任方園 王樂 陳良 劉斯琳

摘要：隨著社會快速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維地籍管理模式漸漸難以滿足現(xiàn)代城市的管理需求，三維地籍管理因具有三維可視化的特點，能夠很好地解決這一難題。同時，隨著“實景三維中國建設(shè)”工程的不斷推進(jìn)，逐漸積累的海量模型數(shù)據(jù)也為三維地籍管理系統(tǒng)的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。本文以三維地籍業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，以地形級、城市級、部件級三維數(shù)據(jù)融合模型為基層數(shù)據(jù)底座，利用Unity3D引擎加載Cesium for Unity插件搭建三維可視化前端平臺，基于MySQL數(shù)據(jù)庫搭建后臺數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，通過Visual Studio開發(fā)工具開發(fā)具體應(yīng)用程序。通過各種開發(fā)工具的綜合運用，以軟件開發(fā)的方式，開發(fā)出一種能夠滿足實際需求的城市三維地籍管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：實景三維中國建設(shè)；三維地籍；三維數(shù)據(jù)融合

引言

現(xiàn)代城市發(fā)展模式呈現(xiàn)出立體化和高密度化，產(chǎn)權(quán)管理更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維地籍管理模式很難滿足現(xiàn)代城市地籍管理要求，迫切需要一種新技術(shù)、新思路[1]。三維地籍管理體系依托三維模型數(shù)據(jù)和專用管理系統(tǒng)，直觀、真實地實現(xiàn)空間承載和信息利用，以滿足新型城市地籍管理需求。隨著“實景三維中國建設(shè)”在各地進(jìn)程不斷加快，逐漸積累的海量模型數(shù)據(jù)應(yīng)用問題受到社會各界的重視[2]。三維地籍管理是“實景三維中國建設(shè)”成果應(yīng)用的重要研究方向。2020年7月，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于做好自由貿(mào)易試驗區(qū)第六批改革試點經(jīng)驗復(fù)制推廣工作的通知》[3]，明確提出各地要建立以三維地籍為核心的土地立體化管理模式，將三維地籍管理理念和技術(shù)方法納入土地管理、開發(fā)建設(shè)和運營管理的全過程。

本文以“實景三維中國建設(shè)”的數(shù)據(jù)成果為數(shù)據(jù)依托，通過各類實景三維數(shù)據(jù)融合，結(jié)合三維地籍管理平臺軟件開發(fā)，構(gòu)建三維地籍管理體系，能夠有效滿足相關(guān)管理部門對立體地籍管理的迫切需求，具有巨大的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景。

因城市快速發(fā)展，對地籍管理產(chǎn)生迫切的智能化、立體化需求，在收集、利用相關(guān)地籍信息的基礎(chǔ)上，本文運用傾斜攝影測量等測繪新技術(shù)，融合地形級、城市級、部件級實景三維模型數(shù)據(jù)，將前端平臺研發(fā)與后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)研發(fā)有效銜接起來，研發(fā)出地上地下一體化、宗地房屋一體化、物理空間與產(chǎn)權(quán)空間一體化的城市實景三維可視化地籍管理系統(tǒng)。

1. 研究內(nèi)容

本文主要任務(wù)為基于實景三維融合數(shù)據(jù)，通過軟件開發(fā)的方式，開發(fā)出一款城市三維地籍管理系統(tǒng)軟件，主要研究內(nèi)容分為四個方面：

（1）地形級實景三維、城市級實景三維、部件級三維數(shù)據(jù)融合。

（2）利用Unity3D引擎并加載Cesium for Unity插件，研發(fā)三維可視化前端管理平臺，為用戶開展相應(yīng)業(yè)務(wù)提供有效的可視化交互系統(tǒng)[4]。

（3）基于MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)庫平臺開發(fā)，保障數(shù)據(jù)的輸入、存儲、分發(fā)等功能。

（4）通過C#語言和Visual Studio開發(fā)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫、三維幾何信息查詢、三維不動產(chǎn)管理、三維電子證件照管理、三維統(tǒng)計分析、土地全生命周期管理、三維瀏覽功能等應(yīng)用的開發(fā)。

本文主要研究內(nèi)容為以實景三維模型數(shù)據(jù)為主體，同時融合地形級、城市級、部件級三維數(shù)據(jù)，作為空間數(shù)據(jù)底座，開發(fā)一套城市實景三維可視化地籍管理系統(tǒng)，具體架構(gòu)如圖1所示。

1.1 實景三維數(shù)據(jù)生成及融合

本文計劃通過傾斜攝影測量技術(shù)生成的實景三維模型作為基礎(chǔ)測試數(shù)據(jù)。三維地籍管理系統(tǒng)所需三維數(shù)據(jù)要滿足真實、清晰、精準(zhǔn)的要求，只靠某一類型的數(shù)據(jù)難以滿足要求，必須進(jìn)行地形級、城市級、部件級三維數(shù)據(jù)融合。需要根據(jù)本文具體任務(wù)要求，研究相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)融合方法，將各級三維數(shù)據(jù)有機(jī)融合，取長補(bǔ)短，充分發(fā)揮各類數(shù)據(jù)優(yōu)勢。

