三维地籍测量的探究

2014-04-08丁建伟丁彦军

河北省科学院学报 2014年1期

丁建伟，丁彦军

（1.河北省第二测绘院，河北石家庄 050037；2.石家庄市土地利用规划院，河北石家庄 050021）

随着社会的发展，地籍的主要功能已转变为保护土地产权和课税服务，成为国土资源管理和城市建设管理的决策依据。地籍测量也实现了由粗放型向精细型的转变。目前的地籍测量正在由全站仪、GPS为代表的固定测量向卫星、机载相机、LIDAR、移动扫描设备等移动型测量方式发展。

1 三维地籍的理念

1.1 三维地籍的需求

我们现在所理解的地籍是以宗地为单位，以地表权利为核心的二维地籍。在二维平面空间，通常采用投影方式或根据建筑面积分摊方式，将三维权利实体投影到二维平面上，以投影或分摊的方式来代表其权益范围进行登记。

近年来随着城市的聚集效应的加强，土地利用强度越来越大，迫使城市向立体化延伸，各种综合性大楼、地下停车场、地下商业、地下交通设施、通信设施、地下管线设施等遍布地上、地表、地下空间。由于分层开发利用，造成分层分属不同的权利人，给目前的地籍管理理论和方法提出了新的挑战。由此产生了三维地籍管理。

1.2 国家对地籍管理的相关要求

《中华人民共和国物权法》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。2011年国家制定了《宗地代码编制规则（试行）》，执行新的宗地编码。新的19位编码中第四层次为土地权属类型，代码为2位。其中，第二位表示宗地特征码，用A、B、S、X、C、D、E、F、W、Y表示。其中，“B”表示建设用地使用权宗地（地表），“S”表示建设用地使用权宗地（地上），“X”表示建设用地使用权宗地（地下）。由此可看出地籍管理工作正在由二维走向三维。

1.3 三维地籍的描述

三维地籍是三维产权体的一个具体描述。产权体是一个与不动产相关的概念。不动产一般是指依自然性质或法律规定不可移动的物，包括土地和房屋，是物质客体和权利的合成体。地籍宗地所蕴含或代表的权利应控制在一定的几何空间内。现有的二维宗地的土地使用权不限定在平面范围之内，但也不能无限在立体上扩张，其权利空间由与该几何形体相关的不动产法律法规确定。

1.4 三维地籍相对于二维地籍的优点

（1）权利范围更清晰。二维地籍只在平面上具有明确的边界，而三维地籍用3D坐标来描述的闭合立体空间域，在空间上具有连续性。更强调对地表、地上、地下的立体空间的占有或占用。

（2）更便于管理。三维地籍具有综合统计查询的便捷化、辅助决策的智能化等优势。结合地籍管理系统，实现使用权管理的可视化表达，支持空间分析和计算。实时准确地查询任意宗地的平面和空间土地登记情况，提供土地利用情况，辅助政府决策。

（3）相比二维宗地的内涵要丰富许多。三维地籍所描述的土地空间使用权，记载了封闭的权利实体所有的三维空间信息和属性信息，包括：三维产权编号、土地用途、三维产权体竖向投影面面积、三维产权体体积、界址点及界址点号；相邻三维产权体号及相邻三维产权体界址示意线等。而二维地籍对三维信息的记载有限，在土地利用的空间分布上存在着不足。

（4）可视化、信息化程度高。三维地籍的管理不仅要突出权利实体的外围界址特征，而且还要表征其内部权利空间，不仅要建立与周边产权体和周围环境的相互关系，还要准确地对现实边界中的土地空间实体进行模拟和表达，以满足土地空间使用权管理的可视化、空间分析、计算和表达的需要。三维地籍能直观地反映本宗地及相邻宗地的权属位置关系。立体化展现宗地使用权的利用区域和范围，实现了地上、地表和地下空间土地使用权有效管理。

