房地一体化空间数据融合技术研究与应用

陆 蕙，杨 洁

（1.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州215009；2.苏州工业园区测绘地理信息有限公司，江苏 苏州215027）

1 研究背景

我国十分重视国土资源的数据化、信息化发展。通过“数字国土”、“金土工程”、第二次全国土地调查、土地利用总体规划修编等重点工程，配合各地的国土资源业务管理信息系统建设，获取、整合和全面集成了我国国土资源的空间基础信息，并逐步提升该领域的信息化水平[1-3]。在“十二五”期间，“一张图”工程建设是国土资源信息化的重点任务之一。通过推进国土资源“一张图”数据库，积累了海量国土资源数据，有效支撑了各项业务办理；通过综合监管平台、政务办公平台等的建设与应用，为如今以科技信息手段来支撑的国土资源管理运行体系提供了基础技术保障，为履行国土资源管理职责、提升国土资源管理服务水平提供了有力支撑[4-5]。

苏州工业园区（下称“园区”）自1994年设立以来，积极借鉴新加坡管理经验，在实践中逐步形成了地产毗连房屋的房地产登记管理体制，以“房地合一”的特色管理模式，方便了关联查询，避免了重复登记等问题，实现了“以数管地”、“以数管房”。园区于2013年建成了国土“一张图”系统并正式上线，该系统整合了国土基础地理信息、土地规划、土地权属、土地利用、土地供应等方面的信息资源，数据精确翔实，很好地满足了园区国土资源部门的业务需求，实现了“以图管地”、“以图管房”[6]。但随着信息技术的发展和国家提出“不动产统一登记”的要求，园区迫切需要将土地、房屋数据通过空间位置关系有效的融合在一起，通过国土“一张图”系统综合集成与展示，推进园区基于“房地合一”模式的信息化建设，维护不动产空间数据的完整性（园区不存在土地、房屋之外的不动产类型，如草原、林地、海域等），为不动产统一登记和管理提供便利。

2 研究现状

国土资源一张图建设早已在全国范围内铺开，国土资源数据的整合建库、系统开发等相关工作均有成熟的解决方案。以园区为例，已整合了10 多个部门的100 多个GIS 专业图层，分为行政区划、基础底图影像、规划、地籍、耕地保护、土地利用、土地测绘、土地储备、执法监察等10 大类，并制定了数据整合的技术标准，形成了资源共享的工作机制；已建成的系统涵盖了土地管理的全生命周期，用“批、供、用、补、查”五个环节串联起业务流程，为行政管理、综合监管等提供全面的便捷的数据服务[6]。

房屋相关业务以往由住建部门负责，一般只有分层分户平面图，没有空间位置，GIS 化程度不高。由于土地、房屋两类数据分别来自不同主管部门，图形、属性、档案均分别形成，相互差异较大，两者的整合融合也非常薄弱。从单独应用的角度看，这些数据的准确性、一致性、完整性、可用性都不成问题，但从全局的角度看，两类数据缺少统一规划和集中管理，存在交叉、无效、冗余等问题[7]。因此，房地一体化数据融合存在较大的困难，如何实现房地关联、立体展示、多环节统一管理和多坐标系间实时转换，各地都在寻求比较完善的解决方案[8]。

3 技术路线

3.1 整体思路

房地一体化数据融合工作的开展，主要分为数据准备、基础底图绘制、房地数据融合、数据更新四个阶段，如图1 所示。

图1 房地一体化数据融合技术路线

3.2 工作路线

3.2.1 数据准备

首先，收集现有的各项土地、房产资料，包括测绘资料、土地和房产的登记、交易业务数据、证件资料、登记簿册等，纸质资料、电子化档案均可。如具备相应软件系统的，需要搜集完备的电子数据信息以及相应的数据库标准、技术规程等资料。已电子化的数据可以直接分析数据覆盖范围和数据质量；未电子化的数据则应根据实际需要，按标准规范逐步电子化。

