多层次三维地籍产权体模型的语义表达研究

汤开文，文小岳

(1．中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410083;2．长沙市国土资源局，湖南长沙410000)

一、引 言

随着城市建设速度的加快和人口的增加，城市地表土地利用已趋向饱和，人们对土地的利用扩展到对土地纵向空间的利用。登记是不动产物权公示的技术手段，科学合理的登记规则是土地立体使用趋势最至关重要的前提[1〛。而基于二维地表的传统登记将无法清晰地界定不动产的权利空间，从而无法保护人们对三维空间的权利。目前我国面临登记管理三维地籍物的主要困难是：①我国现行登记制度局限于平面概念，《中华人民共和国物权法》(以下简称《物权法》)第136条虽确认了区分建设用地使用权，但是条款过于简单，缺乏可操作性;②房屋、土地分别确权登记，房屋、土地登记机关的分离使得房地的产权主体一致性的原则很难得到执行;③房屋所有权和土地所有权的分离，使房地一体化登记操作复杂。

在三维地籍研究方面，国外学者作了大量的研究，并取得了一些初步成果[2-3]，国内学者则针对我国现行的登记制度，也提出了许多方案。如林亨贵针对房、地分开登记的现状提出了“房地合一”的三维地籍概念模型[4〛;张玲玲以土地和房产等权利实体为基础，给出产权体定义和“房地合一”的表达方式[5〛。为了适应三维地籍的管理，符合2014地籍管理(Cadastre 2014)的设计思路，国际标准地理信息技术委员会(ISO TC211)2009年新修订了土地管理域模型(LAMD)核心类的定义。但当面对日渐增多的地上、地下、室内、室外形式多样的真三维产权实体登记与权利界限确定时，房地分开登记的方法和管理模式在数据信息含量、空间表现、分析能力上的不足越来越明显，且无法准确、完整、真实、直观地反映权利人各自用地的空间范围，无法实现空间产权的明晰化管理[5〛。如何突破我国不动产管理模式，对产权体的定义进行细化，逼真表达各实体对象之间关系，从而建立产权明晰的登记办法，是问题的关键所在。

二、三维地籍产权体的定义

三维地籍产权体是一个与不动产相关的概念，权属独立的不动产产权单元称为产权体，它涵盖了土地和房产空间，是三维登记的客体[5]。其具体定义描述如下：具有固定的地理空间位置或形体，由权属界线(面)封闭的、独立于主体且权利独立的一块空间域(不动产产权单元)，是物质实体和权利的合成体。通常用抽象后实体的几何形体来代表其范围，但与其相关的权利空间则是由相关法律法规来确定和解释。从定义可以看出，产权体具有以下特征：

1)产权体是具有固定地理位置的封闭实体，具有确定的边界。这些边界可能是由现实的自然物围成，如房屋建筑墙体构成的住宅、也可能是由科学的方法来界定的，如地籍宗地的范围由界址点、界址线来标注。

2)产权体是不动产产权单元，是对一定的三维空间或物体的占有(或占用)，或者划分。但在权利上，同二维地籍一样，产权体可以被转让、抵押、继承等，同时和二维宗地一样也可能被分割、合并和重组。

3)产权体并不依赖于地表，可以在地上、地下。

4)产权体是“房地合一”管理中的最小单元。

综上所述，三维地籍产权体可以是一个体宗地、一个套房产，还可以是一个地下车位。具体分为以下几种类型：①基本管理单元，是一个权属单位拥有的产权单元集合，由一个或多个地理上相邻或分开的产权体组成，如一个由多个分布在不同位置的地块构成的农场即为一个基本管理单元;②三维宗地，是土地权属界线封闭的三维空间，依附于地表的三维宗地称为地表宗地体，不依附地表、位于地表以上的三维宗地称为地上体宗地，不依附地表、位于地表以下的三维宗地称为地上体宗地;③三维地籍物，是指占有一定空间的不动产单元物理实体，如房屋、地下建筑物、隧道和地铁、管网等;④分层单元对象，是指地籍物在垂直方向上的产权划分，如房屋分层、地下车库分层;⑤户单元对象，是指地籍物最小产权单元层次划分，如公寓套间、地下车位;⑥ 户附属对象，辅以产权语义等基本属性信息，在三维空间层面上描述房屋建筑物中每一户的附属设施，如阳台、挑廊等;⑦公摊对象，产权单元公摊的基本构成单元。产权体是不动产登记的客体，登记中另外两个重要内容是权属对象和权利人对象。权属对象是描述权利人依法对特定的物享有直接支配和排他的权利，包括所有权、用益物权和担保物权等;权利人(产权主)对象是指依法享有房地产权利的自然人、法人和其他组织。

