三维地籍系统的设计与

【摘 要】 三维地籍是土地利用和社会、经济发展的必然结果,它将在土地管理和社会经济发展规划中发挥重要的作用.地籍管理是维护土地合法使用,保障土地所有者和使用者权益,维持社会生产秩序的重要手段,在社会管理和经济活动中发挥着重要作用.本文围绕三维地籍的数据模型、数据集成管理、空间关系表达等展开研究.

【关 键 词 】 三维地籍 三维数据模型 三维空间关系

随着人口密度的显著增长,土地利用的状况日趋紧张.在城市区域尤其是商贸中心的土地利用压力,导致了建筑物的结构和组成错综复杂.

在二维地籍系统中,管理土地共用宗地中不同的土地权利人信息,主要通过土地上建筑物的属性或扩充土地坐落的信息进行描述.但是,这不仅与地籍管理规则不符,而且也会引起共享数据的混淆,增加处理的难度和复杂性.采用三维地籍系统,通过把宗地的地上、地下建筑物信息立体化,将相应的属性信息与真实的空间信息联系在一起,就可方便土地的管理.

1.三维地籍系统的初步介绍

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.三维地籍可以弥补二维在反映土地利用的空间分布情况的不足.

当前,三维地籍的研究主要集中在三维地籍登记方法和数据模型建立与可视化两个方面,具体包括地籍标准化、三维地籍登记管理、三维数据模型、可视化与系统开发等方面的研究.

2.三维地籍的基本特征

1995年,在国际测量师联合会第七委员会工作小组的建议稿《关于地籍的论述》（FIG,1995）中,将地籍定义为是由政府监管的,以地块为基础的土地信息系统.其中包括土地权益记录（如权利限制和责任）、土地宗地的几何描述,并利用这些几何描述记录权益性质、所有权或权益控制,以及宗地和地上设施的价值.

从这个定义,可以看出地籍具有几个明确的特征：

（l）地籍是国家建立和管理的,表达每个基本土地单元宗地或地块的位置和边界界址的平面地籍图和相关的文档记录（如土地所有者、使用者、用途、面积、等级、税收等）,地块是地籍信息的基本载体； （2）地籍的核心是权属,是记载土地权属界址线、界址拐点位置、土地权属及其变更等基本依据的图簿册,是保护土地所有者和土地使用者合法权益的基础,法律性是地籍的根本特性；（3）现代地籍管理是以计算机为主导的工具而进行的集成管理,从图册逐步向运用计算机技术尤其是空间信息技术建立地籍管理信息系统的统一管理模式的方向发展；（4）地籍管理的内容是系统化的、有规律的,随着新技术、新方法的使用,地籍、地块、边界、土地利用分类等名词的定义也在不断发生变化,内涵不断深化,外延不断扩展,既受到地籍技术进步的推动,又对地籍技术产生重要影响；（5）地籍管理的发展具有跳跃性,也就是说地籍管理工作起步较晚的国家和地区,并非一定要走税收地籍----产权地籍----现代（多用途）地籍的发展道路,可以直接建立多用途地籍.

传统的地籍分类方法依据地籍的功能将其分为税收地籍、产权地籍及多用途地籍.

目前,国内大部分地籍管理信息系统主要采用二维平面方式进行地籍数据的表达和管理,无法直观、全面、真实地表达地籍状况,急需研究三维地籍管理模式,以建立三维地籍模型与空间数据库,尤其在权属数据方面,由于三维权属对象的不断增加和更新,探讨一种崭新的三维地籍登记的解决方案是迫切需要的.

3.三维地籍数据模型

在面向地籍的三维数据模型的逻辑结构中,任何一个界址点对应一个唯一的三维空间坐标（x,y,z）,一条线段由两个界址点构成,一个三角形由3条线段按逆时针方向组成；一个界址线由多条界址线段首尾相接顺序连接而成；一个界址面由一系列三角形连接而成,该界址面中所有三角形的法向量一致；一个三维宗地对象是由若干个界址面组成的具有权属性质的闭合实体.

结合三维地籍空间实体的特征,利用面向对象的三维地籍数据模型的基本概念,并对面向对象的三维地籍数据模型进行数学描述,从而更有利于三维地籍空间数据的数学表达.面向地籍的三维数据模型如图1所示.

