三维地籍调查中业务数据编码研究与设计毕业论文
2022-04-14 21:09:32
论文总字数：23658字
摘 要
随着城市建设的发展，各大城市应运而生各种地上、地下建筑，特别是当与同一土地表面相关的地上和地下的空间的归属权不同时，土地承载人口激增使得城市中土地趋向立体利用的形势愈明显，传统二维地籍数据编码系统再将难以清晰界定土地的业务数据。
三维空间信息技术与地籍管理的结合,可以更真实直观地表现土地的空间状况,实现对土地形象化的管理,且更充分地利用地籍的多用途功能。实现三维地籍调查中业务数据编码设计方案的优化，可以极大地促进和完善土地立体化利用的相关管理制度和体制机制，规范土地房产登记制度。本文通过对现有三维地籍研究成果的分析，从理论分析、数据库构建以及系统实现等方面对三维地籍调查中业务数据编码进行了系统研究和设计。
关键词：三维地籍 数据编码 三维数据库
Research and Design of Business Data Coding
in 3D Cadastral Survey
Abstract
With the development of urban construction, many cities came into being the buildings on the ground and underground buildings, especially when the rights related to the same land surface above and below ground is not the same as the right to ownership of the space, urban population over the land carrying capacity land in stereo using the situation more obvious, traditional coding system for 2D cadastral data and then it will be difficult to clearly define management data.
The combination of 3DGIS and cadastral management, can truely show the space situation of land. Realize the management of land visualization and more fully utilize the multi-purpose functions of cadastral. Realize the data encoding scheme optimized of 3D cadastral survey, can contribute greatly to and improvement of land-use management systems and institutional mechanisms regulating land property registration system. Based on the existing analysis of 3D cadastral studies. From theoretical analysis, database bulit, and system realization for management data coding system research and design in 3D cadastral survey.
Key Words: 3D Cadastral; Data Coding; 3D database
目 录
摘 要
Abstract
第一章 引言
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
第二章 三维地籍基本特征
2.1 二维地籍
2.1.1 宗地
