三维地籍数据模型与数据库建立研究

苏鹰滨

(漳州市测绘设计研究院，福建漳州 363000)

三维地籍数据模型与数据库建立研究

苏鹰滨

(漳州市测绘设计研究院，福建漳州 363000)

随着城市化进程的推进和人口密度的增长，人地之间的矛盾日趋紧张，导致土地利用向纵向空间拓展。以地表权利为核心的传统二维地籍已无法满足当前地籍管理的实际需要，建立三维地籍系统是解决问题的根本途径。本文在分析通用地籍核心模型CCDM的基础上，结合我国现行的土地登记制度，采用UML分别建立土地登记权利模型和权属界址模型，并建立二维、三维地籍数据模型，构建Geodatabase数据库。

三维地籍；Geodatabase；ArcGIS Engine

以二维宗地为基本单元，以地表权利为核心的传统二维地籍，在垂直方向上具有同一属性，主要记载了土地二维平面空间信息和属性信息[1]，缺乏权利实体在三维空间上的有效记载，不能充分反映土地利用空间的分配和有效管理三维空间中交错的宗地，限制了地籍管理的多用途功能[2]。本文主要在三维地籍的概念及建模理论的基础上，对现有的三维空间数据模型进行比较分析，结合我国土地登记制度，设计和实现了基于CCDM的国内二维、三维地籍数据模型，采用UML进行三维权属界址的建模，并通过Geodatabase建模技术建立地籍数据库。

1 三维空间数据模型

三维地籍数据模型用来描述三维地籍数据库的概念，包括精确描述三维地籍数据、三维地籍数据空间关系和完整性约束条件[3]，能够充分表达地籍要素类以及类与类间的关系，方便进行类之间的关联查询，减少三维地籍数据存储的冗余。三维空间数据模型按三维数据结构的几何特征可以分为基于面的数据模型和基于体的数据模型。

1.1 基于面的数据模型

1.1.1 3D FDS模型

三维形式化数据结构(3D Formal Data Structure，3D FDS)模型支持多种空间数据描述，能够明确地表达三维空间实体的位置、边界、形状和拓扑关系，实现几何特征和属性特征的关联，但缺乏对空间实体的内部结构的描述。该模型适合表达规则的建筑物对象，难以表达不规则的复杂三维空间实体[4]。图1描述了三维形式化数据结构模型的概念模型。

OO3D模型为了描述现实中的三维对象，将三维空间实体对象抽象为点、线、面、体四种几何对象和五个约束规则，使用三类基本空间对象作为三维空间数据模型的基本组成元素，可以构造出复杂的点、线、面模型。面模型通过组合可以形成闭合的体模型，最简单的体模型是四面体，体与体模型之间可以通过一系列的组合方式构造出现实世界中复杂对象的3D模型[4]，图2描述了OO3D模型的概念模型[5]。

图1 三维形式化数据结构模型的概念模型

图2 OO3D模型的3D复杂对象的概念模型

1.2 基于体的数据模型

1.2.1 Octree模型

八叉树模型(Octree模型)是二维四叉树模型在空间的扩展，是对Voxel模型的压缩改进。在模型中，根结点代表了目标的立方体，若目标正好充满整个立方体，则不再分割；否则分成八个大小一致的子立方体继续分割到不需要分割为止[6]。Octree模型对复杂形体的体对象表达效果好，布尔运算和及和特征计算效率高，但表示精度受限制，难以进行几何变换，拓扑查询效果差。图3描述了Octree数据模型。

图3 Octree数据模型

1.2.2 TEN模型

四面体网格模型(Tetrahedral Network，TEN模型)是不规则三角网的三维扩展，优点是结构简单，能有效地描述几何实体内部特征，精确表示复杂的三维空间对象，可以快速地进行几何变换和可视化显示，快速地处理拓扑关系和表示复杂的空间拓扑关系。然而TEN模型难以自动生成结构，在表达三维线状、面状目标时存在一定的缺陷。图4描述了TEN数据模型。

图4 TEN模型

2 三维地籍数据库设计

考虑到三维地籍数据模型需要能满足表现权利实体的边界特征、权利实体内部的权利空间以及权利实体间的关联性，选择的三维地籍数据模型既要能精确表达三维地籍空间权利实体，准确给出权利实体的权属范围，便于权利实体的可视化，又能明晰权利实体间的空间关系，进而实现空间查询和分析。结合上述要求和上节对三维空间数据模型的介绍和分析，下面重点研究构造出适合的三维地籍数据模型，并介绍数据建模过程。

2.1 基于CCDM的三维地籍数据模型

选用经济、方便、快捷的钻凿法进行处理，在Ⅱ序槽段钻槽时用冲头钻凿Ⅰ序槽混凝土后，冲刷10遍左右，经监理工程师验收合格后进行下道工序施工。

CCDM以土地产权为核心，以宗地标识码为序，登记土地上的各种产权和法律关系，能够满足我国现行的土地登记制度，本文以CCDM为切入点，为我国地籍数据建模。按照土地登记的一般程序，地籍数据建模必须明确三个方面的内容：(1)描述土地产权主体信息；(2)说明土地产权客体组成部分及其关系；(3)记录权利信息，展示不动产物权及其状态。

