李曉東
(1. 上海市地質調查研究院,上海 200072;2. 上海市國土資源調查研究院,上海 200072)
城市三維地籍調查程序設計與關鍵技術研究
李曉東1,2
(1. 上海市地質調查研究院,上海 200072;2. 上海市國土資源調查研究院,上海 200072)
為實現城市多元化立體空間的有效管理,建立三維地籍是今后城市地籍管理的主要發展方向。本文聚焦于國有建設用地的三維地籍調查,研究了三維宗地的幾何模型與空間界址,對開展三維地籍調查工作需要解決的難點問題進行了分析,并設計了一套完整的三維地籍調查程序;結合空間權屬調查、三維地籍測量、宗地界址解析、宗地圖件編制等工作環節,探討了三維地籍調查的關鍵技術方法與相應要求。通過實例,對三維地籍調查程序與技術方法的可行性與實用性作了驗證。
城市空間;三維地籍;地籍調查;聚類算法;宗地圖
目前,我國大中型城市的土地開發利用方式已進入轉軌期,正逐步由“二維”平面拓張為主的階段向“三維”空間增效為主的階段過渡。傳統地表土地利用方式已經發展為立體化、多元化的空間利用方式。隨著高架道路、空中連廊、軌道交通、地下綜合體等地上、地下建設工程的不斷出現,基于二維平面的管理方式已難以滿足地籍管理的需求。以城市三維空間為對象進行調查、登記,建立三維地籍,對于加強土地空間產權管理,實現城市土地資源的集約化利用具有重大意義。
因此,本文聚焦于城市國有建設用地,探索三維地籍調查的難點以及相應的解決思路。在傳統地籍調查流程的基礎上,研究、設計了空間權屬調查、三維地籍測量、宗地界址解析與表達等關鍵環節的技術方法與作業要求。
由于土地空間立體化的開發利用,出現了許多地表、地上、地下空間分層開發并分屬不同權利人的情形。僅考慮地表土地權屬狀況的地籍管理,已受到地上、地下土地使用權利人權利主張的挑戰[1]。《物權法》第130條規定:“建設用地使用權可以在土地的地表、地上或者地下分別設立”。現實需求與法律規定共同作用的直接效果為豎向不同層面空間利用的多元化,進而導致產權的多元化[2]。
傳統地籍調查的單元為二維宗地。在同一宗地平面范圍內部權屬統一的基礎上,忽略高度和深度限制。因此,為明確、界定產權單元的空間權屬,國內外許多學者提出了三維產權體的概念[2~5]。三維產權體具有固定的地理空間位置、形體,是由權屬邊界(界址點、界址線和界址面)封閉的、獨立于主體且權利獨立、權屬一致的一塊空間域[6]。
傳統地籍中宗地的表達采用平面多邊形。與之相比,三維產權體的表達則復雜得多。文獻[6]提出了平面多邊形、直棱柱、多面體、四面體格網四種幾何模型;郭仁忠等則結合我國城市地籍管理現狀,在兼容二維地籍的情況下,根據豎向起止高程約定方式的不同將三維產權體的形式歸納為三類:開放式宗地、半限制宗地、全限制宗地[2],并采用平面多邊形、直棱柱兩種基本模型予以表達;文獻[7]充分借鑒國內外三維地籍研究中提出的各類三維宗地模型,立足于上海地方性空間管理體制以及城市空間立體化利用中出現的各種建構筑物形態,充分考慮國家層面的產權制度、三維地籍成果應用的需求、計算機技術與測繪技術的發展現狀等其他重要因素,提出了適用于新增建設工程的直棱柱宗地模型,以及適用于存量建設工程的開放模式及封閉模式兩類宗地模型。
通過對前述的國內外研究成果進行對比分析,筆者認為文獻[7]采用的宗地模型具有較強的普適性和實用性。根據文獻[7]的思路,對起止高程明確的國有建設用地使用權三維宗地,依據直棱柱模型(圖1)進行三維地籍調查,明確相應的權利空間范圍;對起止高程不明確的國有建設用地,如道路、綠化、廣場和公園等,仍舊沿用傳統二維宗地模型。由于地表、地上、地下空間的利用方式、權利范圍的定義與解釋方式均存在較大差異,因此宗地由不同類型空間構成時,應分別設置界址,由多個直棱柱空間組合表達,并進行必要的接邊處理(圖2)。


圖1 上海市某地區三維宗地直棱柱模型Fig.1 Straight prism model of 3D pacels of certain area in Shanghai

