李春霞

（北京地星偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100080）

傳統(tǒng)的二維不動產(chǎn)管理方式，難以表達(dá)建筑與地面上下要素等其他實體間的錯綜復(fù)雜關(guān)系，無法直觀、立體展現(xiàn)不動產(chǎn)單元分層分戶空間關(guān)系，難以滿足如今國內(nèi)外關(guān)于三維不動產(chǎn)的需求。目前國內(nèi)有基于不動產(chǎn)精細(xì)化管理，采用BIM 模型表達(dá)建筑對象，建立房地一體化系統(tǒng)研究[1]；基于CityEngine 建立建筑三維建模[2]；基于傾斜攝影技術(shù)的不動產(chǎn)三維模型[3]；以及針對古建筑建立三維模型[4]等技術(shù)。

數(shù)字化建模依賴空間數(shù)據(jù)信息，所以信息獲取過程對數(shù)據(jù)質(zhì)量高低存在關(guān)鍵影響。傳統(tǒng)地圖數(shù)字化獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量存在一些不確定性因素[5]，數(shù)字化后地圖精度通常不會高于原圖精度[6]，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以得到有效控制。本文采用了COGO數(shù)字化方法采集建筑數(shù)據(jù)，按照分層分戶方式對大比例尺房產(chǎn)圖空間數(shù)據(jù)展開采集，用于后期建立三維建筑單體化模型。本文選取了美國佛羅里達(dá)州的派內(nèi)拉斯縣（Pinellas）一棟建筑，闡述了三維數(shù)據(jù)數(shù)字化采集方法與流程。

圖1

1 空間和結(jié)構(gòu)

1.1 空間

空間（Space）是記錄建筑內(nèi)部空間信息，區(qū)分建筑內(nèi)各不同功能性空間的位置、大小、方向等信息，采用多邊形（Polygon）要素方式進(jìn)行描述。按照建筑功能性特征，Space包含空間類型、子類型、樓層數(shù)、面積、樓高、海拔高度等字段內(nèi)容。

1.2 結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)（Structure）與空間屬于共生關(guān)系，記錄空間的每一條線狀結(jié)構(gòu)，采用線段（Polyline）要素方式進(jìn)行描述。Structure 屬性信息表，包含結(jié)構(gòu)的類型、層數(shù)、高度等。

2 三維信息采集

2.1 預(yù)處理

地圖數(shù)字化的目標(biāo)是將紙質(zhì)資料（或其他）轉(zhuǎn)化成計算機(jī)可識別的數(shù)據(jù)，可將紙質(zhì)資料掃描成電子圖件，掃描過程中DPI 不低于300。

2.1.1 資料收集。掃描后的建筑平面圖件，格式為pdf；能夠包裹建筑的宗地（Parcel）矢量文件，格式為Shapefile；其他資料。

2.1.2 圖件轉(zhuǎn)換。將掃描件轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)，按照TIF 格式分層存放，后期需要展開地理配準(zhǔn)并讀取圖中標(biāo)注信息，保證轉(zhuǎn)換后圖片足夠清晰。

2.1.3 使用軟件。數(shù)字化主要使用ArcGIS10.5 以上版本中的Georeferencing 和COGO 模塊，建模主要采用ArcPro。

2.2 地理配準(zhǔn)

利用建筑所在位置示意圖和所處宗地矢量文件，采用Georeferencing 功能模塊，對建筑圖紙進(jìn)行地理配準(zhǔn)；確定建筑在宗地中位置，將建筑由底層至上層依次進(jìn)行空間校準(zhǔn)，獲取建筑所在地理坐標(biāo)信息。

2.3 COGO 地圖數(shù)字化

2.3.1 繪制新宗地（Parcel）。由于一個宗地內(nèi)部存在多幢建筑情況，所以會出現(xiàn)宗地大小與建筑指示圖指引范圍不完全對應(yīng)。例如宗地范圍大于本幢建筑的外部范圍線，需要重新創(chuàng)建本建筑對應(yīng)的宗地范圍，以便于提高數(shù)據(jù)采集精度。