标准化是所有数据库建设的重要基础。一套完善的标准规范有利于数据信息的整合，能够保证数据库和信息化基础设施建设的优质完善，最大程度开发和利用信息资源，实现数据共享服务；还能使各信息系统实时高效地对接交流[9-10]。该研究中参考了相关的国家和行业标准，形成了一套针对园区“房地一张图”系统的标准规范，涉及数据采集、规整、转换、入库、更新、交换等过程，见表1。

完成数据收集、形成数据标准后，还需要过滤不属于目标范围的数据（如已失效的历史数据、苏州工业园区范围外的数据等）、清洗冗余数据（如核心业务字段重复、空间完全重叠的数据等）、修正相互矛盾的数据（如空间图形擦边或相互压盖的数据）。

将收集后历经过滤、清洗、修正的数据按数据标准进行规范化，然后对数据进行属性检查和空间检查，其中数据检查包括编码缺失检查、必填项缺失检查、重复项检查等，空间检查包括面状地物封闭检查、重复地物检查、图形标准化检查、地物完备性检查等，直至最终形成符合标准要求的数据集。

表1 房地一体化数据融合工作中参考和形成的标准规范

3.2.2 基础底图绘制

根据收集到的基础地理数据和土地、房屋现势业务数据更新原有地形图，根据国标图式规范和设计要求，设计形成1∶500 比例尺的房地基础图，作为工作底图。

房地基础图主要包括三大核心数据，即境界类、居民地类、建筑类要素，在有条件的情况下，还可添加其他种类的空间数据以丰富底图内容。园区的基础测绘成果较完善、地理信息化程度较高，在房地基础图上还添加了水系类、地质地貌类、植被类、交通类、管线类等要素（其中管线类数据不含地下管线数据），见表2。

表2 房地基础图数据要素

房地基础图绘制完成后，后续所有房地业务数据加工与处理将在统一的地理空间框架下完成，确保数据成果的一致性和连续性。

3.2.3 房地数据融合

整体而言，房地数据包含三个层次——土地、建筑物、房屋，其中土地是基础，建筑物和房屋均与土地建立关联。而在房地业务数据中地籍数据是基础，所以优先整理地籍数据，然后整理房产业务数据，再通过空间拓扑、属性关联等方式实现房产附着物（以幢、户为主的楼盘表）落地以及历史房产证、土地证的关联，把土地数据与房屋数据、空间数据与属性数据统一存放在关系数据库管理系统中，实现“房地一体”。

将分级分类后的业务数据，根据所描述对象的自身性质，分为与地理位置“强相关”或“弱相关”。与地理位置强相关的数据将通过图形和空间位置进行数据融合，与地理位置弱相关的数据将通过属性和关联关系进行数据融合。具体融合规则如下：

（1）地理空间数据融合。对地理空间数据在各种数据库中存在的数据格式差异、坐标系冲突、精度尺度区别和属性定义分歧进行加工处理，按照数据标准进行提取、转换、加载，整合成一个统一的整体。

（2）属性信息数据融合。建立土地、楼幢、户室三者间的对应关系，如图2 所示。在地籍图上定位描述楼盘地理位置的信息（即楼盘编码），在楼盘中定位户室在楼盘中的位置信息（即户室编码），楼盘表与地籍数据之间通过楼盘编码确定关联关系，产权登记数据与楼盘表之间通过户室编码确定关联关系。期间如有无法确认的内容，可提取土地证、房产证相关信息作为补充。

图2 土地、楼幢、户室数据的对应关系

根据以上两种数据融合方式建立所有房地数据间的关联，再对比原土地登记系统、房产登记系统的数据，结合查找档案、现场测量、调查相结合的方式，确认建立的房地关系完整、准确。

3.2.4 数据更新

建立数据库数据更新维护机制，按照“谁生产谁负责”和业务对口的原则，实行“谁产生的业务数据谁负责更新”。梳理了房屋、土地业务数据之间的串联、并行、前置、后置等业务逻辑关系，确保各环节信息源唯一。

通过开发数据更新接口实现房地融合数据库与业务系统的同步对接，对房屋和土地业务在业务环节中产生的数据进行唯一性、完整性、拓扑冲突、流程冲突、时间序列冲突等方面进行自动检核与分析，检核通过后图形属性数据自动流转和入库，以此保证房地融合数据库的现势性，使数据融合成果在部门内和其他部门的业务领域得到充分、长效的应用。