圖2 某三維宗地組合直棱柱模型Fig.2 Combined straight prism model of one pacel
2.1 單建地上、地下工程土地權源資料缺失、不完整
從地籍管理的現實需求來看,建立三維地籍應聚焦于城市地區國有建設用地。可作為土地權源資料的文件包括:國有土地劃撥決定書或建設用地使用權出讓合同;已有的地籍調查成果;建設工程規劃許可文件、建設用地批準文件,或其他管理職能部門的批準文件、處理決定。截至目前為止,全國范圍內絕大多數存量地上、地下工程,尤其是存量單建地上、地下工程普遍缺乏前述土地權源資料。以上海市為例,所有單建地上工程,以及2006年以前建設的單建地下工程均未取得用地審批手續。
2.2 土地權源資料記載的高程信息不全
在建設項目施工圖設計文件通過審查前,僅依據建筑密度、容積率、建筑控制高度等規劃參數往往不能明確主體建構筑物及出入口等附屬設施的起止高程。因此,在土地權屬來源資料中,除了建設工程規劃許可文件可能記載了明確的高程信息,其他資料一般僅記載宗地的水平界址范圍。相應地,在地籍測量階段,應當通過解析測量的手段采集、補充宗地的起止高程信息。
2.3 地籍測量內容與要求有所拓展
一方面,傳統地籍測量的對象為地表宗地的水平界址以及地表地物、地貌等其他地籍要素的平面位置,與傳統地籍測量不同,三維地籍測量的對象不僅涵蓋地表、地上、地下空間,且需要一并獲取包含宗地空間界址在內的平面位置與高程信息。此外,對于地上、地下建設工程,其實際占用的空間往往同時包含地表空間及地上(地下)空間。相應地,需要分別開展地籍測量,并在內業階段進行必要的界址解析、接邊等后期數據處理。
另一方面,傳統平面宗地的界址點一般在實地設有界址標志或與地物點相對應,可以直接對界址點的平面坐標、間距進行測量,但三維宗地的部分界址點位于地上或地下,在實地可能無法找到對應的地物點,界標的埋設也十分困難甚至無法實現。該類界址點及相應的界址線、面只可能是虛擬的、數字的,無法直接對其空間位置進行測量。
2.4 地籍調查成果表達更為復雜
以三維宗地為基本單位開展的三維地籍調查,最終獲取的地籍調查成果必須完整、詳實地反映宗地的權屬及空間界址信息。因此,有必要對地籍數據庫的數據表結構及邏輯關系進行適當調整,同時對三維宗地的圖面表達方法進行研究,對宗地圖的內容與樣式重新進行設計。
與傳統地籍調查相似,以三維空間為對象開展的地籍調查應分為權屬調查和地籍測繪兩部分內容:
(1)空間權屬調查。主要包括:土地權屬來源資料搜集、空間權屬狀況調查、界址調查、地籍測繪工作底圖制作、地籍調查表填寫等。
(2)三維地籍測繪。主要包括:地籍控制測量(含地面控制測量、聯系測量、地下控制測量)、界址點與建(構)筑物要素測量、三維宗地解析、宗地圖件繪制、面積與容積量算等。
由于城市單建地上、地下工程規劃、用地批準文件不齊全,并且建設工程的土地權屬來源資料缺乏明確的高程信息,因此,在進行界址調查時,無法結合土地權屬來源資料直接核實、確認宗地空間界址,需要采用其他反映宗地空間界址信息并具備法律效力的文件作為界址調查的參考資料。本文提出:結合通過建設工程竣工驗收獲取的建(構)筑物竣工圖件(包含平、立、剖面圖),依據建(構)筑物建成后外墻的實際所及進行界址調查。
此外,建(構)筑物實際所及的物理空間與經抽象后的直棱柱狀宗地權利空間并非完全重合。因此,需要在界址調查階段“預設”宗地界址:結合建(構)筑物的竣工圖件調查核實其空間占用狀況,選擇可以作為界址解析依據的建(構)筑物要素點以及墻體、樓板厚度等相關尺寸數據備測,并為后續的地籍測量階段制作工作底圖。
由于三維宗地的部分界址點(主要為地上、地下空間的界址點)在實地并非直接可見,因此,可以在地籍調查階段完成宗地界址“預設”的基礎上,首先對作為界址解析依據的建(構)筑物要素點空間坐標與相關尺寸數據進行測量。然后,以此為基礎進行宗地界址解析,獲取宗地界址點的空間坐標與水平、垂直間距。經調整后的三維地籍調查程序如圖3所示。
4.1 界址調查方法
(1)界址“預設”
