適應地籍空間管理的三維地籍數據模型研究

李文博

（西安市勘察測繪院，陜西西安，710054）

適應地籍空間管理的三維地籍數據模型研究

李文博

（西安市勘察測繪院，陜西西安，710054）

當前土地資源在空間上的權屬關系變得更加復雜，傳統的二維宗地地籍管理方式已經無法滿足現代社會的需求。本文調研了土地資源的空間管理可行性，分析了立體化的、基于三維空間的地籍數據模型，提出了適應土地管理方、公眾以及使用方對城市空間資源使用直觀化的方法。本方法可滿足空間權屬明確化的需求。

宗地；三維地籍；空間權屬

引言

目前，我國對地籍數據的管理主要以二維地籍數據為基礎。如圖1所示，粗虛線為地籍數據的界址線，內部的細虛線為地籍數據內部建筑物的垂直投影，其空間權屬的信息是通過外接數據庫的形式進行存儲的。這樣的表達方式已經不能滿足現代社會對土地資源空間利用的要求，而且由于表達方式不夠直觀和明確，容易產生矛盾。為此，本文針對該問題開展了研究。

1 三維地籍數據模型構建

針對地籍數據的空間權屬管理需求，提出了適應地籍空間管理的三維地籍數據模型。該模型的基本含義是：通過對現實世界的抽象概括形成了三類基本對象：界址點、構成三角形的線段、構成界址面的三角形，并將以上三者作為三維地籍的基本形。通過界址點構成線段，并由線段形成三角形，進而由三角形形成界址面，界址面連接構成封閉的三維宗地［1］。空間三維宗地利用基本形來實現三維宗地的構建，并將空間拓撲作為約束條件，以此完成復雜模型的構建［2］。

圖1　二維地籍數據

2 三維地籍數據模型邏輯結構和數據組織

數據模型的基礎是邏輯結構和數據組織［3］。據此，本文針對適應地籍空間管理的三維地籍數據模型，給出了其詳細的邏輯結構和數據組織方式。

2.1邏輯結構

在適應地籍空間管理的三維地籍數據模型的邏輯結構中，界址點是三維空間中的坐標，按照一定的順序，兩個界址點構成一條線段。通過三條空間線段按照逆時針的順序構成三角形。通過相互連接的，并且法向量一致的若干空間三角形構成界址面［4］。通過權屬一致的若干空間界址面進而組成了封閉的三維空間實體。三維空間實體與空間權屬信息結合即構成了三維宗地。獨立用地單元是三維宗地的組成部分，其空間權屬由它所隸屬的三維宗地來確定。圖2給出該三維地籍數據模型的邏輯結構。

圖2　三維地籍數據模型的邏輯結構

2.2數據組織

由于該三維地籍數據模型是基于面向對象的思想進行設計的，因此本文以三維地籍空間實體作為目標對象，通過三維宗地和宗地屬性信息構成了三維地籍，它們之間由宗地ID進行關聯。在三維界址面中，記錄了該界址面的左宗地ID、右宗地ID和構成該界址面的三角形ID。三角形中記錄了構成該三角形的線段ID，線段中記錄了構成該線段的界址點ID。獨立用地單元是三維宗地的組成部分，它繼承了其隸屬三維宗地的空間信息和屬性信息，以此實現三維宗地內部細化的土地利用的權屬管理。

適應地籍空間管理的三維地籍數據在計算機中進行存儲時是由多張數據表構成的。它們是構成三維宗地的界址點表、線段表、三角形表、界址面表、三維宗地表和權屬表［5］。權屬表又由宗地屬性表、房屋表、房屋權利人表等構成，可以以此實現對宗地內部獨立用地單元的權屬確定。其中，在構成三維宗地的界址面表中添加左宗地ID和右宗地ID這兩個字段，用來表示任何一個界址面只能是一個宗地的構成面或者兩個宗地的分界面，以此實現三維宗地一定的空間關系的計算。如圖3所示，為該三維地籍數據模型的數據組織。

