吳兆艷

( 深圳市地籍測(cè)繪大隊(duì)，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著中國(guó)城市化的發(fā)展，城市土地資源的緊缺性越來(lái)越嚴(yán)峻，立體化利用土地資源的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。

與此同時(shí)，傳統(tǒng)地籍管理模式和相應(yīng)的法律法規(guī)已不能滿足當(dāng)前人們對(duì)土地三維空間的占有和使用，特別是當(dāng)同一土地地表和與之相關(guān)的地上和地下的空間權(quán)利歸屬不同時(shí)，更難以界定。而物權(quán)法要求實(shí)行不動(dòng)產(chǎn)登記制度，這表明土地權(quán)利可分別設(shè)立在地上、地表、地下，使得空間利用者的合法權(quán)益得到有效保障，這不僅實(shí)現(xiàn)了地籍的多用途，還大大提高了土地集約利用程度［1］。因此，有關(guān)三維地籍管理和制度的研究由此應(yīng)運(yùn)而生。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了很多關(guān)于三維地籍研究，如荷蘭學(xué)者Jantien Stoter 等人從地籍與技術(shù)的角度討論了三維地籍管理可行的方案，郭仁忠等人從地籍技術(shù)角度解決了三維產(chǎn)權(quán)體拓?fù)潢P(guān)系及自動(dòng)構(gòu)建與動(dòng)態(tài)維護(hù)等核心技術(shù)難題，詹長(zhǎng)根等人則從產(chǎn)權(quán)的角度對(duì)三維地籍的建立進(jìn)行了研究［2-3］?？偠灾?，這些研究從不同的角度對(duì)三維地籍的建立、管理、應(yīng)用、制度、技術(shù)等層面提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。但在三維地籍的表達(dá)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用、模型建立，以及如何管理與存儲(chǔ)三維地籍的數(shù)據(jù)表達(dá)，如何使用海量的三維地籍?dāng)?shù)據(jù)等方面還有待于發(fā)展研究。

隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，三維地理信息系統(tǒng)(3DGIS)的出現(xiàn)和興起顯得尤為必要，它是以三維立體的模式形象表達(dá)了三維空間，以海量數(shù)據(jù)庫(kù)的方式為地籍?dāng)?shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間。因此，將3DGIS 引入地籍管理中，為實(shí)現(xiàn)三維地籍可視化管理提供了技術(shù)支撐。

1 3DGIS

目前，主流3DGIS 平臺(tái)主要有如Skyline、ArcGIS、IMAGIS、VRMAP 等。3DGIS 除具備二維GIS 所具有的基本空間數(shù)據(jù)操作功能外，還具有對(duì)立體化空間信息直觀形象的可視化表達(dá)，可進(jìn)行多維度上的空間分析等優(yōu)勢(shì)。如何利用現(xiàn)有的地理空間數(shù)據(jù)資源，更好地為公眾和相關(guān)專門管理部門提供服務(wù)，是當(dāng)前三維GIS 的重點(diǎn)內(nèi)容［3］。本研究在傳統(tǒng)二維GIS 的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入三維GIS 平臺(tái)及三維建模技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)地籍?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)的“地樓房”一體化管理體系，從而為地籍管理模式從傳統(tǒng)的二維平面地籍管理模式過(guò)渡到三維立體化管理信息中，使規(guī)劃、國(guó)土及房產(chǎn)業(yè)務(wù)的信息化管理跨上一個(gè)展新的臺(tái)階［4］。

2 數(shù)據(jù)獲取

為了能夠更完善地實(shí)現(xiàn)三維地籍信息系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的全面性，充實(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)真實(shí)、形象的三維可視化效果，主要收集以下3 類數(shù)據(jù)源:

1)基礎(chǔ)地籍?dāng)?shù)據(jù)。一是二維宗地信息，如宗地號(hào)、合同號(hào)、權(quán)屬性質(zhì)、用地單位、權(quán)利人、使用權(quán)、所有權(quán)、土地利用狀況等宗地基本信息;二是宗地的界址點(diǎn)、界址線等地籍?dāng)?shù)據(jù);三是建筑物屬性信息，如建筑物權(quán)屬、結(jié)構(gòu)、層數(shù)等屬性，幢號(hào)、建筑物類型、建筑結(jié)構(gòu)、樓層、建筑面積、占地面積、竣工日期等信息。

