基于三维GIS的土地储备管理系统建设研究_孙燕.pdf

第 46 卷 第 1 期2023 年 1 月测绘与空间地理信息GEOMATICS&SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol.46,No.1Jan.,2023收稿日期:2022-01-04作者简介:孙 燕(1974-),女,山东栖霞人,高级工程师,主要从事国土调查与监测、土地利用与保护工作。基于三维 GIS 的土地储备管理系统建设研究孙 燕(烟台市土地储备和利用中心,山东 烟台 264000)摘要:目前,我国土地储备管理常采用的传统台账和二维土地管理系统等方式,已无法满足土地储备日益精细化和智能化管理的需求。本文根据实际需求,利用三维 GIS、云计算、大数据等先进技术,研究了三维 GIS 土地储备管理系统建设思路,构建了二三维一体化土地储备数据库,并阐述了系统的总体框架、数据库内容、功能和关键技术,有效提高了城市土地储备管理水平,为城市规划、管理、建设以及招商引资等应用提供信息服务。关键词:3D GIS;土地储备;二三维一体化;信息系统;招商引资中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-5867(2023)01-0090-04Research on the Construction of Land ReserveManagement System Based on 3D GISSUN Yan(Yantai Land Reserve and Utilization Center,Yantai 264000,China)Abstract:At present,the land reserve management in China often adopts the traditional ledger and two-dimensional land management system,which cannot meet the requirements of increasingly refined and intelligent land reserve management.According to the actual demand,this paper uses 3D GIS,cloud computing,big data,and other advanced technology to study the three-dimensional GIS con-struction of land reserve management system,builds the integration of two and three dimensional land reserve database,and expounds the systems overall framework,database content,function and key technology,which effectively improve the level of the urban land reserve management.It provides information services for urban planning,management,construction and investment attraction.Key words:3D GIS;land reserve;two and three dimensional integration;Information system;investment attraction0 引 言近年来,随着我国城镇化的快速推进,土地资源集约优化管理最有效的方式是进行土地储备工作1,但常采用的基于传统台账和二维土地管理系统等管理方式,已无法满足土地储备日益精细化和智能化管理的需求,迫切需要引入当前先进 GIS、云计算、三维可视化等技术手段,为土地储备管理带来新的发展思路和模式2。本文通过实际调研,开展三维土地储备管理系统管理和应用研究,以三维空间地理信息为基础,收集和处理各类土地储备数据,建立以土地储备空间地块为研究对象的二三维一体化土地储备数据库,实现土地储备地块的二三维一体化、时空一体化展示、查询和统计,利用新兴的技术和应用模式,开发三维土地储备管理系统,实现数据的二三维一体化可视化管理、地理设计咨询以及辅助招商引资等功能,为了解土地储备的空间分布和详细信息、辅助领导决策提供准确且高效的信息服务,提高土地储备的管理水平。1 总体设计1.1 研究路线设计随着城市建设大发展,以及土地利用、规划、收储等工作的开展,政府各部门对土地储备管理系统的需求日益迫切3。本文在对土地储备分析调研的基础上,对三维土地储备管理系统的建设工作进行了研究,研究路线设计包括 4 个阶段:数据成果收集、整理和分析阶段,二三维一体化土地储备数据库建设阶段,三维土地储备管理系统开发阶段以及三维土地储备管理系统管理应用阶段。研究路线设计示意图如图 1 所示。1)数据成果收集、整理和分析阶段。主要包括土地各类数据和基础地理信息收集、整理和分析,如土地储备CAD 数据、土地储备用地信息、土地利用和规划数据、电子地图、影像图以及其他数据等,对数据成果的有效性和现势性进行分析,对不符合数据成果要求的数据进行去除。2)二三维一体化土地储备数据库建设阶段。此阶段是在现有数据成果的基础上,结合土地储备地理新空间数据库设计的要求,对数据库进行开发,并对二三维土地空间数据进行标准化、检查和入库,从而构建全市统一的二三维一体化土地储备数据库。3)三维土地储备管理系统开发阶段。基于 CityMaker三维数据城市基础平台,结合土地储备功能需求,以二三维土地储备数据库为核心,开发三维土地储备管理系统,为系统的管理和应用提供基础支撑平台。4)三维土地储备管理系统管理应用阶段。