如前文所述,為解決三維地籍調查工作中無法設置宗地界址的問題,筆者提出:在權屬調查階段,以獲取建(構)筑物實際所及的空間范圍為目標,選擇建(構)筑物要素點坐標以及墻體、樓板厚度等數據備測。文中將這
一方法稱為界址預設。備測建(構)筑物要素點應滿足以下條件:

圖3 三維地籍調查程序Fig.3 Procedures of 3D cadastre survey
建(構)筑物要素點實際空間點位與宗地界址點一致;
建(構)筑物要素點實際平面位置或高程與宗地界址點一致;
建(構)筑物要素點實際平面位置及高程與宗地界址點均不一致,但可以結合墻體、樓板厚度等推算界址點平面位置或高程。例如:開展地下空間界址調查時,可結合實地測量獲取的外墻內角點平面坐標和竣工圖上記載的外墻厚度推算外墻外角點平面坐標。
(2)建(構)筑物調查
為完成宗地界址預設,需要進行建(構)筑物調查,獲取建(構)筑物的空間利用狀況。開展建(構)筑物調查之前,應搜集、整理竣工驗收資料,以工程平、立、剖面圖等竣工圖件(圖4)作為建(構)筑物調查的工作底圖。建(構)筑物調查宜與空間權屬狀況調查同步進行。通過現場調查,核實建(構)筑物空間利用情況是否與權屬來源資料、竣工驗收資料記載的情況一致。

圖4 建(構)筑物竣工圖件Fig.4 Built drawings of buildings and structures
建(構)筑物調查內容應包括:層數、分層用途;水平坐落、分層水平范圍等位置信息;起止高程、工程±0高程等高程信息;地下工程外墻、樓板厚度。一般地,結建地上(地下)工程可隨相應的地表工程一并調查。
此外,單建地上(地下)工程往往需要直接或間接利用地表土地(包括地表土地的相鄰空間)。例如:單建地上工程需要利用地表土地建造承臺、橋墩、立柱等建造支撐結構,單建地下工程需要利用地表土地建造出入口部、采光口、通風口、電梯井等地面附屬設施。
由于地表土地利用是空間利用的一種重要形式,且地表空間的相鄰關系較之地上、地下空間更加復雜,因此,對于單建地上工程,調查內容還應包括:地表支撐結構的用地范圍、起止高程,連接通道的平面位置、凈空高度、連通狀況等;對于單建地下工程,調查內容還應包括:出入口、采光口、通風口、電梯井等地面附屬設施的用地范圍,最大高程、凈空高度或限高,連通狀況等;對于具有樁基基礎的工程,調查內容還應包括:樁基基礎的平面范圍、樁基尺寸、樁基承臺下底面高程等。
建(構)筑物調查完成后,應制作地籍測量工作底圖。具體做法為:根據建(構)筑物實際空間利用狀況,修正或重繪竣工圖,并在圖上選擇、標注建(構)筑物要素點以及墻體、樓板厚度等備測。
4.2 三維地籍測量技術方法
三維地籍測量的內容分為平面、高程兩部分。目前,上海市國有建設用地使用權宗地界址一般采用解析法實測。當三維宗地僅包含地表、地上空間時,可參照《地籍調查規程》,將解析法外業測量分為地籍首級控制、圖根控制、碎部測量三個環節進行。平面、高程控制測量一般采用衛星定位測量(靜態GPS、單基站RTK、CORS)、全站儀導線測量的方法[8~11]。碎部測量一般采用單基站RTK、CORS定位或全站儀極坐標測量的方法[10,12]。
當三維宗地包含地下空間時,應增加聯系測量與地下控制測量的環節。聯系測量主要用于地面與地下,以及地下分層空間的平面坐標系統與高程系統的傳遞。平面定向適宜直接采用導線測量法;地面與地下通過豎井、斜井相連時,可采用聯系三角形法[13]、投點定向法[14]或陀螺經緯儀與鉛垂儀組合定向法[15]。高程傳遞適宜采用水準測量法、三角高程法;地面與地下通過豎井、斜井相連時,可采用懸掛鋼尺法、垂直測距法[16]。此外,受地下空間環境限制,一般無法接收衛星信號。因此,地下控制測量應采用導線測量的方法。
地下空間碎部測量中,要獲取高精度的外部輪廓節點的三維坐標,比較切實可行的辦法是提前介入,即在施工過程中進行測量[17]。然而,對于已建成的地下建(構)筑物,其外輪廓不具備直接可見性,無法作為常規測量手段的觀測目標。因此,一般采用全站儀三維空間極坐標法測量地下空間圍護結構的內輪廓角點坐標[18],并通過工程物探的方法獲取相應的墻體、樓板厚度等界址解析依據,通過外推法定點。探測墻體、樓板厚度的具體方法可采用測厚儀法以及高密度電法、地震影像法、地質雷達探測法[19,20]。
