自然資源統一確權礦產三維登記模式探索

侯 飛

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250101)

0 引 言

為貫徹落實黨中央、國務院關于生態文明建設決策部署，2019年7月11日，自然資源部、財政部、生態環境部、水利部、國家林業和草原局聯合印發了《自然資源統一確權登記暫行辦法》(以下簡稱“《暫行辦法》”)，要求國家實行自然資源統一確權登記制度，以不動產登記為基礎，對水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂、海域、無居民海島以及探明儲量的礦產資源等自然資源所有權和所有自然生態空間統一進行確權登記，劃清全民所有和集體所有之間的邊界，劃清全民所有、不同層級政府行使所有權的邊界，劃清不同集體所有者的邊界，劃清不同類型自然資源之間的邊界。《暫行辦法》中明確要求對水流自然資源以及海域、無居民海島自然資源以及探明儲量的礦產資源探索建立三維登記模式。

近年來，遙感、航空攝影技術被大量用于自然環境監測，同時也為不動產登記提供了基礎影像資料，其宏觀性、周期性等特點具有不可比擬的優勢，但其主要應用于生產二維現勢性數據，難以滿足自然資源統一確權三維登記模式的需求。采用傳統的測繪方法，存在測量工作量大、入場難等弊端[1]。傾斜攝影測量三維重建技術是當前攝影測量與計算機視覺領域的研究熱點之一[2]，它將現實世界轉變為傾斜實景三維大數據，人們可以借助該云平臺以“上帝視角”觀察目標。目前，國內外不僅大型傾斜航攝系統相繼出現[3]，輕小型無人機也逐漸發展成為一種新型的快速獲取對地光學影像的平臺[4]，提供了常規遙感、航攝方式不能給予的多元信息。借助于Skyline平臺，能夠將基礎地理信息數據、礦產資源登記統計數據、高精度傾斜實景三維模型、傳統不動產權籍、落宗關聯數據、生態紅線及國家審批數據等多源數據融合，將自然資源管理延伸至三維空間、歷史變化等多個維度。

1 方法對比

1.1 傳統礦產資源登記與管理模式

傳統礦產資源登記管理，采用多個數據庫管理模式，例如礦產資源儲量登記庫、儲量統計庫、儲量利用現狀調查數據庫、探礦權數據庫、采礦權數據庫等。礦產資源儲量登記數據管理系統是《礦產資源登記統計信息系統》主要系列軟件之一，采用MS Access 2000數據庫，主要用于登記書的錄入、編輯、瀏覽、打印，登記書數據的導出、導入和數據合并以及登記書數據檢查、管理查詢、重新配號與修改等。礦產儲量利用現狀調查數據系統則是對礦產資源儲量數據進行規范化、科學化的統一管理，應用計算機數據庫技術和網絡技術，開發用戶界面的實用軟件，輔以GIS(地理信息系統)技術反映礦區、礦業權、礦體、塊段的空間關系以及礦產資源開發利用的變化和建設壓覆情況，為礦產資源規劃、采礦權及探礦權設置提供基礎性數據。

1.2 傾斜實景三維礦產資源登記管理模式

現今多種高精尖裝備齊涌并現，如傾斜攝影系統、車載移動測量系統、機載Lidar系統，各有特點。例如車載移動測量系統能夠提供高效快捷的全景影像及高精度立面點云數據，機載Lidar系統可以提供大面域地面點云數據，為相關部門科學決策提供了多源大數據支撐。而傾斜攝影系統不僅能夠提供比傳統虛擬可視化三維模型更加客觀真實的傾斜實景三維數據，而且可以提供一個基于傾斜實景三維的多源數據融合管理平臺，為礦產資源登記管理開辟了新模式。

2 可行性分析

2.1 數據精度分析

為驗證傾斜實景三維的數據承載精度，本文利用無人機低空高精度傾斜攝影在礦山試驗區域進行了多次航攝試驗研究，傾斜影像分辨率和傾斜實景三維矢量化成圖精度對照見表1。

表1 低空傾斜影像分辨率與實景三維成圖精度對照表Table 1 Contrast table of resolution of low altitude tiltimage and oblique real 3D mapping accuracy

結果表明傾斜實景三維的精度程度完全可以滿足礦產資源調查管理需求，以工作底圖比例尺1∶10 000為例，圖解法獲取相鄰界址點的間距誤差不大于圖上0.3 mm，圖上允許誤差0.6 mm；實測法界址點相對于臨近控制點的點位中誤差和相鄰界址點的間距誤差不大于±10 cm，圖上允許誤差不大于±20 cm[5-7]。