2 三维地籍数据采集方法

目前三维地籍数据采集的方法有许多种，如摄影测量方法、图件扫描矢量化方法、野外实地测量方法以及三维激光扫描的方法。这些方法的优缺点各不相同，有的取得成果快速，但不能满足精度和单一体宗地变更的要求，有的基于精度，但不能满足效率。我们需要的数据采集方法应该是：在满足三维产权登记发证精度的前提下，经济便捷灵活的空间数据采集法。可以根据需要去制定具体的操作方法。

但是，地籍管理是对空间产权单元的空间信息和属性信息的明晰和界定的法律描述，是由界址点、界址线、界址面共同描述的空间位置，是由产权人、用途、地类、性质等共同描述的宗地（体宗地）的属性信息，是具有法律意义上的不动产实体。三维地籍产权在法律上需要严格界定，还需要三维产权和建筑物（地上、地表、地下）要与现实场景一致，而且要具有精确的坐标位置（产权体内、外）和相对位置关系，同时还要能够对产权体进行测量、查询、统计和分析等。

因此，对数据采集应达到快速、高效、准确、经济的要求。基于此，我们必须采用多种手段结合，充分利用已有资料的方法。三维地籍可利用资料主要包括：三维地形数据、三维地物数据、地籍调查数据、建筑施工的图纸数据（其中的建筑尺寸是三维建模的重要依据）以及房产部门的有关数据。

在前期数据源不足的情况下就需要野外实地进行数据采集。野外数据采集分两种情况，即地上（表）数据采集和地下数据采集。

2.1 地上（表）数据采集

三维地上（表）物建模数据采集的方法最常见的是全野外测量的方法和航空摄影测量的方法。全野外测量的方法多利用免棱镜智能化全站仪和CORS系统进行野外数据采集；航空摄影测量的方法则采用外业航摄配合内业立体测图进行。外业采集的数据均是为内业三维建模服务。

由于目前三维地籍处于试验摸索阶段，建议采用如下两种方法进行探究。其一是基于CAD复合影像的三维建模数据采集方法；第二种是基于机载倾相机三维实景配合LIDAR扫描建模。

2.2 地下的数据采集

对于地下的数据采集，建议采用以下两种作业方法。

（1）常规的全站仪测量。

导线配合极坐标法。我们知道，地下三维测量同地上测量最大的区别有两点，一是接收不到卫星信号。因此GPS、CORS系统等无法在地下使用；二是地下的权属界址与地上（表）不同，多数不能直接测到点位上，主要是因为地下空间的围护墙体厚度和桩基深度造成的。因此，需要我们将地上坐标传导到地下，再通过导线测量和碎部测量进行成图。

（2）通过三维扫描仪进行地下三维扫描，获取点云数据。

目前，一体化移动三维测量系统已应用于街景数据采集及真三维系统建设。它具有高智能、易操作、速度快、一体化程度高等优点，通过特定的数据处理软件，对点云数据进行过滤，自动对数据进行处理，快捷地生成各种需要的输出数据。目前市场上各种品牌的扫描仪扫描精度均能达到10cm左右。

地下三维扫描的方式可根据地下空间的实际情况而采用不同的扫描手段。如车载移动扫描、固定站架设扫描、手持扫描等。

因为地籍管理要求精度（包括空间信息和属性信息）高于一切，发证是一个一个地发，所以我们做三维模型也只能一个一个地做，当我们实现覆盖全区域的土地登记发证完成之时，就是覆盖全区域的三维模型建立之日。同时，由于三维建模的过程与每宗体宗地发证同时进行，可以伴随着的变更登记，实现对体宗地构筑物三维模型的不断更新，从而保证土地空间数据的实时性和现势性。

以上方法是对规则性好的建筑物建模的方法，众所周知，我们所见到的建筑物95%以上都是能够套用规则进行处理的，而像鸟巢，国家大剧院等特型建筑体终归是极少数的情况，而对这种特型的建筑，无论采用何种数据采集方法，都只能一事一议。