2)三維地物數(shù)據(jù)。一是應(yīng)用GPS 接收機(jī)或全站儀測(cè)量獲取地上、地下建筑物、構(gòu)筑物的基礎(chǔ)坐標(biāo)以及高度信息。二是運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)采集地物實(shí)景的紋理及材質(zhì)信息，對(duì)于建筑物的頂部信息，通常采用該區(qū)域的遙感影像等加以彌補(bǔ)。

3)三維地形數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)可由數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字高程模型(DEM)融合得到，DEM 可通過(guò)提取地形圖中等高線制作。

3 技術(shù)路線及數(shù)據(jù)處理

本研究采用Skyline 為三維GIS 平臺(tái)，以3DS MAX 和Sketch Up 為三維建模軟件。其中Skyline 系列軟件由Terra Builder(數(shù)據(jù)合成功能)、Terra Explorer(數(shù)據(jù)發(fā)布功能)、Terra Gate(數(shù)據(jù)展示功能)3 部分構(gòu)成，給用戶提供一站式服務(wù)?；诘丶?dāng)?shù)據(jù)、三維平臺(tái)及建模軟件實(shí)現(xiàn)三維地籍信息系統(tǒng)流程，如圖1所示。

圖1 三維地籍信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程Fig．1 The realization flow of 3D cadastral information system

目前，在地理信息中三維數(shù)據(jù)模型主要是面模型和體模型:基于面模型數(shù)據(jù)格式并在主流GIS 軟件中較為通用的grid 和tin 數(shù)據(jù)格式;基于體模型的數(shù)據(jù)格式主要有Google Sketch 的skp 格式、ArcScene 的wrl 格式、3DS MAX 的3ds 格式、Skyline 的flt 格式［5］。本研究以3DS MAX 和Sketch Up 軟件相結(jié)合的方式，運(yùn)用體模型方式建造三維模型，可大大提高工作效率。

3．1 三維地籍模型建立

主要有以下兩類:

1)地上建筑物。地上建筑模型是指房屋及其附屬設(shè)施模型，以及城市匯總大型標(biāo)志性的建筑或公共設(shè)施，其信息可由建筑物普查數(shù)據(jù)和地形圖等矢量數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)來(lái)生成。為保證其三維效果，采用了專業(yè)的三維建模工具軟件來(lái)完成這項(xiàng)工作。在三維建模軟件中，以房屋建模為例，房屋的矢量數(shù)據(jù)是房屋模型的基礎(chǔ)，通過(guò)專業(yè)建模軟件對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行Z 軸方向的拉伸，即房屋的高度信息，其高度值可依據(jù)屬性信息中的房屋層數(shù)來(lái)獲得。此外，Sketch Up 建模軟件可進(jìn)行批量房屋拉伸，批量生成建筑模型，這樣可提高工作效率，同時(shí)也便于數(shù)據(jù)管理和操作。建模完成后，將模型按其地理坐標(biāo)格式保存成Skyline 所能識(shí)別的Diretx(* ．x)格式文件(見圖2)。模型的紋理貼圖包括外墻面和屋頂，外墻的紋理則可通過(guò)實(shí)地采集，運(yùn)用圖形處理軟件進(jìn)行裁剪、校正等方法提取;屋頂紋理則可一般采用衛(wèi)星影像或航測(cè)獲得的柵格影像數(shù)據(jù)。此外，可根據(jù)實(shí)際需要選擇軟件自帶紋理(材質(zhì))庫(kù)。

2)地下空間設(shè)施模型。在二維地籍?dāng)?shù)據(jù)中沒(méi)有地下空間數(shù)據(jù)的展示，而在三維地籍中需要加入地下空間設(shè)施信息，主要包括地鐵、地下室、地下管線、地下停車場(chǎng)等地表以下的空間信息。地下空間設(shè)施建?？芍苯釉赟kyline 中通過(guò)拉伸、貼圖的方式實(shí)現(xiàn)三維建模。

3．2 三維場(chǎng)景的創(chuàng)建

圖2 建筑物模型Fig．2 Building model

三維地形數(shù)據(jù)集是構(gòu)建三維場(chǎng)景的基礎(chǔ)，通常使用數(shù)字高程模型及各種矢量地理數(shù)據(jù)建立，為提高場(chǎng)景的真實(shí)性，需要疊加航空或衛(wèi)星影像［6］。

