三維地籍建立的問題研究

摘 要：隨著經濟、技術和社會的快速發展，基于二維平面的、以地表權利為核心的傳統二維地籍已經不能滿足我國地籍管理的需要，建立三維地籍成為了解決這一問題的必然選擇。本文介紹了三維地籍的概念和特點，提出了建立三維地籍在技術、法律和經濟方面存在的問題，總結了相對的解決方法。

關鍵詞：三維地籍 土地利用 空間數據

中圖分類號：F301.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0189-03

地籍從最初建立到現在，已有幾千年歷史，隨著全球化、信息化的廣泛推進，政府、規劃者和土地產權主體等各種不同的使用者對地籍工作提出了更高的要求。目前，大多數國家的地籍仍是基于二維空間建立的。隨著地面以下和地面以上的空間建筑物、構筑物的增多，需要一種能記載土地空間利用的地籍來對土地空間進行登記，用以記錄土地空間的三維信息和其他的屬性信息，但是現有的二維地籍缺乏這方面的能力，因此，二維地籍走向三維地籍已成為地籍發展的一個重要方向。

1 三維地籍簡介

1.1 三維地籍的概念

傳統地籍是基于二維平面的、以地表權利為核心的地籍，它以二維宗地作為基本管理單元來管理和登記土地相關的權利、約束和責任，其存在的理論基礎是同一宗土地在垂直方向上的權籍一致性：即地下、地表和地上屬于一個權利人[1]。

現代地籍是由國家監管的、以土地權屬為核心、以地塊為基礎的土地及其附著物的權屬、位置、數量、質量和利用現狀等土地基本信息的集合，用數據、表冊和圖等形式表示。三維地籍是將土地空間的概念引入到地籍中，將具有獨立產權的土地利用空間單元作為地籍的最小單元予以登記，對其所具有的屬性信息和空間信息進行記載和管理。三維地籍建立的基礎是土地利用空間單元，核心是土地空間利用單元的權屬，其記載和表述的內容具有法律意義，三維地籍在內容上不僅記錄了土地利用空間單元的狀況，還記載了其他附著物的狀況，完整的反映了土地利用空間單元的屬性信息和空間信息，是土地空間利用單元基本信息的集合，是一個完整的信息系統。

1.2 三維地籍的特點

三維地籍是適應社會經濟等各方面發展的產物，是歷史的必然選擇。三維地籍的特點主要區別于二維地籍所體現出的不同，表現在對象空間信息表達、對權屬關系的反映情況、對地籍信息的質量要求、對土地利用狀況的反映情況和地籍用途幾個方面。

2 三維地籍建立的問題研究

2.1 三維地籍的技術問題

從技術層面上看，三維地籍的建立主要包括三維數據的采集、存儲、表達和應用，即在GIS技術的支持下，借助GPS技術、遙感、攝影測量，以及測繪技術采集三維數據，采用數據庫技術和共享技術實現三維數據的存儲與管理，利用虛擬現實技術對三維數據進行交互和分析應用。

2.1.1 三維地籍的數據采集

三維地籍的數據采集主要包括三類數據：一是高程信息；二是三維表層信息；三是非空間屬性信息。其中，高程信息采集可利用現有測量技術，在二維的x和y坐標中加入z坐標的值?，F有水平坐標和高程坐標已融為一體，例如WGS84，以GPS為基礎的測量提供了高程坐標，激光水準儀可以很有效率的提供一大片區域的高程數據，全站儀也是高程信息收集的重要手段[2]。

對于三維表層信息的采集，數字攝影測量、遙感、軟件科學以及影像顯示與識別技術為此提供了技術支持。3S技術集成形成高精度、多信息量的對地觀測系統，為大范圍區域內數據獲取和更新，提供了方便快捷的方法。當然，現階段也存在一些問題，首先在遙感影像（尤其是高分辨率影像）與三維地形數據獲取方面，由于獲取價格較高導致大規模應用仍有一定難度。但隨著我國以中巴資源衛星為代表的遙感衛星技術的發展，以及國土資源部、科技部在應用中巴資源衛星方面的全面合作，此項瓶頸獲得解決指日可待[3]。其次地下空間在權屬、行政界線的確定方面與地面不同，主要是因為地下空間存在測定圍護墻體厚度和樁基深度等問題；此外相對狹窄的地下空間的測量環境也不同于地面，比如不能夠接收到GPS衛星信號使得測量技術的應用方面受到極大限制[4]。因此，為了能夠利用三維坐標準確確定地下空間地理位置以及地下空間宗地的權屬界線等信息，需要改進傳統地籍測量技術方法。