此外,針對建(構)筑物空間利用狀況復雜的情形,為獲取界址點、構筑物要素點的三維坐標,可采用三維激光掃描的方法。通過三維激光掃描采集建(構)筑物點云
數據,經過點云拼接、分割、去噪等預處理后,通過特征提取解算邊界點、線、面的空間位置[21,22]。
4.3 三維宗地界址解析方法
通過三維地籍測量獲取的實測數據主要包括:建(構)筑物要素點平面坐標、高程,墻體、樓板厚度,以及部分可以直接測量的界址點三維坐標(如地表界址點)。基于以上數據往往無法直接獲取宗地界址,因而需根據建(構)筑物空間利用的特點,按地表、地上、空間分別進行界址解析。
(1)界址點解析
界址點解析主要針對地上、地下空間,分平面坐標解析與高程解析兩部分。對于地表空間界址點,其平面坐標直接以解析法實測的數據為準,高程以實測的地表±0高程、建(構)筑物的最大高程為準。
地上、地下空間界址點解析的依據為:通過三維地籍測量獲取的建(構)筑物要素點的平面坐標與高程,以及相應的測量草圖。首先,采用外推法將要素點統一換算為外輪廓角點,然后按以下方法進行界址點解析:界址點的平面坐標取所有與其平面點位相符的要素點實測平面坐標的平均值;界址點的高程取所有與其高程面相符的要素點實測高程的平均值。
判斷平面點位、高程是否相符應根據以下兩個條件:測量草圖上記載的要素點位置;要素點中誤差、限差是否符合相應等級界址點的精度要求。建(構)筑物要素點平面坐標與高程誤差要求:等級一的中誤差為±5.0cm、限差為±10.0cm,等級二的中誤差為±7.5cm、限差為±15.0cm。
界址點解析既可以采用人工作業,也可以基于聚類算法,在實測散點的基礎上實現自動界址點解析。聚類算法分為partitioning、hierarchical、density-based、grid-based、model-based幾種類型[23,24]。本文提出將partitioning聚類算法中KHM算法[25,26]用于宗地界址解析。相對于K-means等傳統partitioning算法而言,KHM算法對迭代初值準確度的依賴性降低,屬于較穩健的算法。具體的實現步驟與迭代條件如下:
假定數據元組P={P1,P2,L,Pn}是一宗地的建(構)筑物要素點;其中數據對象Pi=[Xi,Yi,Zi]表示建(構)筑物要素點的坐標。下面采用KHM聚類算法,首先對界址點平面坐標進行解析。
設界址點水平投影點位個數為k,則建(構)筑物要素點元組P應劃分為k類,并以所有建(構)筑物要素點Pi到每個聚類中心的調和平均值之和EKHM作 為目標函數:

其中,Cl=[Cl1,Cl2,L,Clm]表示聚類中心,分別對應于m個解析水平界址點位。,為歐式水平距離測度,簡記為di,l。聚類中心的迭代更新方法如下:

一般情況下,可結合測量草圖選擇合適的建(構)筑物要素點平面坐標、高程作為聚類中心Cl的初始值。通過迭代,使EKHM不斷減小直至穩定。然后對于每一個類j,根據下式計算該類的質心(平面中心)作為界址點平面坐標:

其中:Pi'=[Xi,Yi],Pj'=[Xj,Yj]。
根據下式計算每一個類的建(構)筑物要素點與界址點平面坐標的較差vi及中誤差σ:

其中,mj表示第j類的要素點個數。當 時,剔除滿足下列條件之一的要素點Pi':1) ;2) 。根據式(3)、(4)重新計算,迭代至符合要求為止。若迭代發散,或剔除粗差點超過該類總數的1/2,應結合測量草圖檢查要素點平面坐標是否正確,必要時重新進行外業測量。
界址點高程可采用同樣方法進行解析。設宗地界址高程面個數為t,則建(構)筑物要素點元組P應劃分為t類,相應地,目標函數式(1)中的距離測度d(Pi,Cl)替換為|Zi—Zl|,對應的質心計算公式為:

獲取各類質心(高程)Zt后,采用類似界址點平面坐標解析的方法進行誤差檢核,并剔除可能存在的粗差點,將Zt的最終計算結果作為界址點高程。需要注意的是,界址點平面坐標、高程聚類計算應獨立進行。
設聚類計算完成后,界址點的平面坐標集合P'={P'1,L,P'j,LP'mj},界址點的高程集合Z={Z1,L,Zt,LZmt}。結合測量草圖與界址點高程,將P'與Z分割為地表、地上、地下空間的子集P'B、P'S、P'X,及ZB、ZS、ZX。必要時,應按不同類型空間進行聚類計算,直接獲取相應的子集。通過笛卡爾積運算,獲取地表、地上、地下空間界址點三維坐標集合PB、PS、PX:

其中:×表示笛卡爾積。
(2) 界址線(面)解析、接邊
在界址點解析工作完成后,分地表、地上、地下空間進行界址線、界址面解析。結合測量草圖,將高程相同的
相鄰界址點連接形成水平界址線,由水平界址線構成水平界址面;將平面坐標相同的界址點連接形成鉛垂界址線,與相鄰的水平界址線閉合構成鉛垂界址面。
當三維宗地內部不同類型空間(地表、地上、地下空間)組成時,應進行必要的接邊處理。為了描述空間對象的拓撲關系,可以采用以下拓撲謂詞:相離(disjoint)、相接(meet)、相交(intersects)、被覆蓋(covered by)、覆蓋(covers)、被包含(inside)、包含(contains)、相等(equal)[27]。由于三維宗地是權屬邊界封閉且內部連續的三維空間,因此在接邊處理之前,本宗地不同類型空間之間一般表現為相接或相交。
當地表空間與地上、地下空間相交時,應將重疊部分優先劃入地表空間,并依據不同類型空間的邊界解析重疊部分的界址(圖 5)。

圖5 宗地空間接邊示意圖Fig.5 Sketch of 3D parcel's space edge
4.4 三維宗地表達方法
(1) 三維宗地建模
根據空間對象的特點,三維建模的方法分為基于體元(voxel-based)的模型、基于表面(surface-based)的模型,前者包括結構實體幾何模型(CSG)、三維體元模型以及八叉樹模型(Octree)等,后者包括邊界表示模型(B-rep)、三角網模型(TIN)與四面體網模型(TEN)等[1,27,28]。
對于三維宗地而言,明晰的邊界是避免各類糾紛的關鍵之一。以上模型中,B-rep模型以邊界構造實體,可以同時描述幾何信息和拓撲信息,方便地進行空間分析。并且B-rep模型的PLC和PSLG之間具有兼容性,能夠實現二維、三維地籍數據集成建模。因此,本文采用B-rep模型設計了三維宗地的數據結構與表達方法(圖6)。

圖6 基于B-rep模型的三維宗地表達Fig.6 Expression of 3D parcel using B-rep model
(2) 三維宗地圖件制作
為正確、清楚地表達三維宗地的空間位置、形狀及其與相鄰宗地、臨近地物的關系,本文提出采用宗地平面投影圖、立體透視圖與剖視圖對三維宗地進行聯合表達。其中:
宗地平面投影圖主要用于反映本宗地平面位置、相鄰關系等信息,圖面要素與傳統宗地圖的基本相同。其比例尺和幅面根據宗地水平投影的范圍和形狀確定。
宗地立體透視圖主要用于反映本宗地空間形狀、容積等信息。其幅面根據宗地的大小和空間形狀確定。制作宗地立體透視圖時,宜采用兩點透視法,當宗地起止高程相差較大時宜采用三點透視法。為獲取良好的透視表達效果,可基于建筑師法選擇合適的視點和主視線方向[29]。
宗地剖視圖主要用于反映本宗地界址點(線)相鄰關系、內部不同類型空間高程變化范圍等信息。其比例尺和幅面根據宗地剖視投影的范圍和形狀確定。制作宗地剖視圖時,剖切面應分別與地表、地上、地下空間相交。對于空間形態復雜的三維宗地,可以參照工程制圖的方法,采用平行、相交或組合平面進行剖切,并選擇合適的剖切位置與剖視方向[30]。