为管理和应用人员提供土地储备信息管理、地理设计咨询管理、辅助土地招商引资管理以及其他功能应用。图 1 系统研究路线设计Fig.1 Systematic research route design1.2 系统框架设计系统在充分利用智慧城市时空信息云平台试点建设成果的基础上,遵循稳定、高效、安全和可靠的原则4,基于 C/S 架构,采用 CityMaker 作为三维基础平台,进行开发设计。系统框架设计包括五大核心层和两套标准规范,五大核心层是基础支撑层、数据层、基础平台层、应用服务层以及用户层;两套标准规范是数据建设、行业应用标准规范和安全、保密标准规范。系统框架设计示意图如图 2 所示。基础支撑层包括硬件环境、软件环境和网络环境,为系统的开发建设和管理应用提供基础支撑;数据层是对土地专题、基础地理信息专题和数字城市三维模型进行分析、整理、处理后,构建二三维一体化土地储备数据库;基础平台层是系统开发利用的基础平台,包括 CityMaker三维数字城市基础平台、Windows.Net Framework 以及 Android IOS 等;应用服务层是系统管理和应用的窗口,包图 2 系统架构设计Fig.2 System architectural design括三维可视化管理、土地储备管理以及地理设计咨询管理等;用户层是系统主要使用人员,包括管理人员、设计人员和运维人员等。1.3 数据库设计为了确保土地储备相关工作的开展,满足土地储备二三维一体化和精细化管理需求,构建了二三维一体化土地储备数据库,主要包括数字城市三维模型数据库、土地专题数据库和基础地理信息数据库。数字城市三维模型数据库包括三维地形场景、三维建筑模型、交通设施模型、绿地模型以及其他三维模型等;土地专题数据库包括土地储备地块、土地储备用地条件、土地储备开发利用、土地储备规划方案、基准地价、城市设计以及周边环境信息;基础地理信息数据库包括电子地图、遥感影像、行政区划、房屋、道路和地名地址等。土地储备二三维数据库建设内容如图 3 所示。图 3 数据库建设内容设计Fig.3 Database construction content design1.4 功能设计本文根据土地储备管理的需求,以 CityMaker 作为三维数字城市基础平台,以 VS2015 作为开发平台,以 C#作为开发语言,搭建三维土地储备管理系统5。系统包括可视化管理、土地储备管理、地理设计咨询管理以及土地招商引资管理。系统功能结构示意图如图 4 所示。19第 1 期孙 燕:基于三维 GIS 的土地储备管理系统建设研究图 4 系统功能结构设计Fig.4 System functional structure design2 关键技术2.1 基于 FireBird 关系型数据库的数据组织和管理为实现对土地储备各类数据的组织和管理,本文采用能有效管理结构和非结构数据的开源 FireBird 关系型数据库6。FireBird 关系型数据库可以运行在各类操作系统中,如 Windows 和 Linux 等,是一个跨平台数据库,提供 SQL 标准功能,具有如下特点:一是 FireBird 支持关系型数据库的所有特征,如视图、事物和触发器等;二是FireBird 支持 SQL-99 大部分命令;三是 FireBird 具有良好的稳定性、高可定制以及发布简单;四是 FireBird 可直接运行,使用安全,是 C/S 端开发首选数据库;五是 FireBird具有高可移植性和高运行效率。2.2 CityMaker 三维数字城市基础平台系统开发的三维基础平台采用 CityMaker 三维数字城市基础平台。该平台是北京伟景行数字城市科技有限公司自主研发的国产三维基础平台,覆盖了三维系统建设、管理和应用整个流程,包括数据资源的整合、三维场景的构建,信息服务发布共享以及领导辅助决策等。City-Maker 三维数字城市基础平台包括五大类产品,即 City-Maker Builder、CityMaker Explorer、CityMaker Server、City-Maker SDK 和 CityMaker Network 等7。在城市三维模型建设领域,该平台具有较强的技术架构和较成熟的解决方案,为三维城市的建设提供有效支持。2.3 基于 ADS 80 航空航摄和机载 LiDAR 的城市三维模型建设为确保城市三维模型的精度能够满足土地储备工作的需求,本文采用 ADS 80 航空影像和机载 LiDAR 相融合的方法进行城市三维模型的建设。具体建设流程如下:首先是收集和整理城市三维模型建设资料,包括机载 Li-DAR 和 ADS 80 航空航摄资料和城市三维建模资料,并形成城市三维模型建设工作方案;其次是机载 LiDAR 和ADS 80 航空航摄数据处理,包括点云处理、IMU/GPS 处理、空三加密处理、DSM 匹配处理和真正射处理8;第三是城市三维建模,主要是利用处理好的数据,构建地形、体框模型等,将实地拍摄的照片制作成纹理并贴图,形成城市三维模型;最后是对城市三维数据进行质量检查后,形成最终城市三维模型成果。城市三维模型建模的流程示意图如图 5 所示。2.4 基于面向对象的土石方量自动计算技术土地储备管理中一项重要工作是土地储备地块的整图 5 城市三维模型建模流程设计Fig.5 Design of urban 3D modeling process理,而计算地块内土石方量是整理工作的重要内容。本文采用面向对象的土石方计算方法,即一个单元网格设置为一个对象,主要包括单元网格的节点、性质和土石方量,节点的设计高、地形高和性质等9,通过调整地块整理设计标高和单元网格信息等参数,实现快速计算土石方的挖方量、填方量以及平衡后的土石方量。具体计算流程设计如图 6 所示。图 6 面向对象的土石方量流程设计Fig.6 Object-oriented flow design of earthwork volume3 系统实现3.1 可视化管理可视化管理包括三维场景展示、图层控制、空间定位以及视频导出等功能。三维场景展示包括键盘和鼠标配合进行三维场景