建立三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)研究

[摘要]本文研究的目的：探索和尋求建立三維地籍的方法，分析建立三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)。本文研究的方法：本文研究的方法主要是通過(guò)文獻(xiàn)法和實(shí)際操作過(guò)程中解決問(wèn)題的方法（實(shí)踐法）。研究的結(jié)果：研究的結(jié)果有以下兩個(gè)：1.三維地籍是地籍發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，目前乃至今后一段時(shí)間內(nèi)，三維地籍的解決方案主要有建模法和注釋法；2.建立三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)主要包括三維地籍建模與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（既三維地籍?dāng)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)、表示與應(yīng)用）。

[關(guān)鍵詞]三維地籍；建模；數(shù)據(jù)庫(kù)

1、引言

我國(guó)城鎮(zhèn)已基本建立了以宗地為基礎(chǔ)的地籍，這是一種二維地籍，即人們將現(xiàn)實(shí)生活中的三維地籍要素和其他空間實(shí)體投影到二維平面上，轉(zhuǎn)化為二維目標(biāo)，將與第三維有關(guān)的信息（如建筑物高度、層數(shù)等）作為屬性處理，這在許多場(chǎng)合下給地籍空間信息的表達(dá)與管理帶來(lái)一定困難。

土地在三維空間的利用狀況，僅僅在土地登記的過(guò)程中進(jìn)行了簡(jiǎn)單的記載，不能全面地反映土地利用在空間上的分布狀況，使得二維地籍在保障土地使用者權(quán)益和為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等方面存在著一定的缺陷。

三維地籍是社會(huì)發(fā)展、地籍學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，三維地籍的建立能有效的為國(guó)土部門、為社會(huì)更好的服務(wù)。所以，三維地籍的研究和建立具有現(xiàn)實(shí)意義。雖然在現(xiàn)有的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和法律條件下實(shí)現(xiàn)三維地籍，還存在著一定的困難，但是三維地籍的研究和建立對(duì)推動(dòng)地籍的發(fā)展具有積極的作用。因本論文主要是探討建立三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)，所以建立三維地籍存在的經(jīng)濟(jì)和法律問(wèn)題在此將不討論。

2、三維地籍簡(jiǎn)介

2.1三維地籍的定義

三維地籍是在地籍的概念中引入三維產(chǎn)權(quán)（空間產(chǎn)權(quán)）的含義。三維產(chǎn)權(quán)是指將一定的三維空間劃分為沒(méi)有交叉、空隙和重疊的三維權(quán)利實(shí)體。三維權(quán)利實(shí)體的特征：基礎(chǔ)是一個(gè)封閉三維的空間，在空間上具有連續(xù)性；劃分的依據(jù)是不同權(quán)利，同時(shí)綜合考慮土地的利用類別、質(zhì)量和時(shí)態(tài)等其他要素；是三維地籍中最小的單元，相當(dāng)于現(xiàn)在地籍中的宗地。

三維地籍與二維地籍的不同在于：三維地籍建立的基礎(chǔ)是三維空間上的權(quán)利實(shí)體，它的三維邊界是明確的，在空間上是連續(xù)的，而二維地籍建立的基礎(chǔ)是二維平面上的宗地，在平面上具有明確的邊界，三維上沒(méi)有明確的邊界：三維地籍登記的權(quán)利是一個(gè)封閉的實(shí)體，二維地籍中登記的權(quán)利包括從地表到地心和地表以上的所有空間；三維地籍記載了封閉的權(quán)利實(shí)體所有的三維空間信息和屬性信息，而二維地籍記載的主要是宗地二維平面的空間信息和屬性信息，對(duì)三維信息的記載有限；三維地籍可以準(zhǔn)確的反映出土地利用的空間分布情況，二維地籍茌土地利用的空間分布上存在著不足。

2.2三維地籍的現(xiàn)狀及解決方案

2.2.1三維地籍現(xiàn)狀

現(xiàn)有的三維地籍的例子有：樓頂建筑、地上和地下的基礎(chǔ)設(shè)施、日益增多的電纜和管道和公寓住宅。這些三維自然對(duì)象通常與被明確定義的法律對(duì)象并不一致。因此，他們不能夠被定義為地籍圖中的地籍對(duì)象，也不能夠作為登記的基礎(chǔ)?？紤]到三維對(duì)象的不斷增加，業(yè)內(nèi)人士與科學(xué)家正在尋求問(wèn)題的解決方案。這些研究將涉及三維法律對(duì)象與三維自然對(duì)象的定義，以及它們?cè)诘丶械牡怯浄椒ê托杞⒌哪Ｐ汀?/p>

2.2.2三維地籍的解決方案

目前，國(guó)際地籍學(xué)術(shù)界都在積極探索解決三維地籍的方法，并取得了一定的進(jìn)展，尤其以荷蘭地籍最為顯著。但目前還沒(méi)有很好解決三維地籍的方法。本人在查閱和分析三維地籍方面的資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)出以下兩種進(jìn)行三維登記的可能解決方案。