為驗證、改進上述三維地籍調查程序與技術方法,對上海市中心城區某結建商辦大樓開展三維地籍調查。通過實地測量獲取地表高程、建構筑物最大高度,以及地上空間(空中連廊)、地下空間(地下停車場)實際所及的空間范圍;搜集勘測定界報告,并訪問房地產管理信息系統,獲取相應地表空間界址的水平范圍;搜集竣工驗收資料與相應附圖,獲取建構筑物墻體與樓板厚度、分層標高等空間位置信息,作為外業實測數據的補充、驗證材料。最后,通過宗地界址點解析、界址線(面)解析與界址接邊,獲取該三維宗地的界址范圍,以及面積、容積、起止高程等數據,并制作相應的宗地圖件(圖7)。

圖7 某宗地平面投影(a)立體透視(b)及立體剖視(c)Fig.7 The plane projection (a) and perspective (b) and cutaway view (c) of one pacel
為解決三維地籍調查工作中土地權屬來源資料缺失、不完整或缺乏高程界址信息,以及地上、地下空間界址點、界址標識無法直接設置等問題,本文提出在權屬調查
階段搜集竣工驗收資料,以竣工圖件為工作底圖開展建(構)筑物調查,現場調查核實建(構)筑物空間利用狀況;根據建(構)筑物實際所及的空間范圍預設宗地界址,選擇建構筑要素點平面坐標、高程,以及墻體、樓板厚度等備測;在三維地籍測量階段,對以上數據采用外業解析法實測,并以此為依據分別解析宗地界址點平面坐標、高程。為簡化作業,本文基于KHM聚類算法提出了界址點自動解析方法。
為實現三維地籍調查成果表達,本文論述了三維宗地建模的方法,并采用平面投影圖、透視圖、剖視圖聯合表達三維宗地空間界址,以及用地面積、水平投影面積、容積、高程、權屬等信息。
三維地籍調查與傳統二維地籍調查相比,需要面臨更加復雜的空間權屬狀況。三維空間虛擬界址的測量,為地籍測量的技術方法帶來了新的挑戰。探索三維地籍調查的關鍵技術及成果組織表達方法,對于建立城市三維地籍,實現城市三維空間的立體化管理具有重要的實際意義。
References)
[1] 廖遠琴,李曉東,朱榮綱. 從第二次土地調查看上海市地籍管理[J]. 上海地質,2009,30(3):17-19. Liao Y Q, Li X D, Zhu R G. Analysis of cadastre management from the second land survey in Shanghai[J]. Shanghai Geology, 2009,30(3):17-19.
[2] 郭仁忠,應申. 三維地籍形態分析與數據表達[J]. 中國土地科學, 2010,24(12):45-51. Guo R Z, Ying S. Three-dimension cadastre analysis and data delivery[J]. China Land Science, 2010,24(12):45-51.
[3] Stoter J E, Ploeger H D. Multiple use of space: current practice of registration and development of a 3D cadastre[C]. Proceedings of UDMS, Prague, Czech Republic, 2002.
[4] 艾東,朱彤. 土地立體利用與三維地籍[J]. 國土資源科技管理, 2007,24(5):126-131. Ai D, Zhu T. Three-dimension land use and 3D cadastre[J]. Scientific and Technologic Management of Land and Resources, 2007,24(5):126-131.
[5] 詹長根,齊志國,趙軍華. 三維地籍的建立分析[J]. 國土資源科技管理, 2006,23(2):79-81. Zhan C G, Qi Z G, Zhao J H. An analysis of 3D cadastre establishment[J]. Scientific and Technological Management of Land and Resources, 2006,23(2):79-81.