3.3 关键技术点

在以上房地一体化数据融合的过程中，有以下四个关键的技术点。

3.3.1 多源数据空间基准技术

在土地、房屋的信息化建设过程中，各单位都积累了大量的历史数据，且来源多种多样，如来自早期系统、历史图表、纸质文档、遥感、GPS、测绘等[11]。这些数据时间基准、空间基准并不统一，存储格式、提取和处理方法各不相同，不仅原始数据信息化的时间、方式、载体有差异，采用的坐标系也有苏州独立坐标系、北京54坐标系、西安80 坐标系、2000 国家大地坐标系等多种，需要利用多源数据空间基准技术才能综合应用。首先确定所有图形的目标格式（在该项目中为苏州独立坐标系的GIS 数据），通过格式转换工具将所有数据转为GIS 数据（SHP 或GDB 格式），再按照控制点进行七参数解算、建立坐标转换模型，开发坐标转换工具，将所有GIS 数据统一到苏州独立坐标系下，最后批量进入SQL Server 数据库。

通过多源数据空间基准技术，可以确定不同时期空间基准的转换关系，建立信息成果在各坐标系下的转换方法，从而为日常地籍测绘、土地巡查、房产测绘等业务提供高精度的空间定位和多坐标系之间的便捷转换，实现多源异构数据的整合[12]。

3.3.2 全过程数据关联技术

通过构建全过程数据关联技术，研究房地在生命周期不同阶段的数据产生和变更，形成整体解决方案，使属性和空间数据能在统一的技术框架下采集、流转、应用。房地一体化管理，即从土地利用总体规划开始，对土地的征收、储备、出让、登记、开发建设、巡查，以及房屋的建设、登记、交易、居住、维修、灭失或重新收回土地的完整过程进行串联。如图3 所示，在某个工业用地地块的全生命周期中，该地块在每个业务阶段都具备至少一项核心编号，除核心编号外的其他数据均可以通过数据接口从专题数据库或相应业务系统中获得，如在出让阶段可通过出让地块号从“苏州工业园区国有建设用地使用权网上交易系统”中获得出让公告信息、成交信息、成交合同信息等。

图3 某工业用地的关键编号和空间图形在各业务阶段的关联和变化情况

每个业务阶段都沿袭了上一阶段的至少一项核心编号，从而串联起该地块在所有阶段的业务。将此过程中采集的城市基础测绘和地理信息数据根据过程阶段进行分类整合、有序存储，就能建立时间和空间上的逻辑关联关系[13]。

3.3.3 二、三维信息集成与可视化技术

基于WebGIS、大数据实时调度技术，研究房地数据的管理与组织，使二维与三维业务数据、图形、影像、文件等异构信息自动集成并关联交互，建立信息管理与可视化系统（即升级后的“一张图”系统），在地图上快捷地向用户展示其有权限浏览的所有信息，进行海量数据的调阅浏览、属性查询、空间查询、对比浏览，实现高效准确的房地空间数据展示[14]。

三维城市模型是目前为止较为丰富的城市信息表现形式，它包含了城市建筑物、道路、桥梁、绿化等描述对象的实际位置及尺寸特征，是对城市现实的综合模拟，更立体直观。苏州工业园区早已完成核心区域的三维数据建模，但由于在浏览器中加载三维数据需要较强的实时计算能力故速度很慢，容易造成可视化体验差，该项目采用固定视角的三维地图（也称作数字侧视地图或2.5 维地图，如图4 所示）。选择一个特定角度对三维模型进行展示，设置视角高度和灯光效果后渲染输出成为二维画面，具有和鸟瞰图一样的良好效果，且可以通过地图切片的方式进一步减少占用存储、提高交互速度。通过直角坐标系与斜坐标系的转换，可以使二维地图的定位与信息展示功能适用于2.5 维地图（如图5 所示）。

图4 二维地图与2.5 维地图可视化效果的对比

图5 二维地图与2.5 维地图信息展示功能的对比

3.3.4 基于云计算的大数据管理与服务技术

基于云计算、并行、虚拟化等相关技术，升级“一张图”核心数据库，实现从数据采集、入库、调阅应用等多个环节的统一管理，将涉及计算的功能分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，应用在“云”中某处运行，用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置，而能在任意位置使用终端获取应用服务。