2.2.2.1建模法

建模法就是重新建立三維模型。這意味著引入三維財(cái)產(chǎn)權(quán)的概念。建立相應(yīng)的地籍三維模型，它們互不相交、重疊和沒(méi)有空隙。在三維模型上進(jìn)行日常的地籍登記。三維地籍建模不同于虛擬視覺(jué)和景觀建模，三維建模不但注重視覺(jué)和感觀上的逼真，而且注重內(nèi)部結(jié)構(gòu)的逼真，因?yàn)槿S地籍的建模主要的目的是進(jìn)行三維產(chǎn)權(quán)的登記。所以，三維建模更加注重實(shí)效，比一般的三維建模難度更大。

2.2.2.2注釋法

注釋法就是在二維的基礎(chǔ)上對(duì)三維進(jìn)行注釋。這意昧著保留二維地籍，同時(shí)加上外部注釋表明三維狀況。復(fù)雜的三維利用情況用特別的方法進(jìn)行登記。注釋可以通過(guò)多種不同的方式完成。最簡(jiǎn)單的方法是在登記中（管理登記簿與地籍索引圖）貼上三維標(biāo)簽，因此使用者可以在登記簿中找到詳細(xì)的信息。更加高明的選擇是在登記中增加三維描述。這種描述可以是模擬形式的，也可以是數(shù)字形式的（如計(jì)算機(jī)輔助制圖）。在后一種情況下，信息應(yīng)當(dāng)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)里。三維自然物體的投影輪廓也應(yīng)登記在地籍圖中。

以上兩種方法各有優(yōu)劣：建模法是真三維地籍，但它對(duì)技術(shù)的要求比較高，需要大量的人力、物力和財(cái)力支持；注釋法是假三維地籍，只能起到說(shuō)明三維的效果，既表達(dá)三維的意思，沒(méi)有真三維的立體效果，但它相對(duì)于建模法比較簡(jiǎn)單，不需要太大的投入。在中短期內(nèi)，有效表達(dá)三維自然對(duì)象的技術(shù)也將實(shí)現(xiàn)。然而，創(chuàng)建與保持三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不會(huì)很快變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。注釋法在技術(shù)應(yīng)用上是最有前途的，而且這種方法已經(jīng)得以實(shí)施。但從三維地籍的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，建模法更具潛力。

3、三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)

三維地籍涉及到的技術(shù)主要是三維數(shù)據(jù)的采集和三維數(shù)據(jù)的建模、存儲(chǔ)、表達(dá)和應(yīng)用。三維數(shù)據(jù)的采集在現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)下已不存在很大的技術(shù)問(wèn)題。利用目前先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，可以很容易的獲得地物的空間位置。

所以，要有效的解決三維地籍問(wèn)題，三維地籍?dāng)?shù)據(jù)建模和三維地籍?dāng)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)、表達(dá)和應(yīng)用是兩個(gè)比較關(guān)鍵的技術(shù)。下面將分別從這兩方面敘述。

3.1三維地籍建模技術(shù)

現(xiàn)在的三維建模技術(shù)已基本成熟，特別是基于圖像的建模技術(shù)，使得三維建模更加簡(jiǎn)單和逼真，是三維建模的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。目前，基于三維建模的軟件和產(chǎn)品也很多，著名的軟件有3DMax和AutoDesk公司；產(chǎn)品有杭州的edoushi等。

但三維地籍建模與普通的三維建模并不相同。從功能上來(lái)講，地籍三維功能更加強(qiáng)大，不僅要表示外觀上的三維，還必須滿足內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維；而且對(duì)技術(shù)的要求更高了，因?yàn)槿S地籍必須滿足三維地籍登記的功能，所以要給用戶一種在現(xiàn)實(shí)中的感覺(jué)：讓用戶瀏覽每一單位時(shí)，能立即瀏覽到該單位的基本地籍信息（如面積、位置和權(quán)屬信息等）。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在三維數(shù)據(jù)模型方面已取得一定的進(jìn)展，所提出的三維數(shù)據(jù)模型大致可分為三類：一是基于表面表示的數(shù)據(jù)模型，如格網(wǎng)結(jié)構(gòu)（GRID）、不規(guī)則三角形格網(wǎng)（TIN）、邊界表示（BR）和參數(shù)函數(shù)；二是基于體表示的數(shù)據(jù)模型，如三維柵格（Array）、八叉樹(shù)（Octree）、實(shí)體結(jié)構(gòu)幾何法（CSG）、四面體格網(wǎng)（TEN）等；三是前兩類模型的集成（或混合）模型，如TlN與CSG的集成、TIN與Octree集成等。

建立三維地籍模式的技術(shù)難點(diǎn)就在于如何給三維中的每個(gè)單位附上地籍屬性。本人認(rèn)為要解決這個(gè)問(wèn)題有以下兩種方法：