在二维地籍管理中，土地权属界址主要包括界址点、界标和界址线[7]。界址点是核心地籍要素，是宗地边界线空间或属性的转折点，用(X,Y)坐标来确定宗地地理位置，界址点(Corner类)存储无争议的界址点，应尽量采用野外实际测量得到的坐标(CornerCoordinate类)，以保障地籍测量数据成果的精度。界址线(Boundary类)是界址点间的连线，与界址点、界标一样是土地确权的法律依据。宗地是一个封闭的多边形，具有属于同一权利人，以界址线为边界。

在三维地籍管理中，以三维宗地代替二维宗地，成为地籍登记的主要登记对象。界址点连成界址线，界址线构成界址面，界址面构成体。界址点、界址线、界址面分别用点、线、多边形三种几何对象来描述其位置、大小和形状[8]。

三维地籍界址点区别于二维地籍界址点，通常先获取地面界址点的三维坐标，在根据垂直方向上的高度height字段，计算出界址点的坐标，最后存放在Corner_3D中。二维地籍管理中，多块宗地以界址线为边界来进行区分和限制空间权利范围。在三维地籍管理中，不同权利实体间以界址面为边界进行区分空间权利范围，可见界址面与界址线一样具有重要的空间关系。水平方向上的界址面存储在ApartmentParcel_2D中，使用baseParcelID作为唯一的宗地标识码，与界址点建立关联。垂直方向上的界址面存储在Section_Vertical中，以SectionID作为唯一标志码，并于垂直方向上的界址线Boundary_Vertical_3D进行关联。

2.2 Geodatabase数据库实现

创建Geodatabase数据库，与常规数据库基本相同，它的一般程序是[9]：一是利用UML工具定义Geodatabase数据模式(Schema)；二是生成用户模式；三是加载数据，填充用户模式。GIS用户可以采用以下三种方式建立Geodatabase数据模式。

2.2.1 通过ArcCatalog建立Geodatabase数据模式

通过ArcCatalog建立Geodatabase数据模式的过程是：(1)生成一个新的Geodatabase；(2)定义数据集、要素类和对象类；(3)定义子类和属性域；(4)定义类间的关系类；(5)定义注记类；(6)定义几何网络；(7)定义拓扑规则。

2.2.2 根据已有数据格式建立Geodatabase数据模式

根据已有数据格式(如Shapefile、Coverage、INFO Table、dBase Tables等)，建立Geodatabase数据模式的过程是：(1)生成一个新的Geodatabase；(2)按照已有数据结构，通过ArcCatalog提供的映射机制，定义要素数据集、要素类和对象类；(3)定义子类和属性域；(4)定义类间的关系类；(5)定义注记类；(6)定义几何网络；(7)定义拓扑规则。

表1 地籍数据库图层要素

2.2.3 利用CASE工具建立Geodatabase数据模式

利用UML和CASE工具，建立Geodatabase数据模式的过程是：(1)基于ArcInfo UML，定义用户数据模型；(2)输出为XML文件；(3)借助ArcCatalog中的Schema Wizard工具，将XML文件转换为Geodatabase数据模式。

三种不同的方式折射出地理数据建模的不同理念，前两种重点集中在物理建模上，忽略了数据建模并不是表简单罗列的事实，第三种方式能建立复杂的数据库系统，只需要对类对应的图形位置简单调整，就可以对类进行编辑修改，数据库数据结构不发生变化，方便数据库更新，建模效率高。因此，本文选择利用UML和CASE工具实现Geodatabase地籍数据库建立。

为了使构建的地籍数据库更加规范，参考《城镇地籍数据库标准》中地籍数据库建设的标准，根据表1，利用UML将空间要素进行分层管理。通过ESRIExportToXml工具将UML模型导出XML文件，并利用SemanticsChecker工具利用检查UML模型语法，最后用ArcCatalog中Schema Wizard工具将模型导入Geodatabase数据库中。本文主要研究三维地籍数据库，将二维地籍数据主要用于展示二维平面的地籍数据信息，着重于三维地籍数据的管理和可视化查询方面，因此二维地籍数据仅保留二维平面上的界址点、界址线、宗地以及相应的注记信息。图5和图6分别为二维地籍Geodatabase数据库和三维地籍Geodatabase数据库。

图5 二维地籍Geodatabase数据库

图6 三维地籍Geodatabase数据库

3 结语

本文首先对现有的三维空间数据模型进行比较、分析，选择通用地籍核心模型CCDM作为原型系统的地籍数据模型，并结合我国土地登记制度，研究二维权属界址建模和三维权属界址建模，最后通过Geodatabase建模技术实现二维、三维地籍数据库的建立，成功导入图形数据和属性数据。

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ResearchonBuilding3DCadastralDataModelandDatabase

SU Ying-bin

(Zhangzhou Institute of Surveying and Mapping, Zhangzhou Fujian 363000,China)

With the advancement of urbanization and growth of the population density, the contradiction between people and land has become strained, the land use development to portrait. The surface rights to the core of traditional 2D cadastre has been unable to meet the actual needs of the current cadastral management. Build 3D cadastre system is the fundamental way to solve these problems. This paper based on the analysis of common cadastral core model CCDM, according to our country’s land registration system, use UML for modeling land registered property and ownership of boundary, build two-dimensional cadastral data model and three-dimensional cadastral data model cadastral, then build the Geodatabase.

3D cadastre; Geodatabase; ArcGIS Engine

P273

A

2095-7602(2017)10-0048-05

2017-04-18

苏鹰滨(1989- )，男，工程师，从事城市规划测量研究。