三維地籍的非空間屬性信息主要包括項目名稱或坐落、產權人、地下空間使用權的取得方式、用途、使用期限、相對應的地號、地下建筑面積、建筑結構、地下層數、部位、建筑類型、竣工日期、地下空間出入口的權屬問題等，一般可以通過地籍權屬調查和房產權利人信息調查等方法來獲取。

2.1.2 三維地籍的數據管理

三維地籍數據庫是三維GIS的核心，直接關系到數據的輸入、存儲、處理、分析和輸出等GIS的各個環節，它的好壞直接影響著整個GIS的性能。三維地籍數據庫應該以一體化的方式處理二維與三維地籍空間實體，實現二維與三維地籍數據的綜合存儲，為綜合性的查詢與數據管理提供基礎；達到二維地籍與三維地籍數據的動態關聯，既可以根據地表二維地籍查詢該地塊之下的地下空間權屬情況，也可以通過地下三維實體通過三維實體的投影搜索地表相關的地塊。現階段以Oracle數據庫為代表的商業數據庫是三維地籍常采用的數據管理軟件，雖然Oracle的空間管理系統可以存儲三維信息中的點，線和面等所有的空間信息的種類，但是幾何學的功能（面，重疊……）仍然被限制在二維中。

針對三維地籍數據動態、海量的特性，可在Oracle數據庫中對三維地籍數據實行分區、分塊和分層的聯合索引存儲，由此提高數據檢索效率。分區就是按管理區域分成城鎮和農村兩部分；分塊是按三維地籍管理權限分為土地調查、土地登記、土地統計和地籍檔案管理；分層就是根據三維宗地的數據組織方式進行分類的，將三維宗地地籍數據分成幾個小表進行存儲，可分為三維宗地表空間、基本體素表空間、四邊形表空間、三角形表空間、界址線表空間和界址點表空間。將三維地籍數據分區、分塊和分層聯合存儲，并通過索引連接，可以比較靈活地對三維地籍數據進行劃分和存儲，能在很大程度上提高三維地籍數據查詢和修改的效率，有利于數據分類管理。如果某個表空間出現故障，其他表空間的數據仍然可用，維護也方便。如果某個表空間出現故障需要修復數據，只要修復該表空間即可，對指定對象的查詢也僅需搜索對應的表空間，從而改善了查詢的性能，增強可用性[5]。目前，還需要加強如何在時間尺度上對三維地籍數據進行動態管理的研究，提高數據管理的時效性和科學性。

2.1.3 三維地籍的數據表達

三維地籍數據表達主要是依靠GIS和虛擬現實等技術實現的。傳統的GIS軟件（空間分析功能強大）和CAD軟件（數據編輯功能強大）已經普遍用于空間數據表達，但不具有很好三維處理的功能，國內外一些GIS軟件已經具有二維半的三維模型表面和三維景觀模型的能力，但還是無法進行切制剖面、三維查詢、三維分析等真三維操作，目前的GIS主要局限于二維或二維半空間數據的表達和處理，難以真實再現人們所生存的現實的三維客觀世界，不能滿足人們對三維地物的查詢分析要求[6]。隨著計算機技術、圖像圖形處理技術等相關技術的發展，GIS軟件從二維發展到三維才能實現地理信息的真三維表達。

虛擬現實是三維地籍信息系統建設中必不可少的技術，是對傳統GIS可視化與交互操作、可視化分析、仿真與模擬技術體系的創新，使用戶從多角度、多層次、實時地感受和理解。虛擬現實技術實現主要包括三維建模、可視化與空間分析等。三維建模要從地面建模、建筑物建模和地物表面建模展開，即利用DEM或TIN數據進行地面建模，再根據地面建筑物的高度或層數確定地上（地下）建筑的Z坐標值進行建筑物建模，然后以地物表面圖像實現三維實體的形象化表達，同時為了適應宗地中地上或地下建筑物的管理需要，還必須提供戶型信息及層高信息，以便于區分建筑物中不同土地權利人及用途情況。三維可視化主要功能是根據用戶需要，方便進行三維地籍圖的顯示和交互，輸出各種專題圖、統計圖等。空間分析主要提供一些數據庫和地籍單元的分析功能，典型的有空間統計分析、面積體積計算、空間疊置及緩沖區分析等[7～8]。結合最新網絡發展技術，針對三維地籍信息系統的復雜性，研究網絡的虛擬現實技（WEB 3D）是提高其運行效率的重要途徑，例如，虛擬地理信息系統可作為三維地籍系統建設的參考，采用GIS技術存儲、管理空間數據，結合Java 3D和VRML軟件開發虛擬現實系統，并應用相關接口標準、互操作等技術實現GI S和虛擬現實系統集成，此外還可以借助于諸如Agent、人工智能等方法進一步提高系統穩定性和分析運行能力[8]。

