浅谈基于实景三维模型的城市三维地籍管理系统开发

任方园 王乐 陈良 刘斯琳

摘要：随着社会快速发展，传统的二维地籍管理模式渐渐难以满足现代城市的管理需求，三维地籍管理因具有三维可视化的特点，能够很好地解决这一难题。同时，随着“实景三维中国建设”工程的不断推进，逐渐积累的海量模型数据也为三维地籍管理系统的应用提供了良好的基础数据保障。本文以三维地籍业务需求为导向，以地形级、城市级、部件级三维数据融合模型为基层数据底座，利用Unity3D引擎加载Cesium for Unity插件搭建三维可视化前端平台，基于MySQL数据库搭建后台数据存储系统，通过Visual Studio开发工具开发具体应用程序。通过各种开发工具的综合运用，以软件开发的方式，开发出一种能够满足实际需求的城市三维地籍管理系统。

关键词：实景三维中国建设；三维地籍；三维数据融合

引言

现代城市发展模式呈现出立体化和高密度化，产权管理更加复杂，传统的二维地籍管理模式很难满足现代城市地籍管理要求，迫切需要一种新技术、新思路[1]。三维地籍管理体系依托三维模型数据和专用管理系统，直观、真实地实现空间承载和信息利用，以满足新型城市地籍管理需求。随着“实景三维中国建设”在各地进程不断加快，逐渐积累的海量模型数据应用问题受到社会各界的重视[2]。三维地籍管理是“实景三维中国建设”成果应用的重要研究方向。2020年7月，国务院发布《关于做好自由贸易试验区第六批改革试点经验复制推广工作的通知》[3]，明确提出各地要建立以三维地籍为核心的土地立体化管理模式，将三维地籍管理理念和技术方法纳入土地管理、开发建设和运营管理的全过程。

本文以“实景三维中国建设”的数据成果为数据依托，通过各类实景三维数据融合，结合三维地籍管理平台软件开发，构建三维地籍管理体系，能够有效满足相关管理部门对立体地籍管理的迫切需求，具有巨大的社会效益、经济效益和广阔的市场前景。

因城市快速发展，对地籍管理产生迫切的智能化、立体化需求，在收集、利用相关地籍信息的基础上，本文运用倾斜摄影测量等测绘新技术，融合地形级、城市级、部件级实景三维模型数据，将前端平台研发与后台数据库管理系统研发有效衔接起来，研发出地上地下一体化、宗地房屋一体化、物理空间与产权空间一体化的城市实景三维可视化地籍管理系统。

1. 研究内容

本文主要任务为基于实景三维融合数据，通过软件开发的方式，开发出一款城市三维地籍管理系统软件，主要研究内容分为四个方面：

（1）地形级实景三维、城市级实景三维、部件级三维数据融合。

（2）利用Unity3D引擎并加载Cesium for Unity插件，研发三维可视化前端管理平台，为用户开展相应业务提供有效的可视化交互系统[4]。

（3）基于MySQL数据库进行后台数据库平台开发，保障数据的输入、存储、分发等功能。

（4）通过C#语言和Visual Studio开发工具进行数据入库、三维几何信息查询、三维不动产管理、三维电子证件照管理、三维统计分析、土地全生命周期管理、三维浏览功能等应用的开发。

本文主要研究内容为以实景三维模型数据为主体，同时融合地形级、城市级、部件级三维数据，作为空间数据底座，开发一套城市实景三维可视化地籍管理系统，具体架构如图1所示。

1.1 实景三维数据生成及融合

本文计划通过倾斜摄影测量技术生成的实景三维模型作为基础测试数据。三维地籍管理系统所需三维数据要满足真实、清晰、精准的要求，只靠某一类型的数据难以满足要求，必须进行地形级、城市级、部件级三维数据融合。需要根据本文具体任务要求，研究相应的三维数据融合方法，将各级三维数据有机融合，取长补短，充分发挥各类数据优势。