2.2 系統適用性分析

傾斜影像分辨率為公分級，并非傳統數字正射影像(digital orthophoto map,DOM)所能比擬，甚至可直接利用傾斜實景三維的紋理辨識礦產資源類型，是地表礦產資源“鷹眼視角”的真實再現。傳統礦產資源登記管理模式主要是基于二維數據，無法反映礦產資源的立體細節樣貌，給礦產儲量現狀調查及邊界權屬確權的核實帶來不便。而且礦體分布較廣，采掘地點一般通行不便，調查人員很難找到合適的視角觀察礦體全貌，造成調查周期長，信息量少。礦山的破環性開采及不規范的管理環境給調查人員的人身安全也帶來很大隱患，特別是偷采亂掘現象普遍，調查人員實地取證比較困難。而基于傾斜實景三維技術的礦山三維登記管理模式，能有效降低野外權籍調查的勞動強度，保障人員安全，還可實現礦產儲量動態監測、空間分析等二維數據不具備的功能，因此不僅可以適用于礦產資源登記管理，而且還可推廣至自然資源監測，確保信息豐富，真正實現“多策合一”，有效監管。

3 礦產三維登記與管理一體化系統設計與實現

3.1 系統架構

礦產實景三維登記管理系統采用C/S架構，由數據服務器和調查登記管理系統兩部分組成，總體構架圖如圖1所示。礦山三維登記管理數據服務器使用Oracle 11G R1+Skyline平臺管理后臺數據，采用JavaScript語言進行二次開發。數據源主要包括基礎地理信息數據，包含數字航空影像數據(DOM)、數字地面高程模型(DEM)以及地名地址、元數據等；探明儲量的礦產資源調查成果，包括權屬、礦產資源儲量狀況等；多源大數據，主要包括傾斜實景三維、高精度激光Lidar、全景影像等；其他關聯信息，主要包括生態保護紅線等管制要求或政策性文件。

3.2 功能介紹

系統依托省級基礎地理信息數據，以傳統礦產資源儲量庫及統計庫內的礦產范圍、儲量評審備案文件確定的礦產資源儲量估算范圍以及國家出資探明礦產地清理結果認定的礦產地范圍在空間上的套合，以相對規整的范圍劃分礦產資源登記單元。 利用TerroSolid軟件實現登記單元內基礎地理信息DEM數據、激光Lidar點云數據的坐標轉換、數據置換和數據融合，基于Context Capture自動化建模技術并融合多源大數據制作登記單元內傾斜實景三維地表礦產資源模型。利用三維空間位置關聯傳統礦產資源專項調查成果、生態保護紅線及其他管制文件。

4 應用實例

4.1 精度檢測

本文在利用國產SWDC-5傾斜攝影設備，參考相關航飛方案[8-10]，獲取了濟南市歷下區、市中區、槐蔭區、天橋區、長清區、平陰縣地表礦產資源重點調查區傾斜影像，結合最新衛星影像以及地表礦產資源歷史遙感資料，建立了濟南市礦產資源三維登記管理調查系統，為驗證經傾斜實景三維數據的承載精度，參考劉增良等[11]的成果對模型進行了質量檢查，并利用萊卡免棱鏡全站儀實測了共計44個礦產資源區地物特征點與傾斜實景三維解析同名點進行了精度比對，見表2。

圖1 系統總體構架Fig.1 Overall framework of the system

表2 傾斜實景三維測圖精度統計表Table 2 Precision statistics of oblique real scene 3D

4.2 功能分析與討論

基于Skyline平臺及JavaScript語言開發了濟南市礦產資源登記管理調查系統，基于高精度傾斜實景三維礦產資源模型，實現了礦產資源開采動態監測、查詢檢索、登記管理、空間量測、立面及剖面分析、統計匯總及淹沒分析等功能，見圖2～4和表3。地表礦產資源一般植被覆蓋率小，有利于傾斜實景三維功能的展現與利用。 高精度傾斜實景三維模型，對礦產資源現狀的真實還原，解決了野外勘察入戶難、攀爬險的問題，有利于礦權邊界的直觀展示和確權劃分，為礦產資源確權登記提供了便利，更容易得到各方認同，不僅為“虛擬界樁”應用提供了數據環境支撐，同時還為礦產管理、儲量統計和生態保護由野外勘查轉為傾斜實景三維內業模式提供了研究基礎。

圖2 濟南市某地表礦產高精度傾斜實景三維模型Fig.2 High precision oblique real scene 3D model of a mountain in Ji’nan city

圖3 礦產資源方量分析Fig.3 Volume analysis of mineral resources

表3 礦產資源變化分析統計Table 3 Statistics of changes in mineral resources

5 結 語

現代高端設備的崛起，為多源大數據的獲取提供了強有力手段，為自然資源統一確權登記管理模式的革新創造了途徑。本文建立的礦產資源三維登記管理系統依托于近年來新興大數據，借助Skyline平臺，通過二次開發，實現了多源大數據數據融合[12-13]，建立了地表礦產資源調查、登記、管理等“多策合一”的一體化平臺，為不同層次的決策分析提供了科學支撐，革新了傳統地表礦產資源登記管理模式，開辟了傾斜攝影技術在礦產資源三維登記管理的先河，具有極大的實用及推廣價值。