土地招拍挂三维信息辅助决策系统设计与实现

邓学锋,侯 岳

(河南省测绘工程院 ,河南 郑州 450003)

0 引 言

招拍挂土地出让制度是我国经营性用地出让的指定方式,对规范土地市场、提高政府对城市土地的管理水平、促进房地产市场的有序发展等方面都有着重要意义[1].目前,招拍挂土地信息的发布和披露通常采用文字与二维图件形式来表示地块位置及其他属性信息,缺乏立体感官体验和空间关联性,空间表现和分析能力受到局限.随着数字三维城市建设的推进,以及对高品质、交互式3D可视化地理数据需求的不断增加,现有的招拍挂土地出让信息的披露方式难以满足新的应用需求.因此,研究招拍挂土地精细三维模型与属性信息互联互动技术,增加招拍挂土地信息量和与周边环境的空间关联性,可提高空间表现及分析能力,有利于实现管理业务的三维可视化表达,为提高土地收储与出让工作的信息化管理水平提供技术支撑.

目前,许多学者对土地三维模型进行了研究,如吴书金[2]等人提出利用二维GIS数据和三维模型库,构建营房土地三维模型,实现了营房土地三维可视化管理.何原荣[3]等人基于VRMap建立了矿产开发区5类土地破坏的三维模型,并集成土地利用变化模型,为矿区土地破坏的直观显示、深刻理解和全面分析提供了技术支持.白红梅[4]等人在城市地籍管理过程中引入三维城市模型,改变了传统地籍管理的模式,并在实践中取得了较好的效果.文小岳[5]等人提出二维地籍数据向CO3D三维地籍数据转换的流程与算法,并实例验证了该方法的可行性.王超领[6]等人在分析城市地下空间三维地籍需求和概念的基础上,对城市地下空间三维数据的获取方法和三维地籍编制方法进行了探索,对城市地籍管理有一定的参考意义.张玲玲[7]等人在分析国内外三维地籍研究现状的基础上,从技术角度入手,提出了面向三维地籍产权体的模型,并建立了三维地籍系统,实现了产权体的可视化、查询等功能.郭仁忠[8]等人构建了基于面片结构的三维拓扑数据集,并提出基于共享边的离散面片集合自动构建最小三维封闭体及其拓扑关系的方法,该方法在三维地籍群集产权体构建上具有较强的适宜性.上述研究主要是针对土地三维建模、三维地籍,而在土地招拍挂三维信息方面却鲜有报道.本文提出三维模型的分离、聚合思想,基于"SuperMap"设计研发了"招拍挂土地三维信息辅助决策系统",实现了招拍挂土地二三维信息联动显示,创新了现有招拍挂土地信息发布的服务模式.

1 技术方法

1.1 招拍挂土地三维模型自动提取方法

由于招拍挂土地在数字三维城市模型中不是独立要素层,因此要实现地块信息快速查询及独立显示,必须提取出招拍挂土地三维模型.目前,提取土地三维模型的常用方法有利用建立矢量面与城市三维模型叠加,以及利用矢量面切割城市三维模型提取单体化模型等方法,实现模型的单体化显示.招拍挂土地三维模型,要求地块边界准确、易于空间显示,且需要保留地表的建(构)筑物模型.因此,本文在上述常用的单体化方法基础上,提出从招拍挂土地角点坐标获取准确的裁切矢量面,再对三维模型进行"分离""聚合"处理,实现三维招拍挂土地模型快速提取,如图1所示.

图1 招拍挂土地三维模型自动提取方法技术流程Fig.1 Automatic extraction technical process of 3D model of land bidding, auction and listing

三维模型分离包括点、线、三角面片的分离,其主要工作是分离三角面片.分离前需要从三维模型中提取出所有的三角面片,然后构建空间分区二叉树(BSP树)[9-10],从而判断三角面片与裁切矢量面的位置关系.BSP树的原理是三维空间中任意一个面可将空间划分为两部分,一个是平面法线指向平面一侧的空间(正侧),另一侧为负侧.如果每侧空间还存在另外的平面,同理对其进一步划分.用二叉树描述得到的分区结果:每个节点均表示一个分区平面,节点的左子树表示该节点所定义分区平面的正侧,右子树则表示该节点所定义分区平面的负侧,二叉树的叶子节点表示分区得到的凸区域[11].裁切矢量面的一边(裁切边)与三角面片位置关系(没考虑裁切边一端或完全处于三角面片内部的情况)如图2和图3所示.