2.1.2 二维地籍
2.2 三维地籍
2.2.1 产权体
2.2.2 三维地籍
2.3 三维地籍登记解决方案
第三章 三维地籍数据编码
3.1数据编码主要包括内容
3.1.1测绘业务数据
3.1.2 土地业务数据
3.1.3 房地产业务数据
3.1.4 登记业务数据
3.1.5 从业主体数据
3.1.6 住房保障业务数据
3.1.7 地矿业务数据
3.2 三维地籍数据库实现
3.2.1 三维地籍数据库
第四章 结论与展望
4.1 研究结论
4.2 研究展望
参考文献
致谢
第一章 引言
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
地籍对明确土地权属，维护土地权利人合法权益以及保证土地市场正常秩序等有着重要意义，是以国家管理土地资源、土地所有权与资产为目的的工具。地籍的在古代就是指土地的登记册簿，是国家为了征税而建立的一种田赋清册或簿册。历史上最早的地籍只对土地进行描述和记载，没有涉及土地上的建筑物、构筑物，随着社会的发展，现代地籍除了一些传统的内容外，还包括有关土地的自然属性、社会经济状况和法律状况的调查及其隶属关系的一系列记录。由于社会制度、法律框架和土地管理模式等的不同，各国对地籍概念及其内涵的理解也不尽相同[1]。
综观国内外学者，虽然存在着不尽相同之处，但一般而言，地籍所包含的基本信息却大致相同，即自然属性信息(土地信息)和社会属性信息(权属信息和权利信息)。土地自然属性信息主要是土地的位置、界址、数量、质量等基本信息;社会属性信息则主要是伴随人类对土地的开发利用而产生的人与土地关系的信息，如土地权利人(自然人和法人)信息和土地权利人对土地所拥有的权利特征(所有权和使用权等)。
根据发展历史、功能及服务对象的不同，地籍可划分为税收地籍、产权地籍和多用途地籍等类型。其中，从农业革命到封建社会时期的地籍准确地记载地块的面积、位置及质量等，对建筑物涉及较少。这一时期的地籍主要为地籍部门服务，其主要功能是为国家征收税务服务，因此也被称为税收地籍：18世纪的工业革命使社会结构发生了重大变革，打破了土地对人的束缚，土地成为可以在市场上进行自由交易的商品，这个时期的地籍主要为土地部门报务，其功能除了税收功能外，还为明确权属关系和保障土地权利人合法权益服务，因此被称为产权地籍(亦称法律地籍)：20世纪中期以后，随着人口的增长及战后社会的重建，地籍的功能在原有税收功能和保护产权的基础上得到极大的完善，逐渐被用之于社会管理和城市规划等方面。之后，随着社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，特别是20世纪90年代信息时代的到来，地籍的功能更加多样化，其服务对象也由原米的土地部门延伸到企业单位、政府部门和社会群众。这个时期的地籍开始以信息数据库的形式记载土地的自然属性信息，经济状沉、法律状况的调查及具隶属关系等社会属性信息，因此这个时期的地籍也被称为多用途地籍(现代地籍) [2]。图1.1给出了地籍的发展历程。
图1.1地籍发展历程
人类对土地的早期利用和开发，主要集中在地表层面，如早期的耕作和放牧行为等，因此以地表权利为核心的二维地籍能较好满足社会发展的需要。但在过去的两个世纪里，随着城市人口的增长、社会经济的发展和产业结构的调整，城巿规模不断扩大，土地供应日益紧张，城市人地矛盾日趋突出，单位面枳土地承载人口的需求使得城市土地立体利用趋势愈加明显。城市土地的立体利用不仅会改变传统意义上的土地权利，还会导致纵向空间内权利主体的多元化，即统一宗地的地下、地表和地上权利主体的不致性（联合国自然资源委员会早前就将地下空间定义为了重要的自然资源。而我国物权法也规定，建设用地使用权可分别在地上、地表和地下设立。因此，基于上地在垂直方向上权属）一致理论的二维地籍既不能实现对现实城市土地立体利用的有效管理也不符合《物权法》要不动产统一登记的规定，更不适用于现代地籍管理工作的需要[3]。
图1.2土地立体权利
