。

三维宗地的编码需要突破传统平面宗地以行政界线为基础的编码方法，解决由于行政区划的变更导致宗地编码不现势性的问题，充分调查分析三维宗地在土地空间中的分布特性、存在形式和空间形态。依此为基础，用三维空间定位的思想建立精确可靠的地理空间位置参考系统，研究制定具备不重复性、唯一性、可识别性、便于操作、便于GIS系统管理的科学完善的编码体系。

5 三维地籍的法律状态

目前，关于土地空间权利问题主要有独立型权利和附属型权利两种解决方案。其中，独立型权利方案坚持土地空间权利是一项从土地所有权或使用权中发展并独立出来的权利，以地上空间和地下空间为独立客体的法理立场；附属型权利方案认为土地空间权利不是一项独立的所有权或使用权，而是附属于土地所有权或土地使用权的部分权利内容，是土地权利内容在空间上的增加与扩张。

国土资源部2008年2月1日正式实施的《土地登记办法》第二章第五条明确规定：“土地以宗地为单位进行登记。宗地是指土地权属界线封闭的地块或者空间。”《国有建设用地使用权出让合同》示范文本（GF-2008-2601）中要求将出让的土地权利范围界定为平面界址点所构成的垂直面和上、下界限高程平面封闭形成的空间。这些规定和管理手段，将传统意义上基于平面的宗地概念延伸到了“空间”，为三维地籍概念的建立和相关研究提供了法律意义上的研究依据，也可视为是对三维地籍中土地空间权利问题解决原则的阐述。

根据我国《物权法》有关所有权的立法精神，城市土地空间应该为国有，城市土地空间可设立建设用地使用权。按照物权法定的原则，结合基本立法条件，我们无需冲破目前立法内容，针对土地空间权利问题单独再次进行立法，而应在现有法律框架下，通过研究“建设用地使用权”这一法定权利的内涵，结合土地空间相邻权和地役权，解决三维地籍管理体系下，土地空间权利的设置和登记问题。

另外，三维地籍框架下建设用地的使用权类型、权属性质可以参考传统地表土地管理的一般规定，但需要对权力束，即权利内容、权利范围，尤其是地役权问题、相邻关系、权利限制、权利流转问题等进行进一步研究，探索实现土地权利立体登记的技术途径和管理策略，从而为建立完善的三维地籍管理体系提供法律基础。

6 三维地籍的数据模型

6.1 三维地籍的实体类型

在传统地籍管理模式中，宗地通常被抽象为在权利上具有同一性的封闭的二维多边形（面），二维地籍涉及的实体类型可以概括为点、线和面三种。延续该思想，在三维地籍管理模式中，可以将三维宗地抽象为在权利上具有同一性的封闭的三维实体，其实体类型可以概括为点、线、面、体四种。

（1）点类型：包括点状地物和结点两种实体。其中点状地物是指由一组三维坐标（X,Y,Z）定义在三维空间中的点状地物，比如电杆、道路交叉点等；结点是指用来表示线段的空间位置以及拓扑关系的点，比如界址点、拐点等。

（2）线类型：包括现状地物、拓扑弧段和无拓扑弧段。其中线状地物是指由一条或者若干条弧段组成的线状地物，比如道路、地下管线等；拓扑弧段是指具有起点和终点、方向、不分叉、不相交和有左右多边形的线段，比如界址线、行政界线等；无拓扑弧段是指简单的无起点和终点、方向等特性的无分叉线段，比如等高线等。

（3）面类型：包括面状地物、拓扑面和面模型。其中面状地物是由一个或者若干个面块组成的实体对象，或者由面模型表示的实体对象，比如地块、水域等；拓扑面是指由一条或者若干条拓扑弧段组成的封闭面，由弧段方向定义面方向，具有左右体目标，比如权属界面等；面模型是指用网格或者TIN表示的面状对象，具有任意投影方向，比如地形面。

（4）体类型：包括体状地物和体模型。体状地物是指由一个或者若干个面块组成的三维体状实体，或由体模型表示的三维对象。比如三维宗地、建（构）筑物等；体模型是指由三维格网或不规则四面体格网表示的体状对象，具有任意投影方向，比如地下空间及其建（构）筑物等。

6.2 三维地籍的数据模型

GIS应用于三维宗地信息管理的基础是构建三维宗地的数据模型。因此需要研究三维宗地数据模型构建的几何理论基础，实现对研究客体（三维宗地）的理解和抽象，以合适的精度和质量来描述和管理目标的几何形状和空间位置。

在GIS中，三维数据模型主要分为面模型(Facial Model)与体模型(Volumetric Model)两大类型，前者包括边界表示模型、三角网与格网模型、线框模型，后者包括结构实体几何模型、三维体元模型以及八叉树模型等。目前，三维数据模型对应的主要商业软件数据格式包括：基于面模型数据格式并在主流GIS软件中较为通用的grid和tin数据格式；基于体模型数据格式并主要在Google sketch 的skp格式、ArcScene的wrl格式、3D max的3ds格式、skyline的flt格式。研究各种数据模型、数据结构之间的差异和特性，找到适合于构建三维宗地模型的数据格式，以实现对研究客体的抽象和数字化。

三维地籍数据模型构建的关键是给出其核心对象三维宗地的数据模型，根据三维地籍的点、线、面、体四种实体类型，结合三维地籍的权利属性，可以给出三维宗地的数据模型，如图1所示：