2.2 三維地籍的法律問題

隨著土地立體空間利用，地籍的權利空間、相鄰關系等也都隨之發生了重大變化，更多的權屬問題已經無形中延伸到了三維空間權利實體當中，相互間關系的界定和處理也變得更為復雜，需要將研究的目光更多的投入地上、地下綜合體的權屬問題上，從法律角度對三維地籍中呈現的復雜權屬問題進行界定，有效保障土地所有者和使用者在土地三維空間中的合法權益。建立三維地籍最必要的條件是要對三維地籍的空間權利在法律上進行定義和說明?，F行的法律上也沒有對土地的使用權的空間界限和范圍做出明確的規定，在目前的土地調查和土地登記中也沒有對土地使用權的空間進行明確的限制，空間權利的定義和權利的性質沒有明確的規定，在空間上存在著重疊的不同土地使用者的產權也沒有明確的界定[9]。

傳統地籍是基于二維平面的、以地表權利為核心的地籍，它以二維宗地作為基本管理單元來管理和登記土地相關的權利、約束和責任，其存在的理論基礎是同一宗土地在垂直方向上的權籍一致性：即地下、地表和地上屬于一個權利人[1]。顯然傳統地籍不能解決土地立體化開發利用中的地籍管理問題，迫切需要引入三維地籍概念。3D地籍是在地籍概念中引入三維產權（空間產權）的概念，它不僅可以登記和洞悉二維宗地的權況，而且可以注冊、明晰和界定三維產權單元（3D Property Unit）的空間權屬[10-11]。這里三維產權單元是指隸屬于自然人或者法人的封閉的三維權利實體（如1套房產），是三維地籍中最小的單元，相當于傳統地籍中的宗地。當前，大多數的三維地籍研究是以整棟建筑物為研究對象進行建模和可視化，實際上一棟建筑物的內部可能還包含多個分屬不同權利人的權屬空間。因此真正意義上的三維地籍系統，應該以獨立的產權基本單元（如1套住宅）為研究對象，研究它們的存在形式、劃分方式、建模方法、可視化等方面，以管理現實世界中的權屬狀況，從而區分不同的產權單元，減少法律糾紛。

2.3 三維地籍的經濟問題

地籍最初是一種國家工具，地籍測量、登記等工作都是由國家機關來進行的，地籍信息的獲取和地籍管理是需要很大成本的，現在地籍存在著很大的社會經濟效益，但是并沒有形成一種產業，目前地籍信息獲取和地籍管理的資金的主要來源還是國家。三維地籍建立的成本一般包括兩個部分：三維地籍信息的獲取成本和三維地籍建立以后的管理成本[4]。

（1）三維地籍信息的獲取成本。信息的獲取成本是指為獲取土地及其附著物的權屬、位置、數量、質量和利用狀況等土地基本信息所消耗的人、物、財和時間成本。

（2）三維地籍的管理成本。管理成本主要指：地籍信息管理的成本主要包括建立地籍信息管理制度的成本、地籍檔案管理成本和地籍信息系統的建立、應用和維護的成本。

三維地籍建立的基礎是三維地塊，但是界址點的設置是一個比較復雜的問題，例如如何確定界址點的位置，對不能明顯加以標識的界址點的幾何坐標的測量和定位，并且界址點的數量相對二維宗地來說大量增多，界址點數據采集工作量和難度也大為提高，此外增加了三維地塊的高程信息、土地的空間信息、土地利用復雜性以及相關權屬的確定，工作量有了很大的增加。因此建立完整三維地籍需要進行大量的土地調查和測繪工作。

大量的三維信息需要有效的管理系統和存儲系統來保證信息的完整性和準確性，必將增大三維地籍的管理成本和系統維護的成本。現在土地利用呈現出變化快，頻率高，土地利用復雜的特點，三維地籍的日常變更也需要大量的人力和物力來維護和支持。三維地籍系統對于的質量和精度的要求更高，需要一種新的地籍信息來實現三維地籍的多用途功能，支持海量的三維空間數據和屬性數據，實現三維地塊之間拓撲關系和可視化。

總之，三維地籍的信息獲取成本和管理成本較二維地籍都有所提高，政府部門在增加三維地籍建設資金的同時，還要積極促進三維地籍的市場化，通過網絡三維地籍信息平臺來提高三維地籍的收益。

4 結語

本文在參考國內外三維地籍研究現狀的基礎上，結合我國的土地利用和管理現狀，介紹了三維地籍的概念和特點，并對其建立時遇到的問題進行了研究?？傊S地籍作為地籍發展的一個重要方向，它的建立對土地利用和土地管理都具有很很重要的作用，能推動土地市場的進一步繁榮與發展，發揮地籍在社會經濟發展規劃中的作用。

參考文獻

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