图2 三角面片在裁切边同侧Fig.2 Triangular facets on the same side of the cutting edge

图3 三角面片与裁切边相交Fig.3 Triangular facets intersect with cutting edges

图2 表示三角面片在裁切边同侧,分相离、相切、裁切边与三角面片一边重合3种情况.图3表示三角面片与裁切边相交的两种情况,一种是过三角面片一顶点,相交于对边;另一种是相交于三角面片两条边.当位置关系如图2a、2b、2c及图3a时,经BSP树确定正、负侧后可直接利用;若位置关系如图3b时,需要对四边形BCEF进行二次划分,得到△BCF和△CEF.根据位置判断结果,沿裁切矢量面与三角面片的交线进行裁剪,并编辑与其相关联的招拍挂土地模型属性信息(角点坐标、新属性),重构模型的空间拓扑关系.

上述分离可能造成部分地块破碎,不利于信息管理与显示,因此需要对其进行聚合.具体方法是以破碎地块的面积作为阈值判别条件,对破碎地块进行"聚合",其数学表达式如下:

式中,Sj表示与裁切矢量面相交的各地块面积;j=1,2,3...;N为尺度因子,取值为大于零的整数(文中N=10);ΔS为地块面积阈值;si表示分离后破碎地块编号,i=1,2,3....当T=1时,si≥ΔS,将该地块保留,编辑相应属性信息;当T=0时,si<ΔS,将该地块与临近地块进行"聚合",并编辑融合后地块的属性信息.

具体技术步骤为:

1)读取招拍挂土地角点坐标,自动生成裁切矢量面.

2)构建BSP树,判断三角面片与裁切矢量面的位置关系.

3)根据步骤2)的判断结果,利用相交三角面片,分离招拍挂土地三维模型.

4)编辑属性,重构拓扑关系.

5)利用地块面积阈值判断条件,"聚合"破碎地块.

1.2 招拍挂土地三维模型与属性信息的自动关联

分离出土地三维模型后,为确保模型"身份标识"的唯一性,本文采用MD5技术[12-13]对模型坐标信息进行加密处理,获取模型ID,在此基础上,实现了属性信息与三维模型自动关联.针对招拍挂土地三维模型角点坐标和属性信息格式混乱、数据长度不一、难以加密等问题,本文提出将地块重心坐标作为地块位置和唯一判别原则,通过对重心坐标进行加密获取三维模型的唯一标识ID,确保了模型ID的唯一性.地块重心坐标计算公式如下:

式中:(DX,DY,DZ)为招拍挂土地三维模型重心坐标,(Xi,Yi,Zi)为地块角点坐标,N表示总角点数.

利用MD5算法对招拍挂土地重心坐标进行加密,不仅可以保持模型ID的唯一性,以及算法自身抗修改性及强抗碰撞性等特点,同时简化了加密流程,减少了计算量.利用该方法将重心坐标转化成一定长度的字符串,将其作为模型唯一标识ID,并记录在模型数据表中,利用关系型数据库表达式实现招拍挂土地三维模型与属性信息关联.

2 土地招拍挂三维信息辅助决策系统构建

系统采用C/S体系结构,以Visual Studio 2010和SuperMap GIS 作为开发平台进行研发,分为运行支撑层、数据层、服务层和业务应用层4个层次,系统总体构架如图4所示.

图4 系统总体构架Fig.4 The overall system architecture

系统具有招拍挂土地三维模型与属性信息联动显示与查询等功能,如图5所示,可帮助用户快速掌握招拍挂土地属性信息、地表建(构)筑物状况及周边环境信息;查看对应地块的控规图如图6a所示,查看对应地块的现场照片如图6b所示.

图5 招拍挂土地信息联动显示Fig.5 Linkage display of land bidding, auction and listing information

图6 控规图及现场照片Fig.6 Control planning map and scene photo

此外,系统还具有三维空间分析功能,可以量测招拍挂土地范围内任意空间距离、面积及建(构)筑物高度等信息.利用系统开发的功能,还可将招拍挂土地三维模型从三维数字城市中分离出来,独立地进行存储、显示及管理,方便后续展开相关应用.图7、图8分别为分离后招拍挂土地三维模型、模型与裁切矢量面叠加显示.

图7 分离后招拍挂土地三维模型Fig.7 3D land model after separation

图8 分离后模型与裁切矢量面叠加显示Fig.8 The overlying display of model and cutting vector surface after separation

3 结束语

本文建立的"土地招拍挂三维信息辅助决策系统",能够提供招拍挂土地信息管理、二三维信息联动显示和空间分析等功能,便于从多方位空间浏览招拍挂土地信息及周围环境状况,分析对比周边土地成交价格,为用户提供直观、真实的数据支持.该系统实际效果显著,但也存在有待改进之处,如加强局部三维模型更新、招拍挂土地遥感影像更新,紧密结合需求开发新功能等.土地招拍挂对数据的时效性要求较高,准确、及时地对系统进行数据更新,才能更好满足实际需要,便于应用推广.