4.三维地籍数据的管理与空间关系表达方法

三维地籍数据的来源最佳途径是宗地的三维测量和三维权属的重新调查,进而建立三维地籍数据库.然而,宗地的三维测量将付出比采集二维地籍数据更多的工作,代价也更高,并造成已有二维地籍数据的闲置.因此,如何充分利用已有的二维地籍数据,将其依据三维地籍数据模型转换为三维地籍数据,对于三维地籍的构建具有重要意义,能够加快三维地籍数据库的构建.本章根据二维地籍与三维地籍之间的相互关系及各自特点,研究了二维地籍与三维地籍的集成管理方法,继而探讨二维地籍数据向三维地籍数据转换的流程与方法.

三维地籍管理模式的实现应当以二维地籍数据为基础,把现有的二维地籍模型中的数据转换为三维地籍模型的数据,并对其发展和完善.从二维地籍模型数据转换到三维地籍模型数据,首先需要充分考虑二维地籍数据的格式及特点,再选择合适的三维地籍数据模型（本文使用CO3D模型）.二维地籍数据到三维地籍数据的转换框架如图2所示.

（1）确定模型转换的区域范围,也就是确定数据转换区域.（2）搜集该区域内的二维地籍数据.常规的二维地籍数据包括多种形式：地籍图；摄影测量数据；地面测量数据；数据地面模型；正射影像；土地登记数据等.（3）数据预处理.包括：①检查传统二维地籍数据的质量,修复数据中存在的错误；②由二维地籍图数据及高程数据确定各宗地的三维界址面及其对应的界址点三维坐标；③将数字地面模型资料统一处理成*.DEM数据格式；④将航空摄影测量影像数据定位影像坐标并转为*.BMP格式.（4）系统载入数字地面模型数据,构建2.5维地表.（5）对各宗地的界址面进行三角剖分,并根据界址点坐标和高程值生成CO3D三维模型.（6）利用叠加航空摄影测量数据,描述建筑物顶部形状和地面细节.（7）将构建的三维地籍模型与实际对比,分析与修改三维地籍模型,并进行显示. 模型转换的关键在于二维地籍模型的数据读取,再将二维地籍数据转换,并存储到CO3D数据结构中,最终建立CO3D数据模型,将对应的属性信息赋予转换后的三维宗地.

具体转换过程包括：

（l）首先在二维地籍模型中取一个二维宗地；（2）在CO3D三维宗地表中添加该二维宗地记录,将该宗地属性表中对应的信息存入CO3D模型的三维宗地权属表中；（3）根据组成该二维宗地的界址线列表,在CO3D模型的线段表中添加界址线记录,并将界址线属性表中对应的信息存入C03D模型的线段表属性中；（4）获取列表中各界址线的起始、终止点坐标,结合二维宗地高程坐标计算界址点高程值,并将其三维坐标和在原地籍模型的界址点属性表中对应的信息存入C03D模型的点表；（5）依据二维地籍模型中组成二维宗地的界址点排序顺序及（4）中计算出的三维坐标生成界址面列表,然后对列表中各界址面进行三角形剖分,并将结果分别存入CO3D模型的界址面表和三角形表中；（6）取下一个二维宗地,并重复操作（2）-（6）,直至处理完所有二维宗地,最后根据处理结果,生成CO3D数据模型.

空间关系是空间数据的重要特征之一,也是进行空间数据组织、空间查询、空间分析与推理的理论基础.在地籍管理中,宗地之间的空间关系经常用于地籍管理决策、地籍空间分析、地籍数据质量控制等应用领域.因此,在三维地籍管理模式中,研究三维地籍空间关系的表达、存储和计算,具有重要理论和现实意义,亦是对三维地籍模型的有益补充和完善.（如图3）

5.结语

三维地籍的建立无论是从经济、法律还是社会的角度来看,都具有极大的意义；它可以促进土地的集约化利用,保障土地空间利用者的权利,并为经济和社会的发展规划提供良好的依据.因此,对三维地籍的研究是十分必要的.本文从技术的角度入手,提出了面向三维地籍产权体的数据模型,并基于该模型建立了实用系统,实现了一系列诸如产权体查询、操作等功能.但由于三维地籍是一个比较新的领域,所以仍需要进行大量的深入研究工作.