圖3　三維地籍數據模型的數據組織

3 適應地籍空間管理的三維地籍數據模型

3.1模型實現

以適應地籍空間管理的三維地籍數據模型為基礎，就可以實現三維地籍的空間管理。圖4給出了在空間上相互鄰接的三塊宗地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，對其進行簡化，認為其均為標準立方體，則各三維宗地的界址面表如圖4左下角所示。

圖4　三維地籍實體的簡化及其界址面表

由于對三維地籍實體進行了簡化，每個界址面即由兩個三角形構成。因此，通過界址面表存儲其左右的宗地號，便可以完成宗地鄰近關系的顯示存儲，上述三塊相鄰宗地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的存儲如圖5所示。

圖5　三維地籍數據的存儲

通過構建上述三維地籍實體信息表，即可實現三維地籍信息的快速查詢。在查詢時，先讀取三維宗地表，在表中檢索出待查宗地的ID，接著以該宗地的ID從宗地屬性表中檢索出該宗地的權屬信息。

3.2模型應用

本文所設計的三維地籍數據模型可以實現三維宗地空間關系的計算。其原理為：由于界址面不存在相交的情況，因此在界址面表中存儲該界址面左右宗地的ID號，即完成了宗地鄰近關系的顯示存儲。例如，如圖6所示，三維宗地Ⅰ和Ⅱ相接于界址面hing，雖然界址面dbng（面hing是dbng的一部分）是三維宗地Ⅰ的邊界面，但是為了表達兩宗地之間的拓撲鄰近關系，需要將面dbng劃分為界址面dbih和界址面hing兩個部分。

通過上述分析，復雜的拓撲包含關系的存儲方法也可以映射為宗地之間的鄰接關系［6］，也就是說，在文中所設計的三維地籍數據模型中，包含關系是復雜的拓撲鄰接關系，也是拓撲鄰接關系的特例，從而不需要額外存儲宗地之間的拓撲包含關系。

圖6　三維宗地拓撲鄰接示意圖

基于以上研究結果，對三維宗地的三種空間關系分別進行以下空間關系計算，并將計算過程轉換為如下的SQL語句：

（1）查詢與三維宗地Ⅰ鄰接的宗地

SELECT 左宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 右宗地ID=Ⅰ AND 左宗地ID IS NOT NULL

UNION

SELECT 右宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 左宗地ID=Ⅰ AND 右宗地ID IS NOT NULL

（2）判斷三維宗地Ⅱ是否為島宗地（即是否被其他宗地包圍）

SELECT 左宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 右宗地ID=Ⅱ

INTERSECT

SELECT 右宗地ID AS 宗地ID FROM 界址面表WHERE 左宗地ID=Ⅱ

從以上示例可以看出，在三維地籍數據模型中，拓撲關系的顯式存儲可以方便地將地籍管理中常用的拓撲鄰接和拓撲包含關系映射為簡單的SQL語句，節省了大量的計算空間。

4 結論

土地資源的使用是立體的，需要三維的數據模型進行土地資源管理。本文設計的適應地籍空間管理的三維地籍數據模型為地籍數據的空間管理的實現提供了理論基礎，滿足了s地籍管理在空間上的權屬確定以及科學使用。

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［2］龐亮亮. 機械設計與分析工程數據管理技術研究［D］. 陜西: 西北工業大學， 2006.

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李文博（1988-），男，碩士，助理工程師，主要從事智慧城市及GIS方面的研究工作。

E-mail: 33974858@qq.com

Research on Adaptation Space Management of 3D Cadastre Data Model

Wenbo Li（Xi'an Institute of Prospecting and Mapping， Xi'an， Shaanxi， 710054， China）

Nowadays， the ownership relations of land resources in space becomes more complex， the traditional management of parcel in two-dimensions has already been unable to meet the demands of modern society. This thesis surveys the feasibility of the land-management in space， researches the cadastral data model based on three dimensions， and then proposes an intuitive method on the usage of the urban-space resources to adapt to the land management. While， this method can also meet the demands of making the ownership relations of land resources more clear.

Parcel； 3D Cadastre； Space Ownership

TU198+.6

A

2095-8412 （2016） 04-791-04

工業技術創新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.057