城市纵向扩展和土地立体利用是当前和未来城市土地利用的总体趋势。可以预见，随着社会经济的发展，在今后一段时间内，我国城市纵向扩展和土地立体化利用将会达到一个新高度。为了更好解决土地立体利用所带来的法律、管理及技术等诸多问题，未来的地籍管理方式必将逐步向三维地籍转变。借鉴国外三维地籍发展经验和成果，探讨三维地籍的理论与方法加快现代地籍信息化建设步伐，不仅以解决我国十地立体利用过程中所产生的地籍管理问题，也可以为房地合一模式下不动产的统登记提供相应的技术保障。
1.1.2 研究意义
三维地籍的出现为解决传统二维地籍存在的诸多问题提供了契机。同时，现代地籍管理理论和方法的成熟，社会经济的高速发展，以及空间信息技术的不断完善，不仅为现代数字地籍管理模式提供了全新的可视化和数据管理平台，也为三维地籍管理提供了崭新的发展模式[4]。对三维地籍的研究不仅具有广泛的社会管理意义和经济价值，也具有明显的法律效应和技术应用意义：
（1）社会经济层面
联合人口基金组织年曾指出，在未来的三十年里，人口城市化将成为全球社会经济最明的趋势，随着城市化进程的加快，城市人口的膨胀，城市的数量与规模的增长，城市人口行为与城市空间资源的矛盾将会越来越明显。这势必会促进城市土地的立体利用和城市空间的纵向开发；
（2）法律、法规层面
随着城市十地立体利用深度和广度的不断提高，作为三维空间的地上空间和地下空间具有了价值和使用价值，如何界定二维空间中各种权利和保护相应权利主体的合法权益等问题已经被提上日程，在我国现有的二维地籍管理模式中，相关法律法规对二维权利有着明确的规定和限制，但涉及三维空间权利的法律条文较少，且不成熟，缺少有效的法律体系，只有通过明晰土地空间权属及相应的权利特征，才能明确权属主体的责、权、利，稳定土地空间产权关系，从而激励土地开发者的投资热情，充分利用土地空间资源，缓解人地矛盾，因此，在现有的法律体系下，建立和健全三维地籍管理制度具有重大意义；
（3）技术层面
地籍管理技术是土地管理的基础，是地政工作的重要组成部分。当前的地籍管理系统是基于办公自动化和地理信息系统的图、文一体化的地籍管理信息系统，传统的宗地图以二维线形和平面符号等形式为表达，线条简单，导致其固有的一些空间特性的丢失，不能直观地表现真实宗地的空间状态，甚至有可能会造成信息传输和分析的歧义或错误。因此，地籍数据管理工作迫切要一种新的地籍管理技术[5]。
1.2 国内外研究现状
自三维地籍概念提出以来，二维地籍的发展就引起国内外学者和专家们的热议和关注。2002年，国际测量师协会（FIG）在第三委员会和第七委员会成立了三维地籍工作小组，从法律、技术、空间信息系统以及地籍管理模式等方面对三维地籍进行讨论和研究。结合国内外学者和专家，特别是荷兰、挪威、加拿大、以色列、丹麦和澳大利亚等国学者和专家的研究成果，我们以发现，当前学术界对三维地籍的研究主要集中在法律层面和技术层面，其中技术层面的研究乂主要集中在三维地籍可视化、二维地籍数据模型和三维地籍空间分析和计算等方面[6]。
（1）三维地籍法律层面
确定权属，保护权利人的合法权益是地籍的主要功能。随着土地的立体利用，城市的纵向发展，如何在法律上完善地籍管理丁作，确保土地权利主体的合法权益已成为国内外学者研究的重点。
虽然国内相关法律法规三维空间权利进行了一定程度上的规定，如物权法规定建设用地使权可分别在地丄、地表和地下设立等，但国内学者对三维地籍法律层面的研究较少，纪明汝[7]（2007）通过对空间权的详细探讨和分析，从法律层面上指出，应将三维地籍形态和三维地籍物等概念引入到对三维地籍的研究中去，以解决现实中地籍工作存在的问题。
（2）三维地籍空间分析和计算
土地的立体利用使得土地空间关系复杂化，三维地籍空间分析和计算，尤其三维地籍拓扑分析和参数计算对三维地籍可视化和空间关系的描述和表达、空间数据的分析和应用意义重大。
目前对三维地籍空间分析和计算的专门研究较少，更多的是将空间分析的研究作为对三维地籍数据编码研究的组成部分。Roland Billen, Siyka Zlatanova[8] (2003)将三维地籍要素的空间要素分为点、线、面、球面以及多面体等五种，并对这五种要素之间的逻辑关系进行了分析，进而提出了全新的空间关系数据逻辑，该方法能够较好地表达三维地籍对象的空间范围与关系。
