基于三維地理信息技術的地籍管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、基于三維地理信息技術的地籍管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)昆明土地公公科技有限公司 摘要：本文以麗江市古城區(qū)三維地籍管理信息系統(tǒng)，介紹三維地理信息技術在地籍管理中的應用，對三維地籍管理信息系統(tǒng)的航拍、三維建模、系統(tǒng)架構等關鍵環(huán)節(jié)進行介紹和探討。關鍵詞：三維地理信息平臺 地籍管理 航拍 高精度航片 三維建模引言隨著計算機科學技術的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）已在國土行業(yè)中得到了越來越廣泛的應用。然而，目前在國土行業(yè)中的廣泛應用主要還是基于二維的地理信息技術系統(tǒng)，其空間表現(xiàn)和分析能力都有著一定的局限性。三維GIS與二維GIS一樣，需要具備最基本的

2、空間數(shù)據(jù)處理功能，如數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表現(xiàn)等。相比于二維GIS，三維GIS具有以下優(yōu)勢：1 空間信息的展示更為直觀。從人們懂得通過空間信息來認識和改造世界開始，空間信息主要是以圖形化的形式存在的。然而，用二維的圖形界面展示空間信息是非常抽象的，只有專業(yè)的人士才懂得使用。相比二維GIS，三維GIS為空間信息的展示提供了更豐富、逼真的平臺，使人們將抽象難懂的空間信息可視化和直觀化，人們結(jié)合自己相關的經(jīng)驗就可以理解，從而做出準確而快速的判斷。毫無疑問，三維GIS在可視化方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。雖然三維GIS的動態(tài)交互可視化功能對計算機圖形技術和計算機硬件也提出了特殊的要求，

3、但是一些先進的圖形卡、工作站以及帶觸摸功能的投影設備的陸續(xù)問世，不僅完全可以滿足三維GIS對可視化的要求，還可以帶來意想不到的展示和體驗效果。 2 多維度空間分析功能更加強大。空間信息的分析過程，往往是復雜、動態(tài)和抽象的，在數(shù)量繁多、關系復雜的空間信息面前，二維GIS的空間分析功能常具有一定的局限性，如淹沒分析、地質(zhì)分析、日照分析、空間擴散分析、通視性分析等高級空間分析功能，二維GIS是無法實現(xiàn)的。由于三維數(shù)據(jù)本身可以降維到二維，因此三維GIS自然也能包容二維GIS的空間分析功能。三維GIS強大的多維度空間分析功能，不僅是GIS空間分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分體現(xiàn)了GIS的特點和優(yōu)越

4、性。構建三維地籍管理信息系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)），不僅是對“一張圖管地”、土地管理精細化及二維地籍圖運用的延伸，還是對三維地圖與城鎮(zhèn)地籍管理相結(jié)合的綜合應用，該系統(tǒng)還具有表達上的直觀性，交互操作的靈活性等特點，為國土資源部門提供了一個直觀、多用途的智能化工作平臺。本文以麗江市古城區(qū)三維地籍管理信息系統(tǒng)（以下簡稱古城區(qū)三維地籍系統(tǒng)）為例，提出了構建一種基于三維地理信息技術的地籍管理信息系統(tǒng)的方法，并在實際的工程中得到了實現(xiàn)。一 系統(tǒng)的特點及其難點（1） 基于WebService的面向服務架構體系。實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡（1Mbps）發(fā)布；實現(xiàn)高效、準確的3DGIS分析；支持數(shù)據(jù)、服務分布式部署與服務器集

5、群。（2） 宏偉真實的三維場景顯示。能夠同屏顯示幾十平方公里真實三維場景，實現(xiàn)從全球、城市到街區(qū)、室內(nèi)三維場景的平滑瀏覽；支持噴泉、焰火、動畫廣告、半透明等多種特效；實現(xiàn)骨骼動畫和物體碰撞，可模擬真人、汽車和飛機等；硬件配置要求低，支持ATI、NVIDIA、INTER等顯卡。（3） 建筑物與地形的三維可視。真正實現(xiàn)對任意建筑物、地形的360度旋轉(zhuǎn)瀏覽，視角可在俯視仰視之間靈活調(diào)整。（4） 航片、建筑物與地籍圖的套合。基于1980西安坐標系，將數(shù)字高程模型、影像、矢量地籍圖和建筑物三維模型進行集成，達到航片、建筑物與地籍圖的套合。（5） 具有傳統(tǒng)的地籍管理的功能。實現(xiàn)地籍管理業(yè)務信息的分析、查詢

