【视角】测绘地理信息支撑自然资源管理从二维到三维升级的思考

本文原载于《测绘地理信息蓝皮书》（2019版）

作者：王显鲲 杨震澎 梁哲恒

自然资源机构的改革，实现了“山、水、林、田、湖、草”的统一管理，自然资源管理的思路也逐步向资源、资产、生态“三位一体”自然资源管理体系进行转变，面对当前自然资源统一确权登记、国土空间规划等需求，迫切需要对各类自然资源进行整合，构建自然资源二维“一张图”。而自然资源本身具有三维形态，单要素的资源管理方式并不能完全满足当前的管理需求，需要实现空间形态从二维到三维的转变，在二维“一张图”的基础上构建实景三维，实现自然资源立体化管理。测绘地理信息除了履行《测绘法》服务好社会各行业外，重点要为刚成立的自然资源体系服务，因此，这里着重探讨在新的形势下，结合当前和今后的发展，测绘地理信息如何支撑自然资源管理从二维到三维的升级。

引言

自然资源所涵盖的各种内容，经历了多年的发展，已由原主管部门构建了不同级别、不同范围的数据资源。然而，各类自然资源数据长期以来标准不一，口径不一，家家出数据，家家不一样。自然资源部的成立，希望从根本上解决上述问题，实现“国土海洋测绘归总，调查规划权属统一”。自然资源部部长陆昊2018年在海南调研时就提出，自然资源登记等系统，要由二维变成三维，解决自然资源调查、确权和国土空间用途管控等问题。

自然资源部组建后，“山、水、林、田、湖、草”以及“陆海空、地上下”作为生命共同体综合管理是当前的迫切需求，一方面应以第三次全国国土调查为基础，统筹土地、矿产、海洋、测绘、森林、草地等各类数据资源，将分布在各个不同部门的已有数据汇聚到一起分析甄别，构建自然资源“一张图”，为自然资源调查监测评价、监管决策、互联网+政务服务提供数据支持。另一方面原有的单要素的资源管理方式满足不了当前的管理需求，需要技术上实现从二维到三维的转变，在二维“一张图”的基础上构建实景三维，实现自然资源立体化管理。同时应用高精度遥感卫星、无人机、云计算、大数据、物联网、人工智能、移动通讯等新一代技术，实现对国土空间中各类自然资源的全时、全域、全要素的动态监测与更新。

自然资源二维“一张图”建设

是当下迫切需要

自然资源业务应用的现状需求

根据自然资源管理部门机构改革职能配置，改革后的自然资源管理部门主要职责概括为“两统一”，即统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责的要求。

然而在统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责，着力解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题，实现山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理的大趋势下，自然资源现存数据仍存在不少急需解决的难题：

首先，因业务需求的不同，各类资源各有一套数据规范，在存储方式及表达方面都存在很大的差异；

其次，分归不同部门管理的数据，存在着内容分散、现势性各异、质量参差不齐等问题；

再者，各类数据之间缺乏流动，久而久之，分道而驰的状况日趋明显，数据共享性越来越低。

各部门在有数据需求的时候，大部分情况下都是各自采集、各自存储、各自更新，同一空间的同一地理实体，往往经过了多次的采集和调查，地理信息重复建设的情况非常严重。亟需以当前的第三次国土调查为契机，加快数据整合，构建全面、系统、权威、统一的自然资源基础数据库，为生态文明建设和自然资源管理提供底图和底数。

如何构建自然资源二维“一张图”

以测绘为基，在坐标一致、边界吻合、上下贯通的前提下，整合、规范、扩展现有的基础地理、遥感影像、土地、矿产、海洋、林草、湿地等各类自然资源数据，按照统一的目录体系和标准规范进行逻辑融合，实现各类数据资源的互联互通和业务共享，构建自然资源“一张图”大数据体系，为自然资源调查监测评价、自然资源监管决策、互联网+政务服务提供数据支持。

数据收集分析

从原测绘、国土、林业、草原、住建、海洋、水利等各个部门收集已有的各类数据，并按照“测绘为基”、“陆海相连”、“多规合一”、“业务统筹”等几个方面对收集的数据进行初步的分析，以确定现有各类数据的数量、质量及相互之间的关系、问题冲突等。

数据目录梳理

从自然资源调查、规划、利用、用途管制、确权登记、权益、生态修复等业务环节的数据需求出发，对测绘、土地、地质矿产、海洋、水、森林、草原、湿地等各类自然资源的已有数据进行分析整理，整理出为满足自然资源主管部门职能管理及业务办理需要的数据内容清单，围绕自然资源管理职责，整理形成自然资源“一张图”核心数据目录。

数据整合

在对已有测绘、国土、水利、农业、林业、海洋等业务标准规范分析的基础上，以实现自然资源“一张图”为建设目标，从自然资源职能职责出发，完善自然资源数据标准规范体系，通过重新建立、融合扩展、修改利用的方式，消除原各部门标准、规范及工作机制上的冲突和重复，形成统一的自然资源数据标准体系目录，为构建自然资源“一张图”提供机制保障。