[6] 張玲玲,史云飛,郭仁忠,等. 三維地籍產權體的定義與表達[J]. 地球信息科學學報,2010,12(2):207-213. Zhang L L, Shi Y F, Guo R Z, et al. Definition and representation of property volume of three dimensional cadastre[J]. Journal of Geo-Information Science, 2010,12(2):207-213.
[7] 廖遠琴. 上海三維地籍宗地模型設計研究[J]. 上海國土資源, 2014,35(2):70-73. Liao Y Q. Study and design of a 3D cadastre parcel model for shanghai[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(2):70-73.
[8] 任志剛. CORS技術在城鎮地籍測量中應用實例[J]. 現代測繪, 2011,34(2):32-34. Ren Z G. Application example for cadastre survey in town by CORS technology[J]. Modern Surveying and Mapping, 2011,34(2):32-34.
[9] 胡志剛,花向紅,韓紅超,等. GPS-RTK技術在地籍測量中的應用研究[J]. 測繪信息與工程,2007,32(5):46-48. Hu Z G, Hua X H, Han H C, et al. Application of GPS-RTK in cadastre surveying[J]. Journal of Geomatics, 2007,32(5):46-48.
[10] 尤秋陽,詹長根,吳浩,等. GPS RTK技術在地籍測量中的應用[J].測繪信息與工程, 2003,28(5):31-32. You Q Y, Zhan C G, Wu H, et al. Application of GPS RTK technique to cadastre surveying[J]. Journal of Geomatics, 2003,28(5):31-32.
[11] 鐘昌海,盧天乙,李開富. 地籍測量中幾種控制測量方法應用探析[J]. 南方國土資源,2009,(12):43-45. Zhong C H, Lu T Y, Li K F. Analysis of application of several control survey methods in cadastre surveying[J]. Land and Resources of South China, 2009,(12):43-45.
[12] 賴赟康,黃志行. 日常地籍調查中測繪方法的探究及應用[J]. 科技資訊,2013,(11):41-42. Lai Y K, Huang Z X. Research and application of surveying and mapping method in daily cadastre survey[J]. Science & Technology Information, 2013,(11):41-42.
[13] 崔旭升,潘國榮,李法禮. 雙聯系三角形法在豎井聯系測量中的應用[J]. 大地測量與地球動力學,2010,30(2):156- 159. Cui X S, Pan G R, Li F L. Application of double connection triangles method in vertical-shaft connection survey[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2010,30(2):156-159.
[14] 高紹偉. 激光鉛垂儀向上投點在地鐵隧道工程中進行聯系測量的實踐[J]. 北京測繪,2008,(2):57-60. Gao S W. Practice of laser plummet apparatus upward point in subway tunnel project[J]. Beijing Surveying and Mapping, 2008,(2):57-60.
[15] 劉紹堂,蔣瑞波,蘇軒. 陀螺全站儀在礦井聯系測量中的應用[J].測繪科學,2011,36(2):94-96. Liu S T, Jiang R B, Su X. Application of total station gyroscope in shaft orientation[J]. Science of Surveying and Mapping, 2011,36(2):94-96.
[16] 何澤平,熊天君,劉承云. 測距儀在豎井高程聯系測量中的應用研究[J]. 測繪通報,2003,(7):57-58. He Z P, Xiong T J, Liu C Y. A study of application of the rangefinder to vertical-shaft attitude connected surveying[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2003,(7):57-58.
[17] 胡俊,鄭中仁,尤煬,等. 基于三維地籍的地下空間地籍調查方法探討[J]. 現代測繪,2012,35(4):57-58. Hu J, Zheng Z R, You Y, et al. Discussion cadastral survey of the underground space of the 3D cadastre[J]. Modern Surveying and Mapping, 2012,35(4):57-58.
[18] 顧衛鋒. 上海城市三維地籍建立的關鍵問題研究[J]. 上海國土資源,2014,35(3):58-64. Gu W F. Key problems of the Shanghai urban three-dimensional cadastre[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(3):58-64.
[19] 張舒杰,吳健生,趙永輝,等. 綜合物探方法在城市地下樁基地籍調查中的應用研究[J]. 上海國土資源, 2012,33(4):80-83,88. Zhang S J, Wu J S, Zhao Y H, et al. Methods for the integration of urban and rural land surveys[J]. Shanghai Land & Resources, 2012,33(4):80-83,88.