综合国内外学者对三维地籍的研究，我们可以发现，当前学术界对三维地籍的必要性、意义和法律关系等方面进行了深入和广泛的探讨，但对三维地籍技术方而的研究较为薄弱，以及明晰产权等方面存在着诸多限制，且该类数据侧重于理论和模型层面，对三维地籍数据编码技术实现等方面的研究较少，一定程度上影响了研究成果的信服力[9]。
第二章 三维地籍基本特征
由于人类对土地的早期开发利用主要集中于地表，故以宗地为基本单位和研究对象的二维地籍可以满足社会的需要。随着土地利用的立体化和产权关系的复杂化，传统的二维地籍在登一记和管理土地使用状态和权属关系等方面存在的缺陷受到学术界和业界越来越多的关注。如何界定三维地籍已成为国内外学者和专家研究的热点问题。
2.1 二维地籍
2.1.1 宗地
宗地是地籍的最小单元，也是土地登一记和地籍调查的基本单元，历史上曾被称之为“丘”。《城镇地籍调查规程》将宗地定义为由权属界线封闭的独立权属可宗地段。林增杰[10]等(2006)则指出，宗地应具有固定的位置和明确的权利边界，同时辨认出土地质量、地具备以下基本特征:便属于同一权利主体，利用状况、确定的权利和时态信息等的土地基木要素。①二维空间连续，宗地是一个二维空间上连续的地块，而在空间上隔离的宗地，也应划分为不同的宗地; ②二维空间内界址明确，宗地边界由界址线和界址点组成，并形成封闭的图形;③二维空问内权属明确，宗地必须保证权属的一致性，即便同一宗地存在不同权利主体，也应算作一块宗地，以保证权属的一致性，基于上述宗地的定义和内涵，宗地的划分可分为以下儿种情形:
（1）属于同一权利主体且空间卜连续、封闭的用地范围应划为同一宗地;
（2）属于同一权利主体，但在空间上不连续或不封闭的两块及以上的用地，应划；
（3）同一地块由若干权利主体共同拥有，而又难以划分清楚的用地范围，应划为一块宗地，即共有宗或共用宗地；
（4）属于同一权利主体而面积较大，用途、来源、利用方式等存在明显差异的用地可以划为若干宗地;面积不大，用途、来源、利用方式等存在差异的用地可以划为混合宗地[11]。
2.1.2 二维地籍
由于社会制度、法律框架和土地管理模式等的不同，各国对地籍定义和内涵的理解虽然存在不尽相同之处，国内学者对地籍定义和内涵的理解存在较多的一致性。如杜海平[12] (1999)等指出，地籍是指由国家监管的、以地块为基础、以土地权属为核心的土地及其附着物的权属、位置、数量和利用现状等土地基本信息的集合，用表册和图等形式表示。陆红生[13] (2003)将地籍定义为记载土地的位置、界址、数量、质量、权属和用途(地类)等基本状况的薄册(含图)。一般说来，国内学者对地籍的理解更加偏重于是上地登记薄册，己称成为土地的户籍，即国家使用文字和平面图记载土地面积、位置、界线、质量、使用情况及权属关系等的薄册。
由于人类对土地的早期开发主要集中在地表层面，如早期的耕种、放牧和打猎行为，以及简单的建筑，早期的地籍更多的是记载了土地二维空间的信息，这在当时的社会经济条件下是适合的。结合我国当前的地籍管理模式及本节研究重点，本文将三维地籍理解为由国家监管，以地块为基础、以宗地为基本单元，以地表权利为核心，记载了在二维平面空间中土地的面积、位置、界线、质量、使用情况及权属关系等自然属性和社会属性信息的地籍管理模式。由此可以看出二维地籍应具备以下几个主要特征:
（1）二维地籍的主体是国家。由于我国的社会制度(社会土义)和实行的土地所有制度(城镇土地国有制和农村土地集体所有制)，地籍是由国家建立和管理的。国家委派国务院土地行政主管部门(国土资源部)管理地籍工作，县级以上地方政府上地管理部门主管本行政单位区域内的地籍管理工作；
（2）二维地籍的客体是土地以及在上地利用过程中产生的人地关系等，如在二维平面空间中土地的面积、位置、界线、质量等自然属性以及使用情况、权属关系等社会属性；