1.2 前端可视化平台开发

项目利用Unity3D开发引擎并以Cesium for Unity插件为核心开发工具，搭建前端城市三维地籍可视化平台。在视觉表达方面，基于体素、LOD等技术，采用抽屉式交互、变形等综合可视化变量方法，有效表达三维不动产可见表面和内部结构，增强可视化效果。在实际应用方面，设计合理的UI功能界面，统筹谋划各个功能模块布局，有效降低用户学习成本，提高用户体验。

1.3 后台数据库管理系统开发

本文属于大规模软件开发的范畴，数据处理量大，需要一种高效的后台数据管理技术才能保障系统的高效稳定运行。此外，需要设计合理的网络架构，并设计相应的网络平台，保障整个系统流畅运行。同时，做好系统安全保障工作，针对不同用户群体，设置合理用户权限，规范数据使用及分发规则，本文预期成果用户包含多个社会群体，必须根据不同用户的不同需求设置合理的用户权限[5]。本文预期用户主要分为三类：系统管理员、各级管理部门、社会公众。系统管理员首先具备各级管理部门和社会公众的所有权限，同时具有数据库创建权限等；各级管理部门主要是指自然资源局、不动产登记中心等拥有具体职能的部门，这些部门拥有场景管理权限、数据查询、修改管理等权限；社会公共角色拥有场景漫游及特定定位权限，还拥有自身信息查询权限，但不具有修改、删除、增加各类数据等操作权限。

1.4 业务功能程序设计

业务功能程序是用于满足各类用户需求的具体应用程序，直接关系日常三维地籍管理工作的质量，具体内容包括：数据入库、三维几何信息查询、三维不动产管理、三维电子证件照管理、三维统计分析、土地全生命周期管理、三维浏览功能等。

2. 技术路線

2.1 研究思路与技术路线

本文以三维地籍业务需求为导向，将整个研究内容分四个方面：

（1）以城市实景三维模型为主体，探索地形级、城市级、部件级三维数据融合技术，为三维地籍的实际应用提供有效的数据支撑；

（2）利用Unity3D引擎并加载Cesium for Unity插件，研发三维可视化前端管理平台，为用户开展相应业务提供有效的可视化交互系统；

（3）基于MySQL数据库和Visual Studio软件，开发后台数据库管理系统和应用程序；

（4）在前端平台与后台数据库管理系统的基础上，利用C#编程语言开发满足相应业务需求的各项应用程序。总体技术路线图如图2所示。

2.2 研究方案

2.2.1 实景三维数据生成及融合

本文中的“实景三维数据融合”，是指以地形实景三维模型、城市实景三维模型与通过相应的制图软件制作的部件三维模型进行有机叠加融合，共同组成本文的有效数据基底。

地形级实景三维模型与城市级实景三维模型通过倾斜摄影技术生成，部件级三维模型通过3Ds Max软件制作。

地形级实景三维模型与城市级实景三维模型生成均基于倾斜摄影技术，但是地形级实景三维模型分辨率要求优于2米，城市级三维模型分辨率要求优于5厘米。

部件级三维模型通过3Ds Max软件制作。

三维模型数据制作完毕后，需要将地形级、城市级、部件级三维数据进行融合处理，以达到立体地籍管理的数据要求。

2.2.2 前端可视化平台开发

项目通过Cesium开源框架开发的Cesium for Unity插件，利用Unity3D平台搭建前端城市三维地籍可视化平台。在Unity3D加载完毕Cesium for Unity插件后，利用插件工具加载相应的模型，同时利用CesiumGeoreference中的Dynamic Camera等组件设置合理视角，借助UI组件设计合理的UI布局，通过Unity3D的Scene控件构建各种需求下的应用场景，如系统开始界面场景、各个业务功能命令下对应的特定场景。借助Unity3D的Visual Effect组件针对特定元素實现相应的粒子渲染效果，突出视觉效果。

2.2.3 后台数据库管理系统开发

本文研发的三维地籍管理系统具有数据量大、数据类型多、结构复杂的特点，不同用户群体需求多样化，需开发多种应用和管理功能。根据任务需求，需构建多个数据库，需要快速数据处理系统，以提高整体工作效率。该系统对数据库的安全性、可靠性要求较高，同时，根据需求要搭建相应的网络应用平台。这些都需要高效稳定的数据库管理系统。

