李浩

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

0 引言

隨著東營市墾利區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)的飛速發(fā)展，城市土地資源短缺和人口急劇增長的矛盾日益突出，城市空間利用呈現(xiàn)多元化，傳統(tǒng)的以地表土地權(quán)利為核心的二維地籍已經(jīng)不能完全滿足人們對于空間資源利用的需求，因此迫切需要尋求二維地籍和三維地籍相結(jié)合的管理模式[1- 4]。

近年來，墾利區(qū)測繪事業(yè)取得了巨大的發(fā)展，在基礎(chǔ)控制網(wǎng)建設(shè)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取、測繪應(yīng)用服務(wù)、基礎(chǔ)測繪經(jīng)費投入及政策法規(guī)體系等方面都取得了一定的成效，為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展、政府決策和重大工程建設(shè)提供了大量的基礎(chǔ)測繪服務(wù)，基本滿足了社會需求。為了進一步提升墾利區(qū)國土資源管理水平，積極探索地上與地下、大場景真三維空間信息應(yīng)用的新模式，提高三維GIS的技術(shù)水平與應(yīng)用能力，建設(shè)墾利區(qū)三維地籍系統(tǒng)，真正實現(xiàn)地表、地上和地下的土地使用權(quán)有效管理，結(jié)合地籍管理需求，分析三維地籍基本形態(tài)，建立適應(yīng)墾利區(qū)三維地籍管理功能需求的國土管理信息系統(tǒng)，就能更好地為國土資源管理和經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)[5- 8]。對于規(guī)范地籍管理工作，科學(xué)開發(fā)土地資源和保證土地可持續(xù)利用，具有重要的指導(dǎo)作用和廣泛的推廣應(yīng)用價值。

1 總體架構(gòu)

以三維地籍數(shù)據(jù)庫為核心，集成DSM數(shù)據(jù)庫、城市三維模型數(shù)據(jù)庫、影像和DEM數(shù)據(jù)庫等，依托三維GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按照統(tǒng)一的標準，建立了三維地籍系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的組織、管理、維護和更新體系，提供地籍管理、資源瀏覽、查詢檢索、空間分析、占地分析、用地成本分析、規(guī)劃設(shè)計等功能，實現(xiàn)以三維地圖為主要表現(xiàn)形式的地理信息服務(wù)，構(gòu)建三維地籍系統(tǒng)管理體系(圖1)。

圖1 總體架構(gòu)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源多比例尺數(shù)據(jù)整合技術(shù)

在地籍管理中，由于業(yè)務(wù)的綜合性和地學(xué)要素的復(fù)雜性，使得業(yè)務(wù)涉及到的數(shù)據(jù)涉及多源、多比例尺[9- 11]。空間數(shù)據(jù)整合技術(shù)框架如圖2所示。

圖2 空間數(shù)據(jù)整合技術(shù)框架

墾利區(qū)三維地籍系統(tǒng)將來源于不同平臺、不同比例尺的空間數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的方式存儲到空間數(shù)據(jù)庫中，以通用標準的服務(wù)對外在線提供服務(wù)。系統(tǒng)在特定的使用場景下，對自身提供的服務(wù)及第三方注冊的服務(wù)，按照需求進行重新組合和配置，提供顆粒度更大，更能滿足特定使用場景的服務(wù)。系統(tǒng)還可以在服務(wù)端和客戶端對服務(wù)進行組合和配置。

2.2 機載激光雷達技術(shù)

機載激光雷達(Light Laser Detection and Ranging)是集激光、全球定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三種技術(shù)于一身。它將激光掃描儀、GPS接收機、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機及控制元件等搭載在載體飛機上，通過主動向目標地表發(fā)射激光脈沖，獲取地表的三維信息，突破了傳統(tǒng)航空攝影測量被動成像的局限性。一次飛行，可同步獲取高精度、高密度、高分辨率點云和影像數(shù)據(jù)，具有自動化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短等特點，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字城市、國土資源管理、公路、鐵路、水利、電力等重點工程建設(shè)[12- 16]。

項目使用機載激光雷達設(shè)備——Optech ALTM Orion H300，設(shè)備參數(shù)如圖3所示，獲取了墾利區(qū)數(shù)字地表模型(Digital Surface Model，DSM)，2m格網(wǎng)，地表模型如圖4所示。

圖3 機載激光雷達設(shè)備

圖4 DSM效果圖

2.3 二三維一體化技術(shù)

二維GIS具有數(shù)據(jù)模型簡單、制圖功能豐富、查詢多種多樣、空間分析效率高、業(yè)務(wù)流程成熟等優(yōu)點，但是可視化效果較弱；而三維GIS具有較強的可視化效果，但是它的空間分析和查詢的效率較低。因此該文提出了二維GIS和三維GIS相結(jié)合的二三維一體化技術(shù)。

通過二維GIS(ArcGIS)實現(xiàn)了國土資源管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢、空間分析，以WMS和WFS的形式發(fā)布，三維GIS(Skyline)利用數(shù)據(jù)流技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和海量數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲管理、可視化顯示、空間分析、服務(wù)發(fā)布等一體化管理(圖5)。

圖5 二三維一體化技術(shù)架構(gòu)

2.4 三維宗地體自動生成技術(shù)

由于獲得的DSM數(shù)據(jù)分辨率是2m格網(wǎng)，內(nèi)插出來的表面并不平整，需要進行預(yù)處理，剔除奇點，重新擬合成曲面。結(jié)合0.15m高分辨率的航飛影像數(shù)據(jù)，利用Skyline三維平臺軟件生成真實的三維地表場景，通過套合計算提取二維宗地范圍內(nèi)的特征高程點，利用最小二乘法進行擬合，獲得宗地的高度信息，生成三維宗地體(圖6)。