[20] 劉伍,曾來,司永峰,等. 地下障礙物探測井中地震散射波成像數值模擬[J]. 上海國土資源,2012,33(3):66-70. Liu W, Zeng L, Si Y F, et al. Numerical simulation of borehole seismic scattered wave imaging for the detection of underground obstacles[J]. Shanghai Land & Resources, 2012,33(3):66-70.
[21] 李必軍,方志祥,任娟. 從激光掃描數據中進行建筑物特征提取研究[J]. 武漢大學學報(信息科學版),2003,28(1):65-70.Li B J, Fang Z X, Ren J. Extraction of building's feature from laser scanning data[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2003,28(1):65-70.
[22] 謝雄耀,盧曉智,田海洋,等. 基于地面三維激光掃描技術的隧道全斷面變形測量方法[J]. 巖石力學與工程學報,2013,32(11): 2214-2224. Xie X Y, Lu X Z, Tian H Y, et al. Development of a modeling method for monitoring tunnel deformation based on terrestrial 3D laser scanning[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013,32(11):2214-2224.
[23] 孫吉貴,劉杰,趙連宇. 聚類算法研究[J]. 軟件學報,2008,19(1):48-61. Sun J G, Liu J, Zhao L Y. Clustering algorithms research[J]. Journal of Software, 2008,19(1):48-61.
[24] 楊小兵. 聚類分析中若干關鍵技術的研究[D]. 浙江大學博士學位論文, 2005. Yang X B. Research of key techniques in cluster analysis[D]. PhD thesis, Zhejiang University, 2005.
[25] Bin Zhang, Meichun Hsu, Umesh Dayal. K-Harmonic means-a spatial clustering algorithm with boosting[C]. Proceedings of the first international workshop on temporal, spatial, and spatiotemporal data mining-revised papers, London, UK: Springer-Verlag, 2000:31-45.
[26] Babu G, Murty M. A near-optimal initial seed value selection in K-means algorithm using a genetic algorithm[J]. Pattern Recognition letters, 1993,14(10):763-769.
[27] 張駿. 三維空間拓撲分析關鍵技術研究[D]. 南京航空航天大學博士學位論文, 2008. Zhang J. Research on key techniques of 3D spatial topological analysis[D]. PhD thesis, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2008.
[28] 周甬濤. 城市三維地籍的建立研究[J]. 上海國土資源,2013,34(2): 15-19. Zhou Y T. Study on construction of 3D cadastres to land management in urban areas[J]. Shanghai Land & Resources, 2013,34(2):15-19.
[29] 陳美華. 一種在AutoCAD中生成透視圖的實用方法[J]. 湖南大學學報(自然科學版),2001,28(5):86-90. Chen M H. Practical method of creating perspective drawing in AutoCAD[J]. Journal of Hunan University (Natural Sciences Edition), 2001,28(5):86-90.
[30] 李西琴,葉軍. 圖樣畫法中剖視圖和斷面圖的有關內容研究[J].工程圖學學報,2008,(1):142-145. Li X Q, Ye J. The research on sectional view and cutaway view of mechanical drawing[J]. Journal of Engineering Graphics, 2008,(1):142-145.
Pivotal technical methods for three-dimensional urban cadastral surveys
LI Xiao-Dong1,2
(1. Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China; 2. Shanghai Institute of Land Resources Survey, Shanghai 200072, China)
To effectively manage diverse urban spaces, three-dimensional (3D) cadastre has become the main tool used for urban cadastral management. This study focuses on the 3D cadastral survey of urban state-owned construction land. The geometric model and 3D parcel boundaries are defined, problems associated with conducting a 3D cadastral survey are identified, and a complete 3D cadastral survey program is designed. Additional technical aspects of the program, such as the space ownership survey, 3D cadastral measurement, parcel boundary solver, and parcel map production are further described. Finally, the program and related technical methods are applied to a 3D cadastral survey case study.
urban space; 3D cadastre; cadastral survey; clustering algorithm; parcel map
P272
A
2095-1329(2015)02-0060-06
2014-11-21
2015-01-19
李曉東(1970-),男,工程師,主要從事土地地籍與地質環境調查研究.
電子郵箱: lixiaodongs@163.com
聯系電話: 021-62410382
上海市科委科研項目“城市地下空間權籍調查與管理關鍵技術研究和應用示范”(10231203400)
10.3969/j.issn.2095-1329.2015.02.014