6、、統(tǒng)計、輸出的信息化。包括方便快捷的三維地理空間對象和宗地屬性數(shù)據(jù)雙向查詢，各種統(tǒng)計報表的自動生成，國土資源信息的空間統(tǒng)計分析等功能。（6） 獨立性與共享性。在為國土資源部門提供一個直觀、多用途的智能化工作平臺的同時，也可以作為其它部門、其它行業(yè)的一個公共的基礎三維地理信息平臺，如：為旅游、公安、建設等部門提供三維地理信息平臺的服務。二 整體架構1 目標（1） 以宗地為對象，以地籍管理為核心，結(jié)合三維地理空間信息技術，建立三維城鎮(zhèn)地籍信息庫(包括歷史資料信息)，實現(xiàn)以三維立體建筑、地形為呈現(xiàn)形式的國土資源地籍信息的綜合展示與應用；（2） 三維地籍圖形和屬性數(shù)據(jù)相互查詢，各種統(tǒng)計報表的自動生成，

7、空間統(tǒng)計分析等功能；（3） 系統(tǒng)應具備三維立體、直觀、便于使用、便于決策、易于宣傳等特點，同時，作為一個三維地理空間信息的公共平臺，又具有可用于其它各種行業(yè)的應用的共享性。2 整體思路利用三維地理空間信息技術平臺Uniscope，在2.5米的sopt5衛(wèi)片與現(xiàn)有快鳥數(shù)據(jù)的基礎上，先進行航拍，生成0.1m的航片，然后通過實地拍照測量，進行三維建筑建模，同時，基于三維地理空間信息平臺，進行系統(tǒng)的開發(fā)，最后將地籍信息與航片、衛(wèi)片、三維模型進行集成，架構成為古城區(qū)三維地籍系統(tǒng)。3 系統(tǒng)架構空間數(shù)據(jù)Data Earth China三維地籍系統(tǒng)系統(tǒng)功能開發(fā)影像DEM高程數(shù)據(jù)ArcSDE二調(diào)地籍數(shù)據(jù)庫三維模

8、型分析查詢?yōu)g覽4 二維地籍數(shù)據(jù)與三維模型的結(jié)合古城區(qū)三維地籍系統(tǒng)采用三維地理空間信息系統(tǒng)與ArcSDE結(jié)合的形式，來實現(xiàn)二維矢量數(shù)據(jù)與模型、影像、高程等三維數(shù)據(jù)的結(jié)合，ArcSDE擴展服務提供實時連接ArcSDE GeoDatabase數(shù)據(jù)庫服務，以實現(xiàn)二、三維一體化。ArcSDE與三維地理空間信息系統(tǒng)分別安裝于兩臺服務器上，ArcSDE部署在Windows XP環(huán)境下，三維地理空間信息系統(tǒng)部署在Linux環(huán)境下，通過配置代理服務以實現(xiàn)跨操作系統(tǒng)平臺的訪問。5 三維GIS平臺軟件作為我國第一個集數(shù)據(jù)與軟件一體化的三維地理空間信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)地球（中國）（Data Earth China）是在國家