圖6 自動生成三維宗地體

3 系統(tǒng)建設(shè)及成效

墾利區(qū)三維地籍系統(tǒng)依托于墾利區(qū)國土資源數(shù)據(jù)中心，以影像、矢量、DEM等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以三維地籍數(shù)據(jù)庫為核心，建立國土資源三維地籍管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對地籍的三維展現(xiàn)、查詢及統(tǒng)計分析等功能。

3.1 實現(xiàn)了宗地空間管理的可視化

系統(tǒng)集成了界址點、界址線、建筑物和宗地等地籍數(shù)據(jù)，同時還集成了與地籍相關(guān)的其他數(shù)據(jù)，主要包括地類圖斑和基期地類圖斑等土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，商業(yè)用地級別、住宅用地級別和工業(yè)用地級別等基準地價數(shù)據(jù)，基本農(nóng)田保護數(shù)據(jù)，國有土地清理數(shù)據(jù)，2010—2016年監(jiān)測圖斑數(shù)據(jù)，土地規(guī)劃地類和規(guī)劃基本農(nóng)田調(diào)整等土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)，土地整治報備項目，用地報批和建設(shè)用地管制區(qū)等建設(shè)用地報批所有項目等。

對于三維宗地體數(shù)據(jù)，按照土地用途的不同以透明水晶體的方式進行分類展示，可以立體的展現(xiàn)宗地空間土地使用權(quán)的范圍和土地用途，真正實現(xiàn)地上、地下的空間土地使用權(quán)有效管理(圖7)。

圖7 三維宗地體

3.2 實現(xiàn)了綜合統(tǒng)計查詢的便捷化

通過綜合查詢功能，設(shè)定輸入權(quán)利人、地籍號、土地座落、土地用途和容積率范圍等條件，檢索到對應(yīng)的宗地，用三維宗地體的形式進行展示，能夠準確的掌握宗地的地籍號、宗地四至、通訊地址、土地座落、權(quán)屬性質(zhì)、使用權(quán)類型、土地用途、實測面積、發(fā)證面積、建筑容積率、建筑密度、土地級別、申報地價、取得價格等詳細信息。在三維地籍瀏覽過程中，鼠標移動到某塊宗地上時，系統(tǒng)能夠自動顯示宗地的詳細信息，方便地籍的日常管理工作。

3.3 實現(xiàn)了輔助決策的智能化

系統(tǒng)提供了距離量算、面積量算和高程量算工具，方便用戶進行測量工作；土石方計算、剖面分析和淹沒分析都是基于DSM數(shù)據(jù)的空間分析，真實的反映地形起伏變化；通視分析、日照分析和規(guī)劃設(shè)計，輔助國土部門城市規(guī)劃管理的工作；占地分析和用地成本分析是基于宗地數(shù)據(jù)分析任意區(qū)域占用的總面積、房屋總數(shù)、總建筑面積和總宗地面積(圖8)。同時還提供了地圖標繪、路徑漫游、地圖導(dǎo)航等輔助工具，為用戶提供全方位、多層次的決策支持和知識服務(wù)，為行業(yè)研究機構(gòu)以及政府部門提供決策依據(jù)。

圖8 占地分析

3.4 實現(xiàn)了用地項目實時監(jiān)管的動態(tài)化

在用地項目規(guī)劃、施工到竣工過程中，利用時空數(shù)據(jù)精準化服務(wù)，可以獲取項目區(qū)多時相影像數(shù)據(jù)，可以有效監(jiān)管項目建設(shè)進展。同時利用無人機、視頻監(jiān)控、三維激光掃描儀等設(shè)備獲取項目建設(shè)過程中的實時監(jiān)視資料，整合項目審批過程中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在三維地圖上實現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的全流程、全業(yè)務(wù)的可視化和空間化管理。

3.5 實現(xiàn)了二、三維數(shù)據(jù)管理的一體化

通過二三維一體化技術(shù)，利用二維GIS(ArcGIS)統(tǒng)一發(fā)布地籍系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，分別通過WMTS服務(wù)、WMS服務(wù)、WFS服務(wù)提供給三維系統(tǒng)，三維系統(tǒng)是基于Skyline開發(fā)，采用面向服務(wù)的架構(gòu)，實現(xiàn)了對矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可視化管理。同時把二維GIS查詢結(jié)果和空間分析結(jié)果以Web Service的方式提供給三維系統(tǒng)，三維系統(tǒng)通過高效的可視化技術(shù)進行渲染，以三維地圖的形式提供給用戶。

4 結(jié)語

該文基于B/S架構(gòu)，綜合運用多源、多比例尺、多尺度數(shù)據(jù)整合技術(shù)、機載激光雷達技術(shù)、二三維一體化技術(shù)和三維宗地體自動生成技術(shù)等多種技術(shù)手段建立了墾利區(qū)三維地籍管理系統(tǒng)。全面提升了墾利區(qū)國土資源管理水平，積極探索了地上與地下、大場景真三維空間信息應(yīng)用的新模式，提高三維GIS的技術(shù)水平與應(yīng)用能力，真正實現(xiàn)地上、地下的空間土地使用權(quán)有效管理；結(jié)合地籍管理需求，分析三維地籍基本形態(tài)，建立適應(yīng)墾利區(qū)三維地籍管理功能需求的三維國土管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)國土資源管理新的飛躍。

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