建立三维地籍的关键技术研究

2016-02-16付美芳付荣芳江西省地矿测绘院江西南昌330001

中国房地产业 2016年21期

文/付美芳、付荣芳江西省地矿测绘院江西南昌 330001

建立三维地籍的关键技术研究

文/付美芳、付荣芳江西省地矿测绘院江西南昌 330001

本文研究的目的：探索和寻求建立三维地籍的方法，分析建立三维地籍的关键技术。本文研究的方法：本文研究的方法主要是通过文献法和实际操作过程中解决问题的方法(实践法)。研究的结果：研究的结果有以下两个：1.三维地籍是地籍发展的一个必然趋势，目前乃至今后一段时间内，三维地籍的解决方案主要有建模法和注释法；2.建立三维地籍的关键技术主要包括三维地籍建模与数据库技术(既三维地籍数据的存储、表示与应用)。

三维地籍；建模；数据库

1、引言

我国城镇已基本建立了以宗地为基础的地籍，这是一种二维地籍，即人们将现实生活中的三维地籍要素和其他空间实体投影到二维平面上，转化为二维目标，将与第三维有关的信息（如建筑物高度、层数等）作为属性处理，这在许多场合下给地籍空间信息的表达与管理带来一定困难。

土地在三维空间的利用状况，仅仅在土地登记的过程中进行了简单的记载，不能全面地反映土地利用在空间上的分布状况，使得二维地籍在保障土地使用者权益和为社会经济发展规划提供基础数据等方面存在着一定的缺陷。

三维地籍是社会发展、地籍学发展的必然趋势，三维地籍的建立能有效的为国土部门、为社会更好的服务。所以，三维地籍的研究和建立具有现实意义。虽然在现有的技术、经济和法律条件下实现三维地籍，还存在着一定的困难，但是三维地籍的研究和建立对推动地籍的发展具有积极的作用。因本论文主要是探讨建立三维地籍的关键技术，所以建立三维地籍存在的经济和法律问题在此将不讨论。

2、三维地籍简介

2.1 三维地籍的定义

三维地籍是在地籍的概念中引入三维产权（空间产权）的含义。三维产权是指将一定的三维空间划分为没有交叉、空隙和重叠的三维权利实体。三维权利实体的特征：基础是一个封闭三维的空间，在空间上具有连续性；划分的依据是不同权利，同时综合考虑土地的利用类别、质量和时态等其他要素；是三维地籍中最小的单元，相当于现在地籍中的宗地。

三维地籍与二维地籍的不同在于：三维地籍建立的基础是三维空间上的权利实体，它的三维边界是明确的，在空间上是连续的，而二维地籍建立的基础是二维平面上的宗地，在平面上具有明确的边界，三维上没有明确的边界；三维地籍登记的权利是一个封闭的实体，二维地籍中登记的权利包括从地表到地心和地表以上的所有空间；三维地籍记载了封闭的权利实体所有的三维空间信息和属性信息，而二维地籍记载的主要是宗地二维平面的空间信息和属性信息，对三维信息的记载有限；三维地籍可以准确的反映出土地利用的空间分布情况，二维地籍在土地利用的空间分布上存在着不足。

2.2 三维地籍的现状及解决方案

2.2.1 三维地籍现状

现有的三维地籍的例子有：楼顶建筑、地上和地下的基础设施、日益增多的电缆和管道和公寓住宅。这些三维自然对象通常与被明确定义的法律对象并不一致。因此，他们不能够被定义为地籍图中的地籍对象，也不能够作为登记的基础。考虑到三维对象的不断增加，业内人士与科学家正在寻求问题的解决方案。这些研究将涉及三维法律对象与三维自然对象的定义，以及它们在地籍中的登记方法和需建立的模型。

2.2.2 三维地籍的解决方案

目前，国际地籍学术界都在积极探索解决三维地籍的方法，并取得了一定的进展，尤其以荷兰地籍最为显著。但目前还没有很好解决三维地籍的方法。本人在查阅和分析三维地籍方面的资料的基础上，总结出以下两种进行三维登记的可能解决方案。

2.2.2.1 建模法

建模法就是重新建立三维模型。这意味着引入三维财产权的概念。建立相应的地籍三维模型，它们互不相交、重叠和没有空隙。在三维模型上进行日常的地籍登记。三维地籍建模不同于虚拟视觉和景观建模，三维建模不但注重视觉和感观上的逼真，而且注重内部结构的逼真，因为三维地籍的建模主要的目的是进行三维产权的登记。所以，三维建模更加注重实效，比一般的三维建模难度更大。

2.2.2.2 注释法

注释法就是在二维的基础上对三维进行注释。这意味着保留二维地籍，同时加上外部注释表明三维状况。复杂的三维利用情况用特别的方法进行登记。注释可以通过多种不同的方式完成。最简单的方法是在登记中（管理登记簿与地籍索引图）贴上三维标签，因此使用者可以在登记簿中找到详细的信息。更加高明的选择是在登记中增加三维描述。这种描述可以是模拟形式的，也可以是数字形式的(如计算机辅助制图）。在后一种情况下，信息应当储存在数据库里。三维自然物体的投影轮廓也应登记在地籍图中。