1.2 前端可視化平臺開發(fā)

項目利用Unity3D開發(fā)引擎并以Cesium for Unity插件為核心開發(fā)工具，搭建前端城市三維地籍可視化平臺。在視覺表達(dá)方面，基于體素、LOD等技術(shù)，采用抽屜式交互、變形等綜合可視化變量方法，有效表達(dá)三維不動產(chǎn)可見表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)可視化效果。在實際應(yīng)用方面，設(shè)計合理的UI功能界面，統(tǒng)籌謀劃各個功能模塊布局，有效降低用戶學(xué)習(xí)成本，提高用戶體驗。

1.3 后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)

本文屬于大規(guī)模軟件開發(fā)的范疇，數(shù)據(jù)處理量大，需要一種高效的后臺數(shù)據(jù)管理技術(shù)才能保障系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。此外，需要設(shè)計合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并設(shè)計相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，保障整個系統(tǒng)流暢運行。同時，做好系統(tǒng)安全保障工作，針對不同用戶群體，設(shè)置合理用戶權(quán)限，規(guī)范數(shù)據(jù)使用及分發(fā)規(guī)則，本文預(yù)期成果用戶包含多個社會群體，必須根據(jù)不同用戶的不同需求設(shè)置合理的用戶權(quán)限[5]。本文預(yù)期用戶主要分為三類：系統(tǒng)管理員、各級管理部門、社會公眾。系統(tǒng)管理員首先具備各級管理部門和社會公眾的所有權(quán)限，同時具有數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建權(quán)限等；各級管理部門主要是指自然資源局、不動產(chǎn)登記中心等擁有具體職能的部門，這些部門擁有場景管理權(quán)限、數(shù)據(jù)查詢、修改管理等權(quán)限；社會公共角色擁有場景漫游及特定定位權(quán)限，還擁有自身信息查詢權(quán)限，但不具有修改、刪除、增加各類數(shù)據(jù)等操作權(quán)限。

1.4 業(yè)務(wù)功能程序設(shè)計

業(yè)務(wù)功能程序是用于滿足各類用戶需求的具體應(yīng)用程序，直接關(guān)系日常三維地籍管理工作的質(zhì)量，具體內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)入庫、三維幾何信息查詢、三維不動產(chǎn)管理、三維電子證件照管理、三維統(tǒng)計分析、土地全生命周期管理、三維瀏覽功能等。

2. 技術(shù)路線

2.1 研究思路與技術(shù)路線

本文以三維地籍業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，將整個研究內(nèi)容分四個方面：

（1）以城市實景三維模型為主體，探索地形級、城市級、部件級三維數(shù)據(jù)融合技術(shù)，為三維地籍的實際應(yīng)用提供有效的數(shù)據(jù)支撐；

（2）利用Unity3D引擎并加載Cesium for Unity插件，研發(fā)三維可視化前端管理平臺，為用戶開展相應(yīng)業(yè)務(wù)提供有效的可視化交互系統(tǒng)；

（3）基于MySQL數(shù)據(jù)庫和Visual Studio軟件，開發(fā)后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用程序；

（4）在前端平臺與后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用C#編程語言開發(fā)滿足相應(yīng)業(yè)務(wù)需求的各項應(yīng)用程序?？傮w技術(shù)路線圖如圖2所示。

2.2 研究方案

2.2.1 實景三維數(shù)據(jù)生成及融合

本文中的“實景三維數(shù)據(jù)融合”，是指以地形實景三維模型、城市實景三維模型與通過相應(yīng)的制圖軟件制作的部件三維模型進(jìn)行有機(jī)疊加融合，共同組成本文的有效數(shù)據(jù)基底。

地形級實景三維模型與城市級實景三維模型通過傾斜攝影技術(shù)生成，部件級三維模型通過3Ds Max軟件制作。

地形級實景三維模型與城市級實景三維模型生成均基于傾斜攝影技術(shù)，但是地形級實景三維模型分辨率要求優(yōu)于2米，城市級三維模型分辨率要求優(yōu)于5厘米。

部件級三維模型通過3Ds Max軟件制作。

三維模型數(shù)據(jù)制作完畢后，需要將地形級、城市級、部件級三維數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，以達(dá)到立體地籍管理的數(shù)據(jù)要求。

2.2.2 前端可視化平臺開發(fā)

項目通過Cesium開源框架開發(fā)的Cesium for Unity插件，利用Unity3D平臺搭建前端城市三維地籍可視化平臺。在Unity3D加載完畢Cesium for Unity插件后，利用插件工具加載相應(yīng)的模型，同時利用CesiumGeoreference中的Dynamic Camera等組件設(shè)置合理視角，借助UI組件設(shè)計合理的UI布局，通過Unity3D的Scene控件構(gòu)建各種需求下的應(yīng)用場景，如系統(tǒng)開始界面場景、各個業(yè)務(wù)功能命令下對應(yīng)的特定場景。借助Unity3D的Visual Effect組件針對特定元素實現(xiàn)相應(yīng)的粒子渲染效果，突出視覺效果。