三、多层次三维地籍产权体的模型

1．概念模型

为了对外彰显土地立体空间权利的存在，本文通过建立一种三维地籍产权体的管理域模型，统一了土地和房产的登记的技术框架。模型以基本管理单元作为产权体、权限和权利人3个核心对象类的逻辑关联与纽带，将产权体划分为不同的细节层次，详细地描述了产权体的空间关系、权属关系、几何关系，如图1所示。

图1 多层次三维地籍产权体的模型

三维地籍产权体从管理上、空间上都存在一定的层次关系，归纳为街坊、三维宗地、三维地籍物、分层单元与户单元5个空间管理层次。

Level 1：该层次主要考虑地籍管理层次模式的水平层面的划分，包括行政界线、主要干道、河流等线状地物封闭的地块，重点细化表示界线范围内的详尽宗地分布信息。

Level 2：该层次是土地管理的基本单元宗地，反映土地利用和权属的详细情况。

Level 3：该层次的基本元素是单产权的三维地籍物实体，没有内部空间的产权实体划分。

Level 4：该层次面向地籍物实体多产权的微观层面，从地籍物的垂直层面入手，对产权进一步明确划分，并以楼层作为房产建筑的基本对象特征层次，辅以几何与语义信息。

Level 5：该层次以房产管理中的最小产权单元划分层次(户)为基础，用于提供详尽、明晰及直观的三维产权表达。

每个产权体划分的层次深度根据产权体的权属情况而定。若一个三维宗地里面没有任何地籍物的存在，只需要划分到第二层次;若有，则需要明细到下一层，直至权属对象是一个单产权体。以房屋地籍物为例，划分层次过程如图2所示。

图2 产权体层次划分过程

三维地籍中的数据量和数据种类繁多，因此，在有限的硬件资源条件下，需要尽可能地提高三维模型的显示速度。多层次三维地籍产权体的模型不仅是土地和房产管理模式的体现，更是提高三维模型显示速度的一个重要途径。

2．空间关系的语义表达

空间关系描述的是空间目标间的相对位置关系，以数学或逻辑的方法区分不同的空间表达。三维地籍产权体在空间层次上存在整体与部分之间的组成、相关等逻辑关系。为便于空间上的整体管理，面向三维产权体管理的空间关系定义为以下几种语义关系，见表1。

定义1 位于关系(locate at)，是指产权体之间在空间位置上存在的包含关系，即部分坐落在整体中的空间关系，在表达独立产权实体自身的同时，可以建立同整体之间的依托关系。

定义2 聚类关系(aggregation)，用于描述基本管理单元与单个产权实体之间的关系，用于表达隶属于同一权利人的各产权实体之间的空间联系，聚类构成完整产权单元主体，进而保证权属的完整性。

定义3 组成关系(composed of)，在空间上强调部分是整体的直接组成单元，整体、部分具有不同的几何特征。

定义4 方位关系(direction of)，在空间上强调三维产权体与地表的上下方位关系。

定义5 依附关系(adhering to)，是指三维产权体的设立是否依附地表的关系表达。

表1 空间概念的语义表达

3．权属关系的语义表达

权利人对象和权限对象与产权体之间有着复杂的关联关系，一个产权体的权利人可能是自然人或组织团体，可能是一个或多个，拥有的权限可能是一种或多种。详尽描述登记实体与权利人之间的权属关系，是不动产登记的主要内容。为明确三维地籍产权体管理对象间的这种产权联系，定义如下产权语义规则，见表2。

