基于Skyline 的三维地籍信息系统的设计与研究*

吴兆艳

( 深圳市地籍测绘大队，广东 深圳 518000)

0 引言

随着中国城市化的发展，城市土地资源的紧缺性越来越严峻，立体化利用土地资源的趋势越来越明显。

与此同时，传统地籍管理模式和相应的法律法规已不能满足当前人们对土地三维空间的占有和使用，特别是当同一土地地表和与之相关的地上和地下的空间权利归属不同时，更难以界定。而物权法要求实行不动产登记制度，这表明土地权利可分别设立在地上、地表、地下，使得空间利用者的合法权益得到有效保障，这不仅实现了地籍的多用途，还大大提高了土地集约利用程度［1］。因此，有关三维地籍管理和制度的研究由此应运而生。

目前国内外学者已开展了很多关于三维地籍研究，如荷兰学者Jantien Stoter 等人从地籍与技术的角度讨论了三维地籍管理可行的方案，郭仁忠等人从地籍技术角度解决了三维产权体拓扑关系及自动构建与动态维护等核心技术难题，詹长根等人则从产权的角度对三维地籍的建立进行了研究［2-3］。总而言之，这些研究从不同的角度对三维地籍的建立、管理、应用、制度、技术等层面提供了理论基础和技术支撑。但在三维地籍的表达、数据结构的使用、模型建立，以及如何管理与存储三维地籍的数据表达，如何使用海量的三维地籍数据等方面还有待于发展研究。

随着地理信息系统的发展，三维地理信息系统(3DGIS)的出现和兴起显得尤为必要，它是以三维立体的模式形象表达了三维空间，以海量数据库的方式为地籍数据提供存储空间。因此，将3DGIS 引入地籍管理中，为实现三维地籍可视化管理提供了技术支撑。

1 3DGIS

目前，主流3DGIS 平台主要有如Skyline、ArcGIS、IMAGIS、VRMAP 等。3DGIS 除具备二维GIS 所具有的基本空间数据操作功能外，还具有对立体化空间信息直观形象的可视化表达，可进行多维度上的空间分析等优势。如何利用现有的地理空间数据资源，更好地为公众和相关专门管理部门提供服务，是当前三维GIS 的重点内容［3］。本研究在传统二维GIS 的基础上，通过引入三维GIS 平台及三维建模技术，以实现地籍数据为基础的“地楼房”一体化管理体系，从而为地籍管理模式从传统的二维平面地籍管理模式过渡到三维立体化管理信息中，使规划、国土及房产业务的信息化管理跨上一个展新的台阶［4］。

2 数据获取

为了能够更完善地实现三维地籍信息系统，确保系统的全面性，充实系统的数据量，实现真实、形象的三维可视化效果，主要收集以下3 类数据源:

1)基础地籍数据。一是二维宗地信息，如宗地号、合同号、权属性质、用地单位、权利人、使用权、所有权、土地利用状况等宗地基本信息;二是宗地的界址点、界址线等地籍数据;三是建筑物属性信息，如建筑物权属、结构、层数等属性，幢号、建筑物类型、建筑结构、楼层、建筑面积、占地面积、竣工日期等信息。

2)三维地物数据。一是应用GPS 接收机或全站仪测量获取地上、地下建筑物、构筑物的基础坐标以及高度信息。二是运用数码相机采集地物实景的纹理及材质信息，对于建筑物的顶部信息，通常采用该区域的遥感影像等加以弥补。

3)三维地形数据。该类数据可由数字正射影像图(DOM)和数字高程模型(DEM)融合得到，DEM 可通过提取地形图中等高线制作。

3 技术路线及数据处理

本研究采用Skyline 为三维GIS 平台，以3DS MAX 和Sketch Up 为三维建模软件。其中Skyline 系列软件由Terra Builder(数据合成功能)、Terra Explorer(数据发布功能)、Terra Gate(数据展示功能)3 部分构成，给用户提供一站式服务。基于地籍数据、三维平台及建模软件实现三维地籍信息系统流程，如图1所示。

图1 三维地籍信息系统的实现流程Fig．1 The realization flow of 3D cadastral information system

目前，在地理信息中三维数据模型主要是面模型和体模型: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;基于体模型的数据格式主要有Google Sketch 的skp 格式、ArcScene 的wrl 格式、3DS MAX 的3ds 格式、Skyline 的flt 格式［5］。本研究以3DS MAX 和Sketch Up 软件相结合的方式，运用体模型方式建造三维模型，可大大提高工作效率。