COGO 方法：創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫（gdb）模板，并命名為Parcel Fabric。編輯數(shù)據(jù)庫文件，選擇新建parcel 功能，新建文件命名為宗地（Parcel），COGO 完成的點、線要素，最后可轉(zhuǎn)化成面狀文件。

（1）點擊Select Parcel Features 創(chuàng)建新的宗地，Parcel Detail 中的屬性（Properties）列下面中Name 定義為Parcel，Type 設(shè)置為0（此處0 和1，是為區(qū)分后期數(shù)據(jù)是否導(dǎo)出）。

（2）打開線（Lines）列，點擊工具construction Tools，確定第一個控制點位置，控制點的方位和距離按照圖上標(biāo)記輸入。如在表格中方位（Bearing）列輸入：S3-03-07E ，距離（Distance）列輸入：124.28，這里的方位單位為度（°）分（′）秒（″），距離單位為英尺（Ft）；第一個控制點會自動跳轉(zhuǎn)到第二個控制點，依次類推，輸入各控制點方位和距離，形成閉合線路；通常最后一個點會自動閉合到第一個控制點，如果不能自動閉合則采用手動方式閉合。

（3）控制點閉合后，檢查采集閉合誤差是否滿足要求，同時自動計算面積。圖2 中Misclose 等于0.021，滿足精度要求，面積為21152 平方英尺。

圖2 COGO 新宗地圖

（4）選擇Keep and Join 工具，自動生成新宗地范圍。其他環(huán)節(jié)的COGO 方法同上。

（5）對照新的宗地矢量范圍，重新對tif 圖進(jìn)行配準(zhǔn)，此步驟目的為提高地理配準(zhǔn)精度。

2.3.2 COGO 建筑腳線。勾畫建筑的最外圍線（腳線），命名為footprint。按照建筑角線標(biāo)注的方位和距離，確定一個控制點為起點，兩點之間按照±90 度或±45 度方法，計算下一點的方位信息，直至首尾兩點自動封閉，如圖3。建筑腳線的形狀通常與建筑2 層外圍一致，后期通過GIS 空間分析工具處理兩層之間公共區(qū)域及墻體部分，保證層與層之前外圍墻面的垂直性和連續(xù)性。

圖3 COGO 建筑腳線

2.3.3 檢查控制點的精度。建筑平面圖中“TIE”標(biāo)記了控制點到宗地“北”、“東”兩個方向距離，在對應(yīng)的控制點位置添加控制線，檢查建筑腳線在宗地中位置精度，通常添加3個控制點的連接線即可完成，如圖4 所示。

圖4 檢查控制點精度

如COGO 形成的控制線到宗地線兩邊能完全套合則無需移動腳線位置；不能套合則需要利用transform parcel工具對COGO 形成的點線要素進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn)和平移，直到移動到相對準(zhǔn)確的位置。此步驟是為了提高建筑在宗地中空間位置的相對準(zhǔn)確性。

2.3.4 建筑分層分戶COGO。不動產(chǎn)估價過程戶型結(jié)構(gòu)和套內(nèi)建筑面積是非常重要參考因子，為了確保單元（戶）內(nèi)結(jié)構(gòu)和面積準(zhǔn)確性，所有單元（戶）內(nèi)部均需要COGO；而電梯、大廳、休息室等公共區(qū)域可以提供參考位置，為了提高效率可以采用其他方式。

以內(nèi)墻為邊界COGO 戶內(nèi)部分，計算套內(nèi)面積，但是注意起始控制點應(yīng)與上層控制點重合，要扣除外墻的厚度。

對同一層存在多個單元的情況下，需對每個單元COGO，不同單元之間的墻體不計算在單元面積內(nèi)。

2.3.5 分割非單元區(qū)域。單元（戶）以外的電梯、設(shè)備間、墻體等公共區(qū)域，可對照配準(zhǔn)后的分層分戶平面圖進(jìn)行面狀分割。