Skyline 系列軟件中的Terra Builder 可以通過(guò)融合和裁剪方式把影像、高程和矢量數(shù)據(jù)融合起來(lái)，創(chuàng)建生成一個(gè)具有高精度同時(shí)帶有地理坐標(biāo)信息的地形數(shù)據(jù)文件即* ． MPT 格式文件。然后，在Terra Explorer Pro 中打開，即可作為三維底圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑物的加載以及其他簡(jiǎn)單地物的建模。對(duì)于自然景觀、地下建筑物等簡(jiǎn)單地物，可采用紋理貼圖的方式直接建立。

Skyline 平臺(tái)可較好地支持3DS MAX 中Diretx(* ．x)格式文件，因此，在3DS MAX 中安裝Panda DirectX Max Exporter 插件，可以直接將其導(dǎo)入Terra Explorer Pro 中，并通過(guò)Terra Explorer Pro 將三維地形數(shù)據(jù)、三維模型、二維信息等整合起來(lái)形成三維虛擬場(chǎng)景(見圖3)。同時(shí)，可根據(jù)需求，添加一些定位標(biāo)簽(Location)及創(chuàng)建路徑(Route)對(duì)三維虛擬場(chǎng)景進(jìn)行全方位的展示［7］。所有這些資源，統(tǒng)一保存為Skyline* ． fly 格式的工程文件。最后，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訪問(wèn)，將* ．fly 格式文件經(jīng)過(guò)打包壓縮完成(執(zhí)行Terra Explorer Pro 中的File-Build Terra Explorer Viewer Kit 菜單命令)。至此，便完成了數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過(guò)程。

圖3 三維地形場(chǎng)景Fig．3 The 3D terrain scence

3．3 數(shù)據(jù)發(fā)布

海量級(jí)的三維地形數(shù)據(jù)(* ．mpt 格式)是三維空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，為了能讓用戶更好地訪問(wèn)三維地籍信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維地籍信息可視化操作。本研究采用Skyline 下Terra Gate 模塊將三維地形數(shù)據(jù)以流數(shù)據(jù)形式進(jìn)行Internet 發(fā)布?？蛻舳嗽赥erra Explorer Pro 中通過(guò)其網(wǎng)絡(luò)地址(* ．Mpt @Terra Gate 服務(wù)器IP:端口號(hào))進(jìn)行調(diào)用，從而使用戶可以高速訪問(wèn)地形數(shù)據(jù)［8］。而* ．fly 格式的三維工程文件及其他一些動(dòng)畫、模型等，則通過(guò)Web 服務(wù)——IIS 渠道進(jìn)行發(fā)布，也可以采用由用戶手動(dòng)下載到客戶端再打開的方式進(jìn)行訪問(wèn)?？蛻舳嗽赥erra Explorer Pro 界面中加載其網(wǎng)址或打開已下載的本地文件進(jìn)行直接訪問(wèn)三維地形數(shù)據(jù)(見圖4)。

圖4 三維地籍信息系統(tǒng)截圖Fig．4 The screenshot of 3D cadastral information system

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

基于Skyline 的三維地籍信息系統(tǒng)，將地形、三維模型、地籍、房產(chǎn)、土地利用等數(shù)據(jù)疊加到三維平臺(tái)中，旨為規(guī)劃國(guó)土部門提供迅速便捷的地圖定位、三維立體式業(yè)務(wù)管理、直觀精確決策分析等功能，以及為地籍管理構(gòu)建基礎(chǔ)的輔助決策平臺(tái)。此外，Terra Explorer Pro 提供了二次開發(fā)COM 組件(Terra Developer 開發(fā)包，版本5．x)，可以快速完成相關(guān)三維GIS 功能的定制開發(fā)［9］，采用VS．NET2008 為基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，以嵌入式開發(fā)系統(tǒng)功能。結(jié)合目前房產(chǎn)、地籍和土地利用的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以下系統(tǒng)功能。

4．1 宗地空間管理可視化

在三維平臺(tái)下，將地表、地上、地下等建筑物和宗地信息加載進(jìn)來(lái)，能直觀、立體化地反映土地權(quán)屬、坐落、界址點(diǎn)、界址線、界址面以及與鄰宗地之間的權(quán)屬位置關(guān)系，同時(shí)采用“宗地體”的方式從多角度、多視野展現(xiàn)宗地空間使用權(quán)狀況。