图1 三维地籍数据模型示意图Fig.1 The sketch map of data model for 3D cadastral

从地籍管理的角度考虑，三维地籍数据模型仍然主要关注位置、距离和拓扑关系。结合土地空间开发利用的现状特性和科学规划趋势，三维宗地的空间关系主要包括邻接（共点、共线、共面三种）和分离，还有少量包含情形。研究计算机管理三维地籍信息，需要基于上述三维宗地空间关系，解决三维宗地空间拓扑关系的分类、表达、存储、查询问题，三维宗地及其之间的位置关系和距离关系的表达、存储、查询问题，以及三维地籍信息的现势性和连续性问题。

7 三维地籍的信息管理

7.1 三维地籍的数据内容

建设三维地籍信息数据库，旨在为三维地籍管理工作提供平台。因此，数据库的核心基础是三维地籍数据，具体分为图形数据和属性数据。需要设计图形数据库和地籍属性数据库分别存储，图形数据和属性数据依靠特定和唯一的ID（编号）进行关联。

图形数据主要包括三个方面，一是基础要素：遥感影像、高程图、地表地籍图、地上建筑物图、地下建筑物图等；二是三维模型：三维宗地模型、三维建筑物模型、三维地物模型等，其中三维地物模型主要指三维地籍模型要素之外的其他地物信息（如桩基、管线、隧道等）；三是界址面、界址线、界址点等。

属性数据是指三维宗地的基本属性信息，如宗地号、权属性质、权利限制、权利人、土地利用状况等地籍信息以及三维建筑物的基本信息：幢号、建筑物类型、建筑结构、楼层、建筑面积、占地面积、竣工日期等。

7.2 二维GIS与三维GIS集成管理三维地籍信息

基于三维GIS通过三维可视化方式模拟与表达城市土地空间地籍对象和地籍现象，将是一种对传统的基于二维GIS的地籍信息表达的补充和扩展，便于地籍工作者或非专业人员分析土地空间对象的空间信息和空间展布规律，观察地籍现象的现势性。但是由于三维GIS相关技术总体上仍处于探索阶段，深入应用仍存在诸多困难和不足。在实践中，二维GIS所具有的强大数据处理、空间分析和数据表现能力仍是三维GIS所无法替代的。

另外，基于三维GIS通过三维可视化方式模拟与表达城市土地空间地籍对象的三维建模技术是我们所追求的系统实现目标，然而运行于广域环境下的浏览器—服务器（Browser-Server）模式的系统体系架构风格（简称B/S架构）在实现地下空间三维建模技术上存在很大的困难。在三维地籍信息数据库建设中，如何充分发挥二维、三维各自的优点，扬长避短，相互联动，通过实现二维与三维GIS有效集成，进行三维地籍数据的分析、应用、表达是一个关键问题。

三维地籍信息数据库可以采用三层架构：数据层、管理层和服务层。每一个层次在功能规划上相对独立，采用接口方式向上层提供服务。

（1）数据层提供对底层数据的管理，包括系统数据、元数据、图形数据、地籍属性数据和专业应用数据。数据层是数据库的基础，数据通过Oracle和ArcSDE向管理层发布。

（2）管理层提供一些GIS功能模块，包括：浏览、查询、分析、制图等。同时，提供一些管理和配置工具，包括：元数据管理、数据字典管理、权限管理、配置管理等。管理层通过ArcGIS Server向数据层请求数据服务，通过规范的接口向服务层发布应用功能。

（3）服务层面向外部业务系统，通过各种定义规范的服务进行发布，包括：浏览服务、定位服务、查询服务、分析服务、数据上传服务等。

三维地籍信息系统建立目标是能够在保证土地空间三维地籍信息管理工作高效、持久、和谐运转的同时，为土地管理的立体化提供坚实的数据基础和优质高效的技术保障，成为实现土地管理现代化的重要平台和技术支撑。

8 三维地籍与地籍制度改革

社会经济的发展决定了三维地籍的存在和需求，从而决定了城市地籍管理必须在现有基础上进行发展，以反映三维地籍的存在和需求状况。因此需要研究地籍管理制度改革的必要性和可行性，提出地籍管理制度改革的内容和程序。

9 结束语

三维地籍的建立不是一蹴而就的，需要从其涉及的法律框架、理论框架以及调查和管理等技术体系方面进行系统研究，考虑各部分的互相支撑和有机衔接。此外，还应考虑与目前传统地籍管理模式的衔接问题，以充分实现现代多用途地籍的功能。

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Study on Construction of 3D Cadastres to Land Management in Urban Areas

ZHOU Yong-Tao
(Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China)

To better conduct the registration and management of land rights, 3D cadastral management models should be used together with the laws and regulations applying to land. Research to improve the theory, methods, and applications of 3D cadastral systems should help solve cadastral management problems in land resources, by better enabling such systems to provide technical support for real estate registration. This paper examines the various characteristics of 3D cadastres, including their attributes, technical issues (e.g., in 3D cadastral data model construction), information management, and legal aspects. The paper seeks to promote the modern multipurpose functionality of 3D cadastral systems as well as the innovation and development of cadastral management.

cadastral management; 3D cadastral; use rights of construction land; parcel of land; data model; information management

P273

A

2095-1329(2013)02-0015-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.02.005

2013-06-06

2013-06-18

周甬涛(1974-),男,上海市地质调查研究院副院长.

电子邮箱：zhouyongtao@sigs.com.cn

联系电话：021-56616646

上海市科委科研项目“地下空间权籍调查与管理关键技术研究和应用示范”(10231203400)