3．1 三维地籍模型建立

主要有以下两类:

1)地上建筑物。地上建筑模型是指房屋及其附属设施模型，以及城市汇总大型标志性的建筑或公共设施，其信息可由建筑物普查数据和地形图等矢量数据及其属性数据来生成。为保证其三维效果，采用了专业的三维建模工具软件来完成这项工作。在三维建模软件中，以房屋建模为例，房屋的矢量数据是房屋模型的基础，通过专业建模软件对矢量数据进行Z 轴方向的拉伸，即房屋的高度信息，其高度值可依据属性信息中的房屋层数来获得。此外，Sketch Up 建模软件可进行批量房屋拉伸，批量生成建筑模型，这样可提高工作效率，同时也便于数据管理和操作。建模完成后，将模型按其地理坐标格式保存成Skyline 所能识别的Diretx(* ．x)格式文件(见图2)。模型的纹理贴图包括外墙面和屋顶，外墙的纹理则可通过实地采集，运用图形处理软件进行裁剪、校正等方法提取;屋顶纹理则可一般采用卫星影像或航测获得的栅格影像数据。此外，可根据实际需要选择软件自带纹理(材质)库。

2)地下空间设施模型。在二维地籍数据中没有地下空间数据的展示，而在三维地籍中需要加入地下空间设施信息，主要包括地铁、地下室、地下管线、地下停车场等地表以下的空间信息。地下空间设施建模可直接在Skyline 中通过拉伸、贴图的方式实现三维建模。

3．2 三维场景的创建

图2 建筑物模型Fig．2 Building model

三维地形数据集是构建三维场景的基础，通常使用数字高程模型及各种矢量地理数据建立，为提高场景的真实性，需要叠加航空或卫星影像［6］。

Skyline 系列软件中的Terra Builder 可以通过融合和裁剪方式把影像、高程和矢量数据融合起来，创建生成一个具有高精度同时带有地理坐标信息的地形数据文件即* ． MPT 格式文件。然后，在Terra Explorer Pro 中打开，即可作为三维底图，并在此基础上进行建筑物的加载以及其他简单地物的建模。对于自然景观、地下建筑物等简单地物，可采用纹理贴图的方式直接建立。

Skyline 平台可较好地支持3DS MAX 中Diretx(* ．x)格式文件，因此，在3DS MAX 中安装Panda DirectX Max Exporter 插件，可以直接将其导入Terra Explorer Pro 中，并通过Terra Explorer Pro 将三维地形数据、三维模型、二维信息等整合起来形成三维虚拟场景(见图3)。同时，可根据需求，添加一些定位标签(Location)及创建路径(Route)对三维虚拟场景进行全方位的展示［7］。所有这些资源，统一保存为Skyline* ． fly 格式的工程文件。最后，为了保证数据传输的质量和在网络中进行访问，将* ．fly 格式文件经过打包压缩完成(执行Terra Explorer Pro 中的File-Build Terra Explorer Viewer Kit 菜单命令)。至此，便完成了数据的生产过程。

图3 三维地形场景Fig．3 The 3D terrain scence

3．3 数据发布

海量级的三维地形数据(* ．mpt 格式)是三维空间数据的基础，为了能让用户更好地访问三维地籍信息系统，实现三维地籍信息可视化操作。本研究采用Skyline 下Terra Gate 模块将三维地形数据以流数据形式进行Internet 发布。客户端在Terra Explorer Pro 中通过其网络地址(* ．Mpt @Terra Gate 服务器IP:端口号)进行调用，从而使用户可以高速访问地形数据［8］。而* ．fly 格式的三维工程文件及其他一些动画、模型等，则通过Web 服务——IIS 渠道进行发布，也可以采用由用户手动下载到客户端再打开的方式进行访问。客户端在Terra Explorer Pro 界面中加载其网址或打开已下载的本地文件进行直接访问三维地形数据(见图4)。