9、高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）地球觀測與導航技術領域項目支持下，由中國資源衛(wèi)星應用中心、北京視寶衛(wèi)星圖像有限公司和北京星天地信息科技有限公司三家聯(lián)合研發(fā)的新一代自主產(chǎn)權的三維地理空間信息服務平臺。該平臺集成了國內(nèi)領先的Uniscope三維GIS引擎技術，覆蓋全域的高分辨率衛(wèi)星影像（CBERS-02B、SPOT5）、較高精度的地形高程數(shù)據(jù)、導航用道路和POI等矢量信息，是數(shù)據(jù)和平臺，航天和航空、宏觀和微觀、矢量和柵格相結(jié)合的新一代三維地理信息產(chǎn)品。它在城市應急指揮、國防信息化建設、國土資源管理、城市規(guī)劃、環(huán)境保護、災害防治、電力、交通、測繪、石油、海洋房產(chǎn)等各個行業(yè)都將有廣泛的應用前景。圖1

10、數(shù)據(jù)地球（中國）（Data Earth China）6 航拍高精度航片由昆明土地公公科技有限公司和相關單位合作進行拍攝。利用安裝了3900萬像素CCD攝像機的無人機進行航拍，所獲取的航片精度為0.1m。以此為基礎構建的古城區(qū)三維地籍系統(tǒng)，航片即可在電腦上的古城區(qū)三維地籍系統(tǒng)中使用，也可通過打印為各種效果的圖件進行使用，為各級領導及有關部門的指揮決策提供直觀、真實可靠的依據(jù)。7 三維建模建模部分為三維地籍管理信息系統(tǒng)的基礎，為三維地籍管理信息系統(tǒng)提供模型數(shù)據(jù)，主要工作包括：數(shù)據(jù)采集、模型建制、質(zhì)量檢驗、后期制作。三 應用效果地籍系統(tǒng)地籍管理三維數(shù)據(jù)系統(tǒng)設置圖層管理查詢統(tǒng)計分析測量分析三維漫游圖層

11、管理地圖操作（1） 查詢宗地信息圖數(shù)互查：主要以應用為目的，進行圖、屬互查。按屬性信息，查找對應的圖形位置及相關信息，也可由圖形目標查詢其關聯(lián)的屬性信息。比如，根據(jù)宗地的三維建筑物，可查詢該宗地的權屬情況，宗地使用年限等等相關信息。反過來，可以查詢某一單位的三維建筑、地籍圖、航片，能夠?qū)崿F(xiàn)圖形和屬性信息的雙向查詢，如由宗地號、權利人名稱查詢土地登記和權屬等屬性信息，并通過圖形的方式在三維地理空間信息平臺上自動定位，并顯示位置、航片、宗地屬性和三維建筑的相關資料。圖1 三維地理信息平臺中的高清航片（上）與起伏地形（下）（2） 分析可以實現(xiàn)基于DEM和Model的三維空間距離量算、地表距離量算、面

12、積量算、地表面積量算等分析功能，在滿足國土業(yè)務需求的同時，也可以用于工程、規(guī)劃、水利等行業(yè)的基本應用。圖2 垂直距離量算（3） 統(tǒng)計可統(tǒng)計出選定區(qū)域、格網(wǎng)內(nèi)的各種地籍信息，如：宗地數(shù)量、建筑面積、容積率等，也可根據(jù)指定條件對宗地進行查詢統(tǒng)計。（4） 輸出可以將所需的數(shù)據(jù)文件輸出、打印，如：宗地圖、界址點成果表、審批表、宗地統(tǒng)計表、指定區(qū)域的三維地圖等數(shù)據(jù)的輸出、打印。（5） 瀏覽視圖：可同時顯示其三維建筑、地籍圖、航片，也可根據(jù)需要顯示指定的要素；操作：包括放大、縮小、漫游等操作功能，利用鼠標和鍵盤實現(xiàn)三維地圖平移、縮放、俯仰、旋轉(zhuǎn)等基本操作。圖3 在系統(tǒng)中可多角度自由旋轉(zhuǎn)的三維模型（6） 編輯畫點、畫線、畫多邊形，建立立體幾何物體；能進行圖層編輯，主要包括增刪圖層、修改圖層名稱、圖層狀態(tài)編輯、修改圖層次序、打開關閉圖層等功能。（7） 宣傳展示可以設置進行自動飛行展示，也可以手動操控展示，如：以第一人稱、第三人稱視角進行交互控制，并實現(xiàn)在運動過程中對地形和地面建筑物的游覽與