表2 权属概念的语义关系

定义1 关联关系(attached to)，产权单元与权利人之间的直接关联关系。

定义2 独占关系(owned of)，产权单元与权利人之间一一对应关系。

定义3 共享关系(shared with)，一组权利人共同享有同一个产权单元的权利关系。

定义4 相邻关系(neighbourhood)，不动产的相邻各方在行使所有权或其他物权时，因相互间应当给予方便或接受限制而发生的权利义务关系。

定义5 成员关系(member of)，权利人和权利人组之间的复合关系，权利人作为对权利人组的一个成员，拥有产权体的一定份额，称为权利份额。

4．几何实体拓扑关系的语义表达

地籍数据建模是针对地籍产权体的实体建模、产权单元和空间分析的语义表达，不但要描述其几何形态，更要描述其拓扑关系。三维数据的几何形态包含5种对象要素：点对象、线对象、面对象、实体对象和组合对象，相应的拓扑基元包括拓扑节点、弧段、面元或三角形和体。在地籍管理中，为了表达一些复杂的产权体，将基元定义为界址点、界址线、界址面(三角形)、体域、产权体，形成层次上的拓扑递进和关联关系(如图3所示)。通过这种层次树关系图，可以将复杂的产权体转换为由简单体构成、体域由界址面构成、界址面由界址线构成、界址线由界址点构成的5组拓扑关系表达。该方法建立起来的拓扑关系明确，层次分明，能大大降低软件法实现难度，并具有较高的空间查询和分析效率。但是，为了建立几何对象间这些空间拓扑关系，需要对模型中的界址点、界址线、界址面和体等作出以下语义规则进行约束：

定义1 共享关系(shared with)，即相邻接的界址线、界址面、体都会分别共享界址点、界址线和界址面。同一界址点可以被多个界址线共享，同一界址线也可以被多个界址面共享。

定义2 不相交关系(non-intersect)，即界址线之间、界址面之间、体域之间不能相交。界址线之间相交时，在交点处增加一个界址点，形成新的界址线;界址面除了相交于公共界址线外，不能有任何的相交关系;体与体不能相交，只能相离或相邻。

定义3 方向性(directivity)，界址线具有方向性，由起点指向终点。

定义4 正负性(plus-minus)，界址面具有正负性，以指向所包围的体域方向为正，远离所包围的体域为负(右手法则)[7〛。

图3 三维几何实体层次关系图

四、试验分析

本文基于Skyline三维软件，以某地地籍数据为例，表达了多层次三维地籍产权体模型。试验中的产权实体类型细分为3类：住宅小区、办公区、综合大楼和骑楼，如图4(a)、(b)所示。其中，宗地1为一个住宅小区，共有140户，140户权利人组成的权利人组对宗地1范围的土地和空间拥有使用权，每个权利人对每一户拥有房产所有权，登记层次到户;宗地2为一个开发公司的办公区权利人，该公司对宗地2范围的土地和空间拥有使用权，对范围内的地籍物拥有所有权，登记层次到栋;宗地3为一个综合大楼，有两层车库、4层商场以及16层住宅，不动产登记时，车库登记到每个车位、商场登记到层、住宅登记到户。

为进一步详细表达基于本文模型的三维地籍管理典型应用，以综合大楼为例建立了详细的模型，图4(c)、(d)、(e)、(f)依次表达三维宗地、三维地籍物、分层单元与户单元4个空间管理细节层次，各层次间建立逻辑关联并集成于三维地籍环境。若张三在该栋建筑物拥有一层商场、一套房产和一个车位，可以通过如下的语义关系描述其产权关系。

1)图4(c)所示为三维宗地，宗地3依附地表，占用了地上与地下两部分空间，宗地3与宗地2有相邻关系——建筑采光权。张三作为权利人组的成员，共享该宗地的空间使用权利，拥有5%的权利份额。

2)图4(d)所示为实际产权中三维地籍物——建筑物，建筑物位于三维宗地范围内，张三与其他权利人组共享建筑物的电梯井所有权。

3)图4(e)所示为分层单元——一层商场，一层商场是整栋建筑物组成部分，张三独占一层商场。

4)图4(f)所示为户单元——一套房产，一套房产是本层单元的组成部分，张三独占该房产单元，与本层的其他权利人组共享该层的走道。张三的一层商场、一套房产和一个车位聚类为一个基本管理单元，张三拥有独占权利。

五、结束语

三维不动产的登记是土地利用立体化管理中迫切需要解决的问题，涉及法律和管理问题，更重要的是技术层面上也存在瓶颈，这虽然已引起各个方面的高度重视，但遗憾的是，到目前为止尚没有完善的方案和成熟的技术。本文根据三维地籍产权体定义，结合土地和房产登记管理的需要，对三维地籍产权体进行了详细的分类表达，建立了多细节层次的表达模型，为三维“房地合一”的管理提供了统一的语义表达，是对现行的不动产管理技术的升级和超越。针对不动产的动态特征，建立三维地籍产权体的动态模型，并研制实用三维空间分析与可视化工具，是后续研究的主要问题。

图4 模型应用图示

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