（1）照片法

照片法就是在建好的三維地籍模型上，給每個(gè)單元附上相應(yīng)的地籍屬性。可以以一種圖片的形式，在圖片上寫上該單元的地籍屬性，然后以紋理的形式附在該模型上。

該方法比較簡(jiǎn)單，但工作量比較大，而且不易更新和維護(hù)。

（2）坐標(biāo)法

坐標(biāo)法就是建立真實(shí)的三維地籍坐標(biāo)，給每個(gè)單元附上該單元屬處的坐標(biāo)范圍，以來(lái)標(biāo)識(shí)該單元的真實(shí)空間位置。可以將坐標(biāo)值和地籍屬性數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

該方法技術(shù)含量高，但一旦模型和系統(tǒng)建好以后，更新和維護(hù)非常方便。

3.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中沒(méi)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的管理或線形網(wǎng)絡(luò)，難于更新數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的幾何信息。雖然一直努力將OGC規(guī)范擴(kuò)展為三維，但它至今還是二維的。在主流數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)類型的實(shí)現(xiàn)基本上也還是二維的。

茌Oracle spatial 9i系統(tǒng)中支持的空間特征是點(diǎn)、線、面（包括弧段、方形和混合幾何集）。雖然Z值法用于代表三維特征（三維點(diǎn)、三維線和三維面），但是并不支持三維模型。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得不到體現(xiàn)（為真正的二維），三維的空間實(shí)體也不能夠進(jìn)行表達(dá)與處理。實(shí)驗(yàn)表明，在三維集合類型中定義的z值法不能夠用于空間查詢。缺乏三維拓?fù)潢P(guān)系的后果是找不到相鄰關(guān)系。

當(dāng)物體保持拓?fù)涮卣鲿r(shí)，其圖形特征可以通過(guò)拓?fù)涮卣鳙@取。這就是說(shuō)，圖形特征可以通過(guò)存儲(chǔ)的拓?fù)潢P(guān)系派生出來(lái)。這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)提出了許多概念。雖然這在主流數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中沒(méi)有被采用，但這方面的工作仍在繼續(xù)。

目前的數(shù)據(jù)庫(kù)都不能實(shí)現(xiàn)三維拓?fù)潢P(guān)系，所以單純的依靠數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維地籍的方法是行不通的。在目前的情況下只能采用三維建模和數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的辦法。但三維地籍建模的數(shù)據(jù)量非常龐大，在數(shù)據(jù)庫(kù)中如何有效的、快速的存取三維地籍?dāng)?shù)據(jù)是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。

本人結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)存取圖形文件，認(rèn)為應(yīng)首先考慮數(shù)據(jù)量的大小。三維地籍?dāng)?shù)據(jù)量非常之大，按照數(shù)據(jù)庫(kù)的存取數(shù)據(jù)的機(jī)制，超過(guò)10M的數(shù)據(jù)盡量避免以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)，應(yīng)以文件的形式存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)只存儲(chǔ)文件的索引原則，本人認(rèn)為三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)只存儲(chǔ)三維地籍圖形文件的索引為最佳。

結(jié)論：

本文所討論的是一種純?nèi)S地籍的實(shí)現(xiàn)情況。在目前，由于技術(shù)等各方面的限制，大部分三維地籍都是在二維的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。本文在分析三維地籍現(xiàn)狀，以及研究實(shí)現(xiàn)三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1?？刹僮?/p>

從技術(shù)角度看，三維地籍有相當(dāng)成熟的技術(shù)支撐，如三維建模、數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件等技術(shù)。所以說(shuō)實(shí)現(xiàn)純?nèi)S地籍可操作性強(qiáng)。

2.實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)現(xiàn)三維地籍的關(guān)鍵技術(shù)是三維地籍建模和數(shù)據(jù)庫(kù)。三維地籍建模不同于普通的三維建模，它需要很強(qiáng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或現(xiàn)實(shí)的坐標(biāo)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)目前還不能實(shí)現(xiàn)三維拓?fù)潢P(guān)系，只能通過(guò)存取圖形文件來(lái)實(shí)現(xiàn)三維地籍，所以數(shù)據(jù)庫(kù)能否實(shí)現(xiàn)三維拓?fù)潢P(guān)系和快速存取圖形數(shù)據(jù)直接影響著三維的地籍的發(fā)展。

3.發(fā)展趨勢(shì)

雖然目前大多數(shù)都是在二維上實(shí)現(xiàn)三維地籍，但純?nèi)S地籍具有其他三維地籍無(wú)可比擬的現(xiàn)勢(shì)性、感觀性和方便性。所以，三維地籍的發(fā)展方向最終將朝著純?nèi)S地籍的方向發(fā)展。

隨著法律、制度的不斷完善和技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)建模技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，有理由相信，實(shí)現(xiàn)純?nèi)S地籍只是水到渠成的事情。