2.2.3 后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)

本文研發(fā)的三維地籍管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，不同用戶群體需求多樣化，需開發(fā)多種應(yīng)用和管理功能。根據(jù)任務(wù)需求，需構(gòu)建多個數(shù)據(jù)庫，需要快速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以提高整體工作效率。該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的安全性、可靠性要求較高，同時，根據(jù)需求要搭建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺。這些都需要高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

三維地籍管理系統(tǒng)平臺的后臺數(shù)據(jù)庫建立和操作必須保障數(shù)據(jù)庫的安全。地籍信息中權(quán)利人身份信息屬于個人隱私，地理信息涉及國家安全問題。因此，后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在保障整個系統(tǒng)穩(wěn)定和高效的同時，必須做好安全保障工作。

本文以MySQL數(shù)據(jù)庫作為平臺的后臺數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)三維地籍信息數(shù)據(jù)的輸入、存儲、分發(fā)、查詢、插入、刪除、修改以及數(shù)據(jù)安全保障等功能。MySQL為開源項研發(fā)，支持多種編程語言，可以根據(jù)項目實際需求開發(fā)相應(yīng)功能；支持多線程技術(shù)，具有多種數(shù)據(jù)庫存儲引擎，可以實現(xiàn)對多個數(shù)據(jù)庫請求同時處理，并且響應(yīng)速度快；數(shù)據(jù)庫存儲容量大，表空間的最大容量為64TB，支持大型數(shù)據(jù)庫，可以處理大型數(shù)據(jù)庫；具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，具備自動錯誤檢測和恢復(fù)功能，能夠保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性；具備較高的安全性，支持密碼加密功能，能夠有效保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，因此能夠滿足項目要求。

2.2.4 業(yè)務(wù)功能程序設(shè)計

根據(jù)方案設(shè)計，本文預(yù)期業(yè)務(wù)功能為數(shù)據(jù)入庫、三維幾何信息查詢、三維不動產(chǎn)管理、三維電子證件照管理、三維統(tǒng)計分析、土地全生命周期管理、三維瀏覽功能等模塊開發(fā)。城市三維地籍管理的功能模塊具體設(shè)計方案包括七個功能模塊。

（1）數(shù)據(jù)入庫功能模塊。將城市實景三維模型及相應(yīng)融合數(shù)據(jù)、地籍信息數(shù)據(jù)等按照既定規(guī)則導(dǎo)入后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，作為基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。

（2）三維幾何信息查詢功能模塊。主要是完成城市地籍界址坐標(biāo)、邊長、宗地和房產(chǎn)面積等幾何量算及結(jié)果輸出等。

（3）三維不動產(chǎn)管理功能模塊。主要涉及城市地籍實體部件構(gòu)建、空間數(shù)據(jù)和屬性錄入、資料輸出以及業(yè)務(wù)辦理等功能。

（4）三維電子證件照管理功能模塊。根據(jù)查詢的結(jié)果，實現(xiàn)某一宗地或者某一幢建筑物及其權(quán)屬信息獨顯功能。

（5）三維統(tǒng)計分析功能模塊。可以在所確定緩沖范圍內(nèi)，根據(jù)目標(biāo)需求，統(tǒng)計匯總各用地類型面積、建筑容積率、建筑密度等信息。

（6）土地全生命周期管理功能模塊。通過構(gòu)建土地單元唯一識別碼，模塊通過該標(biāo)識碼的土地歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采用分屏或時間軸的方式進(jìn)行顯示，追溯識別三維地籍變更歷史軌跡，以實現(xiàn)三維地籍全生命周期管理。

（7）三維瀏覽功能模塊?；谠摴δ茉谄脚_上實現(xiàn)人機(jī)交互操作，為用戶提供查看三維模型的手段，使用戶可以從不同視角查看模型，可以對三維模型進(jìn)行前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)、平移、放縮、恢復(fù)原位置以及路徑規(guī)劃等操作，實現(xiàn)任意方向的場景漫游。

結(jié)語

近年來，隨著三維建模技術(shù)的快速發(fā)展，實景三維模型逐漸取代傳統(tǒng)的二維圖形，各項三維數(shù)字城市建設(shè)需求應(yīng)運而生，引導(dǎo)測繪地理產(chǎn)業(yè)向三維數(shù)字城市方向不斷發(fā)展。三維地籍管理作為數(shù)字城市的重要內(nèi)容，一直都是地理信息行業(yè)的研究重點。本文所開發(fā)的城市三維地籍管理應(yīng)用系統(tǒng)能夠有效滿足相關(guān)管理部門對立體地籍管理的迫切需求，具有良好的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景。但是，三維地籍管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量大，如何將系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，使其能夠更加高效、穩(wěn)定地運行，將是下一步的工作重點。

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作者簡介：任方園，本科，工程師，研究方向：地理信息技術(shù)研究及軟件開發(fā)。