图4 三维地籍信息系统截图Fig．4 The screenshot of 3D cadastral information system

4 系统功能实现

基于Skyline 的三维地籍信息系统，将地形、三维模型、地籍、房产、土地利用等数据叠加到三维平台中，旨为规划国土部门提供迅速便捷的地图定位、三维立体式业务管理、直观精确决策分析等功能，以及为地籍管理构建基础的辅助决策平台。此外，Terra Explorer Pro 提供了二次开发COM 组件(Terra Developer 开发包，版本5．x)，可以快速完成相关三维GIS 功能的定制开发［9］，采用VS．NET2008 为基础开发平台，以嵌入式开发系统功能。结合目前房产、地籍和土地利用的特点，设计了以下系统功能。

4．1 宗地空间管理可视化

在三维平台下，将地表、地上、地下等建筑物和宗地信息加载进来，能直观、立体化地反映土地权属、坐落、界址点、界址线、界址面以及与邻宗地之间的权属位置关系，同时采用“宗地体”的方式从多角度、多视野展现宗地空间使用权状况。

4．2 查询快捷化

通过定制点选查询、定位查询、条件查询，实现了综合统计便捷化查询功能。能实时准确地为用户提供所需要的资料和信息，例如当输入土地使用者名称时，系统会自动切换到需要查询的宗地，并用三维立体图像的方式展现宗地土地利用。

4．3 辅助决策智能化

在三维地籍数据库管理系统中，土地查封、土地抵押、土地收储、棚户区改造、城市更新等不允许发生权利转让的区域，系统将自动锁定，并发出提示信息，明确告知业务人员该宗地已查封，该业务不予受理，达到切实维护土地使用者的合法权益的目的。

4．4 二维与三维信息管理一体化

在三维地籍数据库管理系统中，不仅可查阅传统的二维平面图，也可从多视野、多角度、实景化立体展现“宗地体”和三维立体模型，实现二、三维数据间的自动切换，根据需要生成任意角度立体化的宗地图。

4．5 系统应用社会化

该系统在立足于国土管理的基础上，不仅满足国土方面拓扑分析功能和二、三维宗地图、地籍图的输出，而且又提供了三维场景漫游、3D 导航、飞行模式、光照分析、视域分析、最佳交通路径分析、基础地理信息查询等公共服务功能，不仅能满足专业工作管理需求，而且能为日常生活提供便捷的服务。

5 结束语

随着3DGIS 技术的发展，以及相关地籍法律法规完善，三维地籍信息系统在土地立体化空间管理和“一张图管地”中有着光明的应用前景。其多角度、多视野、立体性、直观性表达和反映宗地权属和土地利用状况，是二维系统无法比拟的优势。它的出现为国土资源部门提供了一个更直观、多用途的智能化工作平台。但三维地籍信息系统的应用还处于发展期，其功能主要表现在三维可视化显示方面，而在三维海量数据优化、数据管理、三维特色功能开发方面还有待于探索与创新［10-11］。

［1］ 郭仁忠，应申．三维地籍形态分析与数据表达［J］．中国土地科学，2010(12):45 -51．

［2］ 刘敏，黄铎．城市地下空间三维地籍的建立［J］． 测绘科学，2007，32(5):154 -156．

［3］ 唐桢，张新长，曹凯滨．基于Skyline 的三维技术在城市规划中的应用研究［J］．测绘通报，2010，15(5):10 -12，41．

［4］ 钟广锐． Skyline 三维地籍房籍管理系统的设计［J］． 测绘通报，2012(7):79 -81，84．

［5］ 谭云婷，陆朝锋，廖顺华．基于Skyline 的三维景观GIS 系统的实现［J］．广西城镇建设，2008(12):117 -120．

［6］ 周海兵，白玉江，沈体雁．基于SKYLINE 的3 维空间信息库构建技术研究［J］．测绘与空间地理信息，2008，31(5):115 -118．

［7］ 袁存忠．基于Skyline 的福建省三维地理信息公共平台的研建［J］．测绘通报，2009(2):54 -56，69．

［8］ 李佼，吴健平．基于Skyline 的三维空间数据网络发布［J］． 测绘科学，2010，35(2):183 -185．

［9］ 李佼，吴健平，胡英杰．基于TerraExplorer Pro 的三维城市浏览系统开发［J］．计算机技术与发展，2009，19(6):240 -242．

［10］ 文小岳，王振兴，周文斌，等．三维地籍数据模型及可视化研究进展［J］．武汉大学学报:信息科学版，2010(12):1500 -1503．

［11］ 戴洪宝．基于Skyline 的数字城市三维可视化系统的研究［D］．西安:西安科技大学，2010．