选用基于OGC 标准的GIS 服务接口，实现多源数据成果的共享与服务，使规划、建设、环保、城管、教育、法院、工商等部门可以利用一张图的数据成果辅助政务办公，实现跨部门数据共享[15]。

4 成果应用

苏州工业园区的房地一体化数据融合工作的成果，是国土资源部门多源数据中心的重要组成部分，并通过“房地一张图”这一GIS 信息平台进行可视化应用。

4.1 多源数据中心

苏州工业园区国土数据中心主要包括数据库、数据存储模块、数据服务模块、数据交换模块和网络模块，以服务器、网络、交换机等设备为底层。其逻辑结构如图6 所示，各类数据服务可以访问底层的数据库，从而为上层的应用系统提供支持，所有对外的数据共享在服务层实现。

图6 多源数据中心逻辑结构

多源数据中心是支撑房地一体化核心数据库及相关应用系统的重要数据来源，还涉及数据更新机制、数据库管理等方面，因此，对数据的完整性、逻辑一致性、分类准确性、空间精度、时间精度等有很高的要求[16]，而房地一体化数据融合成果可以直接应用。如通过对成果的分析，提取国土资源开发利用信息，总结城市发展的时空分布规律，为政策调整、国土资源规划等提供决策辅助[17]。

数据中心从数据库中获得特定的数据信息提供给应用系统，同时获得应用系统反馈的数据修改内容，实现数据的流转和有机更新。针对不同外部单位的数据需求差异，形成一系列灵活的基础服务（例如地图浏览、关键字查询、空间查询、叠加分析等），在对外提供数据应用服务时可以仅提供数据中心的部分数据内容和部分模块，还能按配置的权限进行数据库操作。

4.2 “房地一张图”应用

房地一体化数据融合工作的完成，为苏州工业园区“房地一张图”平台提供了数据容器和应用服务环境。平台采用ESRI 公司的ArcGIS 地理信息软件平台及ArcGIS SDE 空间数据引擎，结合C#、ASP.NET 和SQL Server 数据库，基于B/S 模式，通过面向服务的技术（SOA）为不同使用者提供其所特定需要的数据支持和专题服务[18]。

“房地一张图”平台对接了国土资源领域的土地批供用补查系统、执法监察系统、不动产登记系统等，可实现分布式的数据访问和管理，展示国土资源基础地理地形数据、遥感影像数据、土地总体规划数据、土地利用现状数据、土地调查数据、耕地保护数据、建设用地项目数据、建筑物与房屋竣工数据、不动产登记数据等空间与属性信息，并对房地管理业务流程进行整合，实现定位、查询、对比、叠加分析、预警提示、统计汇总等功能。系统效果如图7、图8 所示。

图7 土地、楼幢空间数据展示

图8 房地业务数据融合展示

平台面向国土局各级业务处室及规划、建设、环保、城管、教育、法院、工商等部门提供数据共享服务，最大限度地提高了信息资源的利用效益，形成了横向数据交换和纵向数据传递的“国土资源信息云”[19]。此外，平台还可以通过移动互联网技术和地理信息系统的结合，以手机APP 的形式为国土资源管理提供更为高效的辅助手段和应用平台[20]。平台推动了园区“房地合一”的特色管理模式，对加强土地与房产资源信息化管理具有重要意义。

5 结语

房地一体化的管理模式有利于整合土地、房屋数据资源，能促进领域部门内的信息化建设与发展，对不动产统一登记制度的实施具有重要的参考价值。笔者以苏州工业园区为例，研究了房地一体化数据融合的技术和具体应用，为科学管理与合理利用土地、房屋数据资源提供有力的技术方案。研究成果在国土资源管理的日常业务办理、宏观规划和决策辅助等方面的充分应用，能提高园区国土资源管理与房产管理的工作质量及管理效率，夯实“房地一张图”平台的数据基础，推进园区基于“房地合一”模式的信息化建设，以适应最新的国土资源管理需要。