4．2 查詢快捷化

通過(guò)定制點(diǎn)選查詢、定位查詢、條件查詢，實(shí)現(xiàn)了綜合統(tǒng)計(jì)便捷化查詢功能。能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地為用戶提供所需要的資料和信息，例如當(dāng)輸入土地使用者名稱時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到需要查詢的宗地，并用三維立體圖像的方式展現(xiàn)宗地土地利用。

4．3 輔助決策智能化

在三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，土地查封、土地抵押、土地收儲(chǔ)、棚戶區(qū)改造、城市更新等不允許發(fā)生權(quán)利轉(zhuǎn)讓的區(qū)域，系統(tǒng)將自動(dòng)鎖定，并發(fā)出提示信息，明確告知業(yè)務(wù)人員該宗地已查封，該業(yè)務(wù)不予受理，達(dá)到切實(shí)維護(hù)土地使用者的合法權(quán)益的目的。

4．4 二維與三維信息管理一體化

在三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，不僅可查閱傳統(tǒng)的二維平面圖，也可從多視野、多角度、實(shí)景化立體展現(xiàn)“宗地體”和三維立體模型，實(shí)現(xiàn)二、三維數(shù)據(jù)間的自動(dòng)切換，根據(jù)需要生成任意角度立體化的宗地圖。

4．5 系統(tǒng)應(yīng)用社會(huì)化

該系統(tǒng)在立足于國(guó)土管理的基礎(chǔ)上，不僅滿足國(guó)土方面拓?fù)浞治龉δ芎投⑷S宗地圖、地籍圖的輸出，而且又提供了三維場(chǎng)景漫游、3D 導(dǎo)航、飛行模式、光照分析、視域分析、最佳交通路徑分析、基礎(chǔ)地理信息查詢等公共服務(wù)功能，不僅能滿足專業(yè)工作管理需求，而且能為日常生活提供便捷的服務(wù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著3DGIS 技術(shù)的發(fā)展，以及相關(guān)地籍法律法規(guī)完善，三維地籍信息系統(tǒng)在土地立體化空間管理和“一張圖管地”中有著光明的應(yīng)用前景。其多角度、多視野、立體性、直觀性表達(dá)和反映宗地權(quán)屬和土地利用狀況，是二維系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。它的出現(xiàn)為國(guó)土資源部門提供了一個(gè)更直觀、多用途的智能化工作平臺(tái)。但三維地籍信息系統(tǒng)的應(yīng)用還處于發(fā)展期，其功能主要表現(xiàn)在三維可視化顯示方面，而在三維海量數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)管理、三維特色功能開發(fā)方面還有待于探索與創(chuàng)新［10-11］。

［1］ 郭仁忠，應(yīng)申．三維地籍形態(tài)分析與數(shù)據(jù)表達(dá)［J］．中國(guó)土地科學(xué)，2010(12):45 -51．

［2］ 劉敏，黃鐸．城市地下空間三維地籍的建立［J］． 測(cè)繪科學(xué)，2007，32(5):154 -156．

［3］ 唐楨，張新長(zhǎng)，曹凱濱．基于Skyline 的三維技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究［J］．測(cè)繪通報(bào)，2010，15(5):10 -12，41．

［4］ 鐘廣銳． Skyline 三維地籍房籍管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］． 測(cè)繪通報(bào)，2012(7):79 -81，84．

［5］ 譚云婷，陸朝鋒，廖順華．基于Skyline 的三維景觀GIS 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］．廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2008(12):117 -120．

［6］ 周海兵，白玉江，沈體雁．基于SKYLINE 的3 維空間信息庫(kù)構(gòu)建技術(shù)研究［J］．測(cè)繪與空間地理信息，2008，31(5):115 -118．

［7］ 袁存忠．基于Skyline 的福建省三維地理信息公共平臺(tái)的研建［J］．測(cè)繪通報(bào)，2009(2):54 -56，69．

［8］ 李佼，吳健平．基于Skyline 的三維空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布［J］． 測(cè)繪科學(xué)，2010，35(2):183 -185．

［9］ 李佼，吳健平，胡英杰．基于TerraExplorer Pro 的三維城市瀏覽系統(tǒng)開發(fā)［J］．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，19(6):240 -242．

［10］ 文小岳，王振興，周文斌，等．三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型及可視化研究進(jìn)展［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2010(12):1500 -1503．

［11］ 戴洪寶．基于Skyline 的數(shù)字城市三維可視化系統(tǒng)的研究［D］．西安:西安科技大學(xué)，2010．