以上两种方法各有优劣：建模法是真三维地籍，但它对技术的要求比较高，需要大量的人力、物力和财力支持；注释法是假三维地籍，只能起到说明三维的效果，既表达三维的意思，没有真三维的立体效果，但它相对于建模法比较简单，不需要太大的投入。在中短期内，有效表达三维自然对象的技术也将实现。然而，创建与保持三维拓扑结构不会很快变为现实。注释法在技术应用上是最有前途的，而且这种方法已经得以实施。但从三维地籍的长远发展来看，建模法更具潜力。

3、三维地籍的关键技术

三维地籍涉及到的技术主要是三维数据的采集和三维数据的建模、存储、表达和应用。三维数据的采集在现有的测量技术下已不存在很大的技术问题。利用目前先进的测量技术，可以很容易的获得地物的空间位置。

所以，要有效的解决三维地籍问题，三维地籍数据建模和三维地籍数据的存储、表达和应用是两个比较关键的技术。下面将分别从这两方面叙述。

3.1 三维地籍建模技术

现在的三维建模技术已基本成熟，特别是基于图像的建模技术，使得三维建模更加简单和逼真，是三维建模的一个发展趋势。目前，基于三维建模的软件和产品也很多，著名的软件有3DMax和AutoDesk公司；产品有杭州的edoushi等。

但三维地籍建模与普通的三维建模并不相同。从功能上来讲，地籍三维功能更加强大，不仅要表示外观上的三维，还必须满足内部结构的三维；而且对技术的要求更高了，因为三维地籍必须满足三维地籍登记的功能，所以要给用户一种在现实中的感觉：让用户浏览每一单位时，能立即浏览到该单位的基本地籍信息(如面积、位置和权属信息等)。

近年来，国内外在三维数据模型方面已取得一定的进展，所提出的三维数据模型大致可分为三类：一是基于表面表示的数据模型，如格网结构(GRID)、不规则三角形格网(TIN)、边界表示(BR)和参数函数；二是基于体表示的数据模型，如三维栅格(Array)、八叉树(Octree)、实体结构几何法(CSG)、四面体格网(TEN)等；三是前两类模型的集成（或混合）模型，如TIN与CSG的集成、TIN与Octree集成等。

建立三维地籍模式的技术难点就在于如何给三维中的每个单位附上地籍属性。本人认为要解决这个问题有以下两种方法：

（1）照片法

照片法就是在建好的三维地籍模型上，给每个单元附上相应的地籍属性。可以以一种图片的形式，在图片上写上该单元的地籍属性，然后以纹理的形式附在该模型上。

该方法比较简单，但工作量比较大，而且不易更新和维护。

（2）坐标法

坐标法就是建立真实的三维地籍坐标，给每个单元附上该单元属处的坐标范围，以来标识该单元的真实空间位置。可以将坐标值和地籍属性数据存放在数据库中，形成对应关系。

该方法技术含量高，但一旦模型和系统建好以后，更新和维护非常方便。

3.2 数据库技术

因为数据库管理系统中没有拓扑结构的管理或线形网络，难于更新数据库管理系统中的几何信息。虽然一直努力将OGC规范扩展为三维，但它至今还是二维的。在主流数据库管理系统中空间数据类型的实现基本上也还是二维的。

在Oracle spatial 9i系统中支持的空间特征是点、线、面（包括弧段、方形和混合几何集）。虽然Z值法用于代表三维特征（三维点、三维线和三维面），但是并不支持三维模型。其拓扑结构得不到体现（为真正的二维），三维的空间实体也不能够进行表达与处理。实验表明，在三维集合类型中定义的z值法不能够用于空间查询。缺乏三维拓扑关系的后果是找不到相邻关系。

当物体保持拓扑特征时，其图形特征可以通过拓扑特征获取。这就是说，图形特征可以通过存储的拓扑关系派生出来。这个领域已经提出了许多概念。虽然这在主流数据库管理系统中没有被采用，但这方面的工作仍在继续。

目前的数据库都不能实现三维拓扑关系，所以单纯的依靠数据库来实现三维地籍的方法是行不通的。在目前的情况下只能采用三维建模和数据库相结合的办法。但三维地籍建模的数据量非常庞大，在数据库中如何有效的、快速的存取三维地籍数据是一个必须解决的问题。

本人结合自己的实践经验，对于数据库存取图形文件，认为应首先考虑数据量的大小。三维地籍数据量非常之大，按照数据库的存取数据的机制，超过10M的数据尽量避免以二进制的形式存储，应以文件的形式存储，数据库只存储文件的索引原则，本人认为三维地籍数据库只存储三维地籍图形文件的索引为最佳。