适应地籍空间管理的三维地籍数据模型研究

李文博

（西安市勘察测绘院，陕西西安，710054）

适应地籍空间管理的三维地籍数据模型研究

李文博

（西安市勘察测绘院，陕西西安，710054）

当前土地资源在空间上的权属关系变得更加复杂，传统的二维宗地地籍管理方式已经无法满足现代社会的需求。本文调研了土地资源的空间管理可行性，分析了立体化的、基于三维空间的地籍数据模型，提出了适应土地管理方、公众以及使用方对城市空间资源使用直观化的方法。本方法可满足空间权属明确化的需求。

宗地；三维地籍；空间权属

引言

目前，我国对地籍数据的管理主要以二维地籍数据为基础。如图1所示，粗虚线为地籍数据的界址线，内部的细虚线为地籍数据内部建筑物的垂直投影，其空间权属的信息是通过外接数据库的形式进行存储的。这样的表达方式已经不能满足现代社会对土地资源空间利用的要求，而且由于表达方式不够直观和明确，容易产生矛盾。为此，本文针对该问题开展了研究。

1 三维地籍数据模型构建

针对地籍数据的空间权属管理需求，提出了适应地籍空间管理的三维地籍数据模型。该模型的基本含义是：通过对现实世界的抽象概括形成了三类基本对象：界址点、构成三角形的线段、构成界址面的三角形，并将以上三者作为三维地籍的基本形。通过界址点构成线段，并由线段形成三角形，进而由三角形形成界址面，界址面连接构成封闭的三维宗地［1］。空间三维宗地利用基本形来实现三维宗地的构建，并将空间拓扑作为约束条件，以此完成复杂模型的构建［2］。

图1　二维地籍数据

2 三维地籍数据模型逻辑结构和数据组织

数据模型的基础是逻辑结构和数据组织［3］。据此，本文针对适应地籍空间管理的三维地籍数据模型，给出了其详细的逻辑结构和数据组织方式。

2.1逻辑结构

在适应地籍空间管理的三维地籍数据模型的逻辑结构中，界址点是三维空间中的坐标，按照一定的顺序，两个界址点构成一条线段。通过三条空间线段按照逆时针的顺序构成三角形。通过相互连接的，并且法向量一致的若干空间三角形构成界址面［4］。通过权属一致的若干空间界址面进而组成了封闭的三维空间实体。三维空间实体与空间权属信息结合即构成了三维宗地。独立用地单元是三维宗地的组成部分，其空间权属由它所隶属的三维宗地来确定。图2给出该三维地籍数据模型的逻辑结构。

图2　三维地籍数据模型的逻辑结构

2.2数据组织

由于该三维地籍数据模型是基于面向对象的思想进行设计的，因此本文以三维地籍空间实体作为目标对象，通过三维宗地和宗地属性信息构成了三维地籍，它们之间由宗地ID进行关联。在三维界址面中，记录了该界址面的左宗地ID、右宗地ID和构成该界址面的三角形ID。三角形中记录了构成该三角形的线段ID，线段中记录了构成该线段的界址点ID。独立用地单元是三维宗地的组成部分，它继承了其隶属三维宗地的空间信息和属性信息，以此实现三维宗地内部细化的土地利用的权属管理。

适应地籍空间管理的三维地籍数据在计算机中进行存储时是由多张数据表构成的。它们是构成三维宗地的界址点表、线段表、三角形表、界址面表、三维宗地表和权属表［5］。权属表又由宗地属性表、房屋表、房屋权利人表等构成，可以以此实现对宗地内部独立用地单元的权属确定。其中，在构成三维宗地的界址面表中添加左宗地ID和右宗地ID这两个字段，用来表示任何一个界址面只能是一个宗地的构成面或者两个宗地的分界面，以此实现三维宗地一定的空间关系的计算。如图3所示，为该三维地籍数据模型的数据组织。

图3　三维地籍数据模型的数据组织

3 适应地籍空间管理的三维地籍数据模型

3.1模型实现

以适应地籍空间管理的三维地籍数据模型为基础，就可以实现三维地籍的空间管理。图4给出了在空间上相互邻接的三块宗地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，对其进行简化，认为其均为标准立方体，则各三维宗地的界址面表如图4左下角所示。