根据标准、规范，对已有的各类自然资源相关数据，按照一定的原则，通过“三化两融”（“三化”是指数字化、空间化、结构化，“两融”是指图形融合、属性融合）的数据整合，以形成要素齐全、现势性好、精度高、逻辑一致、语义完整的自然资源数据。

数据更新

建立完善自然资源“一张图”数据更新机制，依托自然资源调查和空间规划任务，持续通过汇交更新方式获取最新自然资源现状调查及规划数据，通过业务办理凭条动态更新获取自然资源管理业务数据，通过共享更新方式实时获取发改、环保、住建、交通、水利、农业等部门的相关信息，同时通过网络爬取方式，获取最新的社会网络、舆情数据，为自然资源调查监测评价、监管决策、互联网+政务服务提供信息和服务支撑。

构建“海陆空、地上下”实景三维

实时大数据是未来目标

自然资源二维管理的局限

自然资源二维管理的局限

自然资源部管理对象主要包括土地、矿藏、水流、森林、山岭、草原、滩涂、荒地等，自然资源本身具有三维形态，单要素的资源管理方式并不能完全满足当前的管理需求，如在自然资源确权登记、空间规划以及自然资源监管等方面只是通过二维管理存在一定的难点或问题：

首先，在自然资源确权登记方面，矿产资源（地下矿产与地表矿产）、水流资源（水面、水中、水底、底土）存在自然资源的权利在空间是互相交错的情况，在二维投影上的拓扑关系是相交的，但是实际三维空间位置上的拓扑关系是正确的。

其次，在自然资源空间规划方面，传统规划行业的规划依据一般局限于用地、人口、经济等因素，往往会忽略立体空间规划的重要性，导致统一协同机制不能充分发挥，并衍生出大量由于“不合理”规划而造成的城市管理问题，如多规打架、地面沉降、城市景观不协调等。 

最后，在自然资源监管方面，以自然资源中较为复杂的产权体——矿产地质资源开采监管为例，传统矿产资源权利的二维界址图件与材料，很难明确定义采矿权的范围，所以经常发生露天矿产被盗采和过度采矿的情况，导致国家资产被侵吞，也容易发生由于过度采矿造成的山体滑坡等各种生态灾难。

实景三维构建的可能性

随着科技的不断发展, 各个行业的数字化、智慧化成为了必然的趋势，对城市和地上地下空间基础信息的需求与日俱增，需要更加完整、真实以及高精度的空间信息数据来辅助完成各项工作，相对于二维数据，三维模型可以真实地还原目标物全貌，全面地体现客观实际，实现空间数据的直观化和可视化。实景三维模型作为三维空间信息数据，在数字城管、数字公路、智慧公安、智慧铁路等应用中都提供了重要作用，其也将是承载自然资源管理的重要基础。

三维技术突破带来全新功能

早期，三维数据生产主要靠人工建模，导致生产成本很高、生产周期很长、生产的三维数据精度不高，这些也就制约了三维GIS的广泛应用。随着测绘技术的不断发展，新的三维数据获取手段（无人机倾斜摄影技术、机载LiDAR等）也不断涌现，大大降低了三维数据生产的人工成本和时间周期，使得大规模、高精度、低成本数据的获取成为现实，三维应用建设成本大幅降低。除了成本之外，三维技术在以下几点也实现了创新：利用三维实体数据模型，实现从物体表面与形状的表达到内部结构的表达；新型三维数据（倾斜摄影、激光点云）与传统数据（影像、矢量、地形数据、精细模型、地下管线）融合，实现提高了三维场景的建模精度。

新一代信息技术提供重要支撑

移动互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的逐渐成熟让业界具备了海量数据的处理能力。

随着5G时代的到来，通信网络有足够的网络带宽来承载实景三维内容，信息显示从二维向三维过渡，这将成为一个不可逆转的趋势。云计算、大数据的应用促使存储器和服务器运算能力的提高，为自然资源实景三维海量数据存储、处理和传输带来了极大的便利；而随着新一代人工智能技术的迅猛发展和广泛应用，必将对城市规划和社会治理带来巨大变革。

动态实时监测更是有效手段

在构建的自然资源二维“一张图”和自然资源实景三维的基础上，逐步建立全面感知的自然资源监测体系。利用卫星、无人机、传感器、物联网、视频监测等现代遥感和监测技术，结合云计算、大数据、人工智能等关键技术，构建自然资源动态智能监管，把自然资源现状数据、规划数据、管理数据和监测采集数据进行深度融合，构筑“天上看、地上查、视频探、网上管”的综合立体监管体系，实现对国土空间的全时、全域、全要素立体监控。

天上看

利用高分辨率正射卫星遥感影像，整合现状数据、规划数据、管控数据，通过年度数据对比，配合现场勘查、核实情况，对用地行为进行全面监测，同时结合无人机航拍监测，实现自然资源的航天、航空遥感动态智能监测。 

