自然资源统一确权矿产三维登记模式探索

侯 飞

(山东省国土测绘院，山东 济南 250101)

0 引 言

为贯彻落实党中央、国务院关于生态文明建设决策部署，2019年7月11日，自然资源部、财政部、生态环境部、水利部、国家林业和草原局联合印发了《自然资源统一确权登记暂行办法》(以下简称“《暂行办法》”)，要求国家实行自然资源统一确权登记制度，以不动产登记为基础，对水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂、海域、无居民海岛以及探明储量的矿产资源等自然资源所有权和所有自然生态空间统一进行确权登记，划清全民所有和集体所有之间的边界，划清全民所有、不同层级政府行使所有权的边界，划清不同集体所有者的边界，划清不同类型自然资源之间的边界。《暂行办法》中明确要求对水流自然资源以及海域、无居民海岛自然资源以及探明储量的矿产资源探索建立三维登记模式。

近年来，遥感、航空摄影技术被大量用于自然环境监测，同时也为不动产登记提供了基础影像资料，其宏观性、周期性等特点具有不可比拟的优势，但其主要应用于生产二维现势性数据，难以满足自然资源统一确权三维登记模式的需求。采用传统的测绘方法，存在测量工作量大、入场难等弊端[1]。倾斜摄影测量三维重建技术是当前摄影测量与计算机视觉领域的研究热点之一[2]，它将现实世界转变为倾斜实景三维大数据，人们可以借助该云平台以“上帝视角”观察目标。目前，国内外不仅大型倾斜航摄系统相继出现[3]，轻小型无人机也逐渐发展成为一种新型的快速获取对地光学影像的平台[4]，提供了常规遥感、航摄方式不能给予的多元信息。借助于Skyline平台，能够将基础地理信息数据、矿产资源登记统计数据、高精度倾斜实景三维模型、传统不动产权籍、落宗关联数据、生态红线及国家审批数据等多源数据融合，将自然资源管理延伸至三维空间、历史变化等多个维度。

1 方法对比

1.1 传统矿产资源登记与管理模式

传统矿产资源登记管理，采用多个数据库管理模式，例如矿产资源储量登记库、储量统计库、储量利用现状调查数据库、探矿权数据库、采矿权数据库等。矿产资源储量登记数据管理系统是《矿产资源登记统计信息系统》主要系列软件之一，采用MS Access 2000数据库，主要用于登记书的录入、编辑、浏览、打印，登记书数据的导出、导入和数据合并以及登记书数据检查、管理查询、重新配号与修改等。矿产储量利用现状调查数据系统则是对矿产资源储量数据进行规范化、科学化的统一管理，应用计算机数据库技术和网络技术，开发用户界面的实用软件，辅以GIS(地理信息系统)技术反映矿区、矿业权、矿体、块段的空间关系以及矿产资源开发利用的变化和建设压覆情况，为矿产资源规划、采矿权及探矿权设置提供基础性数据。

1.2 倾斜实景三维矿产资源登记管理模式

现今多种高精尖装备齐涌并现，如倾斜摄影系统、车载移动测量系统、机载Lidar系统，各有特点。例如车载移动测量系统能够提供高效快捷的全景影像及高精度立面点云数据，机载Lidar系统可以提供大面域地面点云数据，为相关部门科学决策提供了多源大数据支撑。而倾斜摄影系统不仅能够提供比传统虚拟可视化三维模型更加客观真实的倾斜实景三维数据，而且可以提供一个基于倾斜实景三维的多源数据融合管理平台，为矿产资源登记管理开辟了新模式。

2 可行性分析

2.1 数据精度分析

为验证倾斜实景三维的数据承载精度，本文利用无人机低空高精度倾斜摄影在矿山试验区域进行了多次航摄试验研究，倾斜影像分辨率和倾斜实景三维矢量化成图精度对照见表1。

表1 低空倾斜影像分辨率与实景三维成图精度对照表Table 1 Contrast table of resolution of low altitude tiltimage and oblique real 3D mapping accuracy

结果表明倾斜实景三维的精度程度完全可以满足矿产资源调查管理需求，以工作底图比例尺1∶10 000为例，图解法获取相邻界址点的间距误差不大于图上0.3 mm，图上允许误差0.6 mm；实测法界址点相对于临近控制点的点位中误差和相邻界址点的间距误差不大于±10 cm，图上允许误差不大于±20 cm[5-7]。