三维地籍管理系统平台的后台数据库建立和操作必须保障数据库的安全。地籍信息中权利人身份信息属于个人隐私，地理信息涉及国家安全问题。因此，后台数据管理系统在保障整个系统稳定和高效的同时，必须做好安全保障工作。

本文以MySQL数据库作为平台的后台数据库，实现三维地籍信息数据的输入、存储、分发、查询、插入、删除、修改以及数据安全保障等功能。MySQL为开源项研发，支持多种编程语言，可以根据项目实际需求开发相应功能；支持多线程技术，具有多种数据库存储引擎，可以实现对多个数据库请求同时处理，并且响应速度快；数据库存储容量大，表空间的最大容量为64TB，支持大型数据库，可以处理大型数据库；具有很高的稳定性和可靠性，具备自动错误检测和恢复功能，能够保证数据的完整性和一致性；具备较高的安全性，支持密码加密功能，能够有效保护用户数据的安全性和隐私性，因此能够满足项目要求。

2.2.4 业务功能程序设计

根据方案设计，本文预期业务功能为数据入库、三维几何信息查询、三维不动产管理、三维电子证件照管理、三维统计分析、土地全生命周期管理、三维浏览功能等模块开发。城市三维地籍管理的功能模块具体设计方案包括七个功能模块。

（1）数据入库功能模块。将城市实景三维模型及相应融合数据、地籍信息数据等按照既定规则导入后台数据管理系统中，作为基础支撑数据。

（2）三维几何信息查询功能模块。主要是完成城市地籍界址坐标、边长、宗地和房产面积等几何量算及结果输出等。

（3）三维不动产管理功能模块。主要涉及城市地籍实体部件构建、空间数据和属性录入、资料输出以及业务办理等功能。

（4）三维电子证件照管理功能模块。根据查询的结果，实现某一宗地或者某一幢建筑物及其权属信息独显功能。

（5）三维统计分析功能模块。可以在所确定缓冲范围内，根据目标需求，统计汇总各用地类型面积、建筑容积率、建筑密度等信息。

（6）土地全生命周期管理功能模块。通过构建土地单元唯一识别码，模块通过该标识码的土地历史数据和现状数据采用分屏或时间轴的方式进行显示，追溯识别三维地籍变更历史轨迹，以实现三维地籍全生命周期管理。

（7）三维浏览功能模块。基于该功能在平台上实现人机交互操作，为用户提供查看三维模型的手段，使用户可以从不同视角查看模型，可以对三维模型进行前进、后退、旋转、平移、放缩、恢复原位置以及路径规划等操作，实现任意方向的场景漫游。

结语

近年来，随着三维建模技术的快速发展，实景三维模型逐渐取代传统的二维图形，各项三维数字城市建设需求应运而生，引导测绘地理产业向三维数字城市方向不断发展。三维地籍管理作为数字城市的重要内容，一直都是地理信息行业的研究重点。本文所开发的城市三维地籍管理应用系统能够有效满足相关管理部门对立体地籍管理的迫切需求，具有良好的社会效益、经济效益和广阔的市场前景。但是，三维地籍管理系统数据处理量大，如何将系统进一步优化，使其能够更加高效、稳定地运行，将是下一步的工作重点。

参考文献：

[1]肖海波，赵志刚，贺彪.三维地籍在深圳市土地立体化管理中的应用[J].测绘科学，2015，40（7）：83-85，163.

[2]王超领，唐杭.城市三维地籍数据模型研究[J].测绘与空间地理信息，2020， 43（4）：53-57.

[3]国务院关于做好自由贸易试验区第六批改革试点经验复制推广工作的通知（国函〔2020〕96号）[A/OL].（2020-07-07）[2024-02-25].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2020-07/07/content_5524720.htm.

[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]王兆.基于Unity3d平台的三维地籍管理系统的设计与实现[D].合肥：合肥工业大学，2017.

作者简介：任方园，本科，工程师，研究方向：地理信息技术研究及软件开发。