地上查

基于移动测量系统和自动化采集汽车等方式进行远程查看、实时定位、实时信息采集，执法巡查人员根据动态监测情况，实地查看发现问题、处置问题。

视频探

综合利用视频探头、无人机航拍等手段实现在线视频监管。可通过视频探头对重点地块建档抓拍，同时进行自动抓图、拼接等，生成全景资源图，也可通过天眼和视频眼的深度结合实现对违规地块的监测，通过对卫片中违规地块进行自动检测识别，关联摄像头抓拍，生成违规地块的图片档案。

网上管

建立自然资源动态智能检测系统，对国土空间规划、土地利用监督、建设项目用地进行批后监管、供后监管和低效利用监管，通过测绘卫星、无人机航测、倾斜摄影、自动化采集汽车和视频探头等“空天地”手段构建智能化辅助分析决策，从而对国土空间规划实施情况、建设用地开工情况、耕地保护目标任务等进行统计分析，为空间规划监督预警、闲置土地处置、耕地动态平衡等提供数据支撑。

在自然资源管理中的应用

自然资源在空间分布上位置不一、形态各异，为满足自然资源管理与服务的全方位需求，实时掌握自然资源现状，最大程度发挥自然资源的综合效益，实景三维模型以其精细、真实、直观、高效的特点，辅助用户准确掌握山水林田湖草的利用现状及其附着物的权属信息，精准定位“陆海空、地上下”空间位置，直观真实地展示自然资源分布情况和应用现状。以实景三维在国土空间规划和不动产登记中的应用为例：

在国土空间规划方面的应用

国土空间规划是一项非常复杂的工作，规划编制需要依托很多辅助资料数据，涉及到相关的事务多。三维实景对于规划方案评估、指标定义以及规划现状和未来的描述等具有突出的实践意义，可为决策者提供更科学、更准确的辅助决策技术支持，满足规划编制、规划选址、规划审批应用的需要。

规划编制：在规划编制阶段通过实景三维，可助于城市规划编制中规定性指标的确定。通过三维模型可以对空间规划编制成果进行推演，同时通过提供逼真的城市三维环境，能够让设计人员在真实的场景中去设计，充分考虑现状建筑环境、山体、水域、道路、绿化等对设计方案的影响，使城市设计更加科学化。

规划选址：集成各类选址所需的辅助信息，同时结合市政地下管线、地形坡度及坡向分析、水淹分析等，对不同的拟建地址在立体空间上进行比较分析。

规划审批：通过三维场景对周围环境进行直观的建筑日照分析、控高分析、视域分析等，可一目了然地判断方案是否与环境能够完美地融合。

在不动产登记方面的应用

不动产登记客体信息本身具备空间性质，因此需要通过不动产登记数据和三维空间数据地上地下的一体化表达，来更直观、更真实地反映不动产及周边地物现状，满足对复杂不动产空间管理和登记的需求。

建筑真三维可视化，直观数据表达：在进行不动产登记时，申请人可以根据实景三维模型快速指认其申请事项涉及的房屋所在楼幢、楼层、住户，快速生成该房屋的“楼幢、楼层、住户”数据，即时登入楼盘表。百姓提交的资料，发证科也能通过三维不动产登记系统立即核对，如有问题，可立即指出，老百姓不用多次来回跑，来回提交材料。将不动产自然属性信息、楼盘表信息、业务信息直观展示于三维模型场景中，将传统二维表达式立体化。

由图查房（地），由房（地）查图，快速落宗关联：首先，地籍调查数据中包含宗地层和房屋层，通过将宗地登记图形数据与实景三维的房屋数据进行叠加，检查图形套合情况，为后续的落宗做准备。其次，实景三维模型与调查信息相关联，做到由图查房（地）、由房（地）查图，快速定位。落宗时，查询显示宗地范围，再根据幢号、坐落地址等，筛选出相应的自然幢，快速建立关联，基于实景三维模型成果进行落宗关联，在统一场景中完成大区域快速落宗关联，加快业务办理速度。

辅助业务办理，提升办事效率：通过实景三维与已有的不动产资料进行关联，在三维模型上点选房、地能调取出与之相关的扫描件，实现纸质档案与电子档案无缝衔接。同时，这些资料能够直接共享到多个部门，节省大量办证时间，缩短办证时限，实现登记能力的提升。

结语

空间三维技术一直都是当今信息化应用领域广泛关注的一个热点。自然资源统一管理须通过整合已有国土资源、海洋、测绘地理等数据，构建“测绘为基、陆海相连”，并相互关联的自然资源数据底板。形成满足当前各级自然资源管理、监管、决策与服务需要，统一标准、相互关联、适时更新的自然资源二维“一张图”。并在此基础上进行升维，充分利用遥感影像、倾斜摄影、激光点云、街景等技术，加快推进各类自然资源、国土空间各类要素的三维实景数据获取，结合其他核心数据库，开展物理空间实体对象的单体化和对象化的仿真建模，建立二三维一体化的自然资源和国土空间三维实景数据库，实现客观世界的大场景三维动态可视化管理，并努力实现动态实时实景可视化。

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来源：南方数码

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