（3）二维地籍的维度是二维的。人类对土地的最初利用，主要集中在地表层面，很少甚至不涉及空间维度，因此二维地籍主要记载了二维平面空间下土地相关信息。因此，从空间维度上讲，该地籍属于二维；
（4）二维地籍的核心是地表权利。地籍的核心是权属问题，而二维地籍是对二维空间中土地使用状况和权属关系的记录集，更多的反映了地表层面土地使用状况及相关权属关系，因此，二维地籍以地表权利为核心；
（5）二维地籍的基本单位是宗地。宗地是土地使用权人权属界址范围内具有明确边界、权属确定的地块，在二维地籍图册中被描述为二维的多边形；
（6）二维地籍的功能主要为税收功能、法律功能以及土地利用管理和规划功能，为国民经济其他部门服务较少[14]。
2.2 三维地籍
2.2.1 产权体
当前城市高楼林立，空中和地下管线设施纵横交错，不同产权单元空间上的叠加，使得抽象的产权在空间卜的表达_卜更加复杂化。同时，高层建筑物内立的产权单元使得一宗地上空间被分割为多个三维空间权利实体或三维空间块。正是这种复杂的空间权属关系给当前缺少建筑物产权信息的二维地籍管理提出了挑战，因此，需要在止维地籍中研究房产登记基本单元，以解决当前地籍管理工作面临的困难。
建筑物和土地在本质上有着相似之处，房产是对土地利用具体实现方式之一，同时两者实质上都是对空间的占用，土地传统意义上的理解是对地表二维空间的占用，房产是对土地的三维空间占用。从法律的角度来说，建筑物和土地是独立的，是不动产的不同类型，一般情况下称建筑物为房产，称土地为地产，两者合称房地产。关于房产和地产的管理，当前我国实行的是土地和建筑物互不分离的立法原则，也制定了《城市房屋产权产籍管理暂行办法》、《物权法》和《城市地下空间开发利用管理规定》等相关法律法规，从而为土地和房产的统一登记提供了法律基础。因此，土地和房产可以进行集成，以实现三维地籍登记中的“房地合一”模式下不动产的统一登记[15]。
图2.1建筑物区分所有权
结合国内外对三维宗地和建筑产权体的研究成果和前文对土地和房产基本单元的划分和总结，文章将产权体的概念引入到三维地籍基本单元的研究中去。产权体是只维地籍自然属性几何表达和法律属性的逻辑表达，是空间产权单元物和权利的结合体，记录了三维空间内权利实体自然属性和法律属性等，如位置、面积、体积以及质量和数量等自然属性以及权属关系等法律属性，在三维地籍登记过程中，产权体可以是一块二维宗地、一个三维宗地，也可以是一个产权单元，具体来讲，产权体应该是空间位置固定、形体闭合以及权属一致且独立的空间单元，是空问产权单元物质实体和相应权利的结合体[16]。
2.2.2 三维地籍
由于土地的立体利用和城市空间纵向拓展，使得二维地籍难以满足现实地籍.管理工作的需要。随着社会经济的发展和信息技术的进步，国内外学者从不同角度对只维地籍进行了深入的研究和探讨，如何理解只维地籍的概念和内涵则成为最为关键的研究热点。结合国内外对地籍概念和内涵的研究，特别是1995年，国际测量师协会（FIG)将地籍定义为以宗地为基础，记载诸如的权力、义务和责任等现势性权益的土地信息系统等来看，地籍记录的内容有土地自然属性和法律属性(也可称之为社会属性)等两方面属性。其中，自然属性主要是指地籍登记对象空间信息的几何属性，而法律属性更多的描述了土地权属和产权关系等。因此，在对三维地籍概念和内涵的理解上，也应考虑其两方面的内容。目前对三维地籍自然属性内涵的研究主要集中在对三维实体的表达方面，研究结果表明，三维地籍自然对象的儿何属性主要表现为三维空间具备无重叠、无交义的特征。同样，对三维地籍法律属性内涵的研究成果表明，三维地籍法律概念是将三维空间产权的含义引入到地籍的概念中而综合而来的，由于三维地籍自然属性具有无重叠、无交叉特征，那么与之对应的产权关系也应为无重叠、无交叉的[17]。
虽然对三维地籍的概念作出一个成熟的定义存在较大的难度，但结合当前的研究成果，三维地籍应主要具备以下几个基本特征:
（1）三维地籍的空间维度是三维的，这也就意味着三维地籍记录的信息除了传统的地表土地利用状况和权属关系等外，还包括地上空间和地下空间的土地利用状况和权属关系等;