2.2 系统适用性分析

倾斜影像分辨率为公分级，并非传统数字正射影像(digital orthophoto map,DOM)所能比拟，甚至可直接利用倾斜实景三维的纹理辨识矿产资源类型，是地表矿产资源“鹰眼视角”的真实再现。传统矿产资源登记管理模式主要是基于二维数据，无法反映矿产资源的立体细节样貌，给矿产储量现状调查及边界权属确权的核实带来不便。而且矿体分布较广，采掘地点一般通行不便，调查人员很难找到合适的视角观察矿体全貌，造成调查周期长，信息量少。矿山的破环性开采及不规范的管理环境给调查人员的人身安全也带来很大隐患，特别是偷采乱掘现象普遍，调查人员实地取证比较困难。而基于倾斜实景三维技术的矿山三维登记管理模式，能有效降低野外权籍调查的劳动强度，保障人员安全，还可实现矿产储量动态监测、空间分析等二维数据不具备的功能，因此不仅可以适用于矿产资源登记管理，而且还可推广至自然资源监测，确保信息丰富，真正实现“多策合一”，有效监管。

3 矿产三维登记与管理一体化系统设计与实现

3.1 系统架构

矿产实景三维登记管理系统采用C/S架构，由数据服务器和调查登记管理系统两部分组成，总体构架图如图1所示。矿山三维登记管理数据服务器使用Oracle 11G R1+Skyline平台管理后台数据，采用JavaScript语言进行二次开发。数据源主要包括基础地理信息数据，包含数字航空影像数据(DOM)、数字地面高程模型(DEM)以及地名地址、元数据等；探明储量的矿产资源调查成果，包括权属、矿产资源储量状况等；多源大数据，主要包括倾斜实景三维、高精度激光Lidar、全景影像等；其他关联信息，主要包括生态保护红线等管制要求或政策性文件。

3.2 功能介绍

系统依托省级基础地理信息数据，以传统矿产资源储量库及统计库内的矿产范围、储量评审备案文件确定的矿产资源储量估算范围以及国家出资探明矿产地清理结果认定的矿产地范围在空间上的套合，以相对规整的范围划分矿产资源登记单元。 利用TerroSolid软件实现登记单元内基础地理信息DEM数据、激光Lidar点云数据的坐标转换、数据置换和数据融合，基于Context Capture自动化建模技术并融合多源大数据制作登记单元内倾斜实景三维地表矿产资源模型。利用三维空间位置关联传统矿产资源专项调查成果、生态保护红线及其他管制文件。

4 应用实例

4.1 精度检测

本文在利用国产SWDC-5倾斜摄影设备，参考相关航飞方案[8-10]，获取了济南市历下区、市中区、槐荫区、天桥区、长清区、平阴县地表矿产资源重点调查区倾斜影像，结合最新卫星影像以及地表矿产资源历史遥感资料，建立了济南市矿产资源三维登记管理调查系统，为验证经倾斜实景三维数据的承载精度，参考刘增良等[11]的成果对模型进行了质量检查，并利用莱卡免棱镜全站仪实测了共计44个矿产资源区地物特征点与倾斜实景三维解析同名点进行了精度比对，见表2。

图1 系统总体构架Fig.1 Overall framework of the system

表2 倾斜实景三维测图精度统计表Table 2 Precision statistics of oblique real scene 3D

4.2 功能分析与讨论

基于Skyline平台及JavaScript语言开发了济南市矿产资源登记管理调查系统，基于高精度倾斜实景三维矿产资源模型，实现了矿产资源开采动态监测、查询检索、登记管理、空间量测、立面及剖面分析、统计汇总及淹没分析等功能，见图2～4和表3。地表矿产资源一般植被覆盖率小，有利于倾斜实景三维功能的展现与利用。 高精度倾斜实景三维模型，对矿产资源现状的真实还原，解决了野外勘察入户难、攀爬险的问题，有利于矿权边界的直观展示和确权划分，为矿产资源确权登记提供了便利，更容易得到各方认同，不仅为“虚拟界桩”应用提供了数据环境支撑，同时还为矿产管理、储量统计和生态保护由野外勘查转为倾斜实景三维内业模式提供了研究基础。

图2 济南市某地表矿产高精度倾斜实景三维模型Fig.2 High precision oblique real scene 3D model of a mountain in Ji’nan city

图3 矿产资源方量分析Fig.3 Volume analysis of mineral resources

表3 矿产资源变化分析统计Table 3 Statistics of changes in mineral resources

5 结 语

现代高端设备的崛起，为多源大数据的获取提供了强有力手段，为自然资源统一确权登记管理模式的革新创造了途径。本文建立的矿产资源三维登记管理系统依托于近年来新兴大数据，借助Skyline平台，通过二次开发，实现了多源大数据数据融合[12-13]，建立了地表矿产资源调查、登记、管理等“多策合一”的一体化平台，为不同层次的决策分析提供了科学支撑，革新了传统地表矿产资源登记管理模式，开辟了倾斜摄影技术在矿产资源三维登记管理的先河，具有极大的实用及推广价值。