图4　三维地籍实体的简化及其界址面表

由于对三维地籍实体进行了简化，每个界址面即由两个三角形构成。因此，通过界址面表存储其左右的宗地号，便可以完成宗地邻近关系的显示存储，上述三块相邻宗地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的存储如图5所示。

图5　三维地籍数据的存储

通过构建上述三维地籍实体信息表，即可实现三维地籍信息的快速查询。在查询时，先读取三维宗地表，在表中检索出待查宗地的ID，接着以该宗地的ID从宗地属性表中检索出该宗地的权属信息。

3.2模型应用

本文所设计的三维地籍数据模型可以实现三维宗地空间关系的计算。其原理为：由于界址面不存在相交的情况，因此在界址面表中存储该界址面左右宗地的ID号，即完成了宗地邻近关系的显示存储。例如，如图6所示，三维宗地Ⅰ和Ⅱ相接于界址面hing，虽然界址面dbng（面hing是dbng的一部分）是三维宗地Ⅰ的边界面，但是为了表达两宗地之间的拓扑邻近关系，需要将面dbng划分为界址面dbih和界址面hing两个部分。

通过上述分析，复杂的拓扑包含关系的存储方法也可以映射为宗地之间的邻接关系［6］，也就是说，在文中所设计的三维地籍数据模型中，包含关系是复杂的拓扑邻接关系，也是拓扑邻接关系的特例，从而不需要额外存储宗地之间的拓扑包含关系。

图6　三维宗地拓扑邻接示意图

基于以上研究结果，对三维宗地的三种空间关系分别进行以下空间关系计算，并将计算过程转换为如下的SQL语句：

（1）查询与三维宗地Ⅰ邻接的宗地

SELECT 左宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 右宗地ID=Ⅰ AND 左宗地ID IS NOT NULL

UNION

SELECT 右宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 左宗地ID=Ⅰ AND 右宗地ID IS NOT NULL

（2）判断三维宗地Ⅱ是否为岛宗地（即是否被其他宗地包围）

SELECT 左宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 右宗地ID=Ⅱ

INTERSECT

SELECT 右宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 左宗地ID=Ⅱ

从以上示例可以看出，在三维地籍数据模型中，拓扑关系的显式存储可以方便地将地籍管理中常用的拓扑邻接和拓扑包含关系映射为简单的SQL语句，节省了大量的计算空间。

4 结论

土地资源的使用是立体的，需要三维的数据模型进行土地资源管理。本文设计的适应地籍空间管理的三维地籍数据模型为地籍数据的空间管理的实现提供了理论基础，满足了s地籍管理在空间上的权属确定以及科学使用。

［1］WALLACE J， WILLIAMSON I. Developing cadastres to service complex property markets ［J］. Computers Environment & Urban Systems， 2006， 30（5）:614-626.

［2］庞亮亮. 机械设计与分析工程数据管理技术研究［D］. 陕西: 西北工业大学， 2006.

［3］朱秀丽， 苗作华. 基于ArcGIS的基础地理空间数据库系统设计［J］. 山西建筑， 2009， 35（6）: 363-365.

［4］HO S， RAJABIFARD A， STOTER J， et al. Legal barriers to 3D cadastre implementation: What is the issue？ ［J］. Land Use Policy. 2013， 35（0）: 379-387.

［5］杨宇曦.空间数据索引技术的研究及在GIS中的应用［D］. 辽宁:大连理工大学， 2005.

［6］文小岳， 李光强， 王振兴. 面向地籍的三维数据模型设计与建立［J］. 测绘科学， 2010， 35 （5）: 92-94.

李文博（1988-），男，硕士，助理工程师，主要从事智慧城市及GIS方面的研究工作。

E-mail: 33974858@qq.com

Research on Adaptation Space Management of 3D Cadastre Data Model

Wenbo Li（Xi'an Institute of Prospecting and Mapping， Xi'an， Shaanxi， 710054， China）

Nowadays， the ownership relations of land resources in space becomes more complex， the traditional management of parcel in two-dimensions has already been unable to meet the demands of modern society. This thesis surveys the feasibility of the land-management in space， researches the cadastral data model based on three dimensions， and then proposes an intuitive method on the usage of the urban-space resources to adapt to the land management. While， this method can also meet the demands of making the ownership relations of land resources more clear.

Parcel； 3D Cadastre； Space Ownership

TU198+.6

A

2095-8412 （2016） 04-791-04

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.057