（2）三维地籍的核心是三维实体空间内的权利束或权利簇，即该地籍管理模式最为主要的描述和表达了封闭的三维空间内的权利实体，而这种封闭三维空间内的权利实体即是三维地籍的法律属性，如三维产权关系等;
（3）三维地籍的基本单位是产权体。正如三维地籍中的宗地一样，文章将三维地籍的基木单位定义为产权体。产权体是三维地籍白然属性儿何表达和法律属性的逻辑表达，记录了三维空间内权利实体自然属性和法律属性等，如位置、面积、体积以及质量和数量等自然属性以及权属关系等法律属性:
因此，三维地籍与二维地籍的区别主要有以下几个方面:①三维地籍记载的是封闭的只维权利实体所有信息，包括空间信息和属性信息，而一维地籍记则更多得记录了二维平面内宗地的空间信息和属性信息，对第三维信息的记载有限;②三维地籍的基木单位是三维边界明确、空间连续且封闭的产权体，而二维地籍的基本单位是在二维平面空间内边界明确、在三维空间内边界不明确的宗地:③三维地籍记录的权利是封闭的三维空问权利实体，而二维地籍记录的权利包括从地心到地表以及再到地表以上的所有空间权利实体;④三维地籍可以较为准确地描述出只维空间内土地利用状况和权属关系等，而一维地籍在土地利用状况和权属关系等方面的反应上存在不足[18]。
2.3 三维地籍登记解决方案
当前世界各国为了鼓励和规范城市土地集约利用，特别是土地的立体利用，对三维地籍和三维空间产权进行了积极的研究和实践探索。作为三维地籍重要内容的不维登记，目前可能的解决方案主要存在以下完全的只维地籍、混合方案和在现行地籍登记体系中添加三维注释等模式(如图2.2所示):
（1）完全的三维地籍登记模式是将三维财产权概念引入地籍登记系统中，将三维空间细分为无交叠的三维实体进行登记的模式。该模式的基础是将三维财产权的概念引入到对三维地籍登记的研究中去，同时还需要法律法规、不动产交易协议和地籍登记模式的支持;
（2）混合登记方案是在保留传统二维地籍的前提下，对三维自然物体进行三维登记的方案。该方案形成的二维地块与三维物体实质上隐含了二维平面地块和三维物质实体的关系，同时这种被隐含关系在物质实体的空间定义中存在，并可以通过物质实体空间作用得到体现。在该登记模式下的三维物质实体的平面设计是一维的，但可以通过对其的有效登记使只维地籍得到实现;
（3）在现行地籍登记体系中添加三维注释模式是在现有的二维地籍中添加说明三维状况的外部注释的地籍登记方法。这就意味着在保留二维地籍的同时，添加外部注释或在传统地籍中增加二维说明以描述物质实体的三维状况[19]。
A完全三维地籍;B混合方案;C添加三维注释的二维地籍
图2.2三维地籍数据模型
从现实条件看来，完全的三维地籍模式需要法律法规、不动厂交易协议和地籍登记模式的支拍，这就需要对登记进行重新立法或闸述，而需要漫长的等待。而在现行地籍登记体系中添加三维注释模式虽然具备可行性，但从长远看来，这显然不是一个可持续和实用的发展模式。而混合方案既兼顾来二维地籍的优点，也可实现三维地籍登记的需要，还可以节约登记成本，在短期内该发展杉芝式足比较合适[20]。
第三章 三维地籍数据编码
3.1数据编码主要包括内容
目前，我国制定相关法律规定来对三维地籍形态进行确权和登记。《物权法》 第一百三十六条规定“建设用地使用权可以在土地的地表、地上或者地下分别设立。新设立的建设用地使用权，不得损害已设立的用益物权”。这就意味着，土地使用权的设立不仅局限于地表而可设立于不同的垂直空间。在国土资源部于2000年在答复广东省国土资源厅的《关于地下建筑物土地确权登记发证有关问题的复函》中指出：“离开面一定深度单独建造，不能与地上建筑物联为一体的地下建筑物，其土地权利可确定为土地使用权（地下）。具体登记时，其土地面积为地下建筑物垂直”。三维地籍调查中业务数据编码主要包括如下内容：测绘业务数据；土地业务数据；房地产业务数据；开发项目业务数据；登记业务数据；从业主体数据；住房保障业务数据；地矿业务数据等[21]。其主要数据编码设计如下：
3.1.1测绘业务数据
（1）土地业务红线界址点（TDYWHXJZD）
表格1 土地业务红线界址点（TDYWHXJZD）