如利用2 層單元（戶）與腳線部分進(jìn)行切割，留下非重合區(qū)域作為2 層公共區(qū)域，再行細(xì)化。打開parcel 文件屬性表，選擇2 層所有單元圖形（因為其他區(qū)域沒有COGO）；點擊Parcel Explorer 工具，全選本層所有單元；使用Parcel Remainder 工具進(jìn)行疊加分析，細(xì)化出2 層的公共區(qū)域。

使用ArcGIS 中的Feature Class to Feature Class 工具，將面狀輸出至Space 模板中。如圖5 所示。

圖5 圖形分割工具（Remainder）

2.3.6 完善空間屬性信息。分層細(xì)化完成后添加空間要素屬性信息，包括Unit Number（單元號）、Floor（樓層）、Space_Type(空間類型)、Area（面積）等。依此類推，直至建筑內(nèi)所有空間屬性信息采集完成。

2.3.7 生成結(jié)構(gòu)及完善信息。COGO 過程中形成的線（line）要素，直接導(dǎo)出到Structure 模板中；在窗戶的位置需要使用“split Tool”打斷線，分別完善結(jié)構(gòu)各處屬性信息。

2.4 數(shù)據(jù)整合入庫

建筑所有樓層信息采集完成，最終形成空間和結(jié)構(gòu)要素數(shù)據(jù)庫。

3 三維效果展示

建筑空間數(shù)據(jù)信息采集完成后，利用ArcPro 等軟件建立白模，完成單體化模型建設(shè)。三維模型可以提供GIS 空間查詢與分析、通視分析、空域分析、日照分析、面積統(tǒng)計、戶型查詢、空間測算等功能，可根據(jù)用戶不同需求進(jìn)行后續(xù)加工處理，也可在白模上貼入紋理照片，制作逼真的場景效果圖，如圖6～9。

圖6 建筑外部整體三維效果圖

圖7 模型（分層分戶）查詢、分析功能

圖8 建筑內(nèi)部（分層）線狀效果圖

圖9 建筑內(nèi)部（分層）面狀效果圖

4 結(jié)論

2021 年8 月，自然資源部印發(fā)了《實景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱(2021 版)》，文中提到用于精細(xì)化管理的城市級實景三維建設(shè)，不動產(chǎn)三維可視化管理技術(shù)，模型的精確性和高效性很重要[7]，建立精細(xì)模型越來越有必要。

本文詳細(xì)闡述了COGO 數(shù)字化信息采集的流程，為建筑精細(xì)三維模型提供了新思路，得出主要結(jié)論如下：

4.1 傳統(tǒng)手工數(shù)字化地圖采集方法對房產(chǎn)戶型結(jié)構(gòu)圖紙質(zhì)量的依賴性較大，資料一旦存在變形或殘損，則降低采集精度或出現(xiàn)結(jié)果失真，且?guī)缀渭m正質(zhì)量也會影響數(shù)字化采集準(zhǔn)確性；而COGO 數(shù)字化方法，對幾何糾正精度或圖紙掃描質(zhì)量依賴度較低，基本不受影響，數(shù)字化精度、準(zhǔn)確性較高。

4.2 起點與終點閉合后，自動計算圖形閉合誤差，及時檢驗和提示圖形發(fā)生的錯誤，減少累積誤差，比傳統(tǒng)手工數(shù)字化中人工檢查效率和準(zhǔn)確性更高。

4.3 在傳統(tǒng)手工數(shù)字化線段過程中，為保持整面墻體是直線，在墻體連接拐點處需要對直線進(jìn)行打斷處理；而COGO 數(shù)字化方法生成的線要素成果，在結(jié)構(gòu)線段上不同屬性處每都會自行斷開，減少大量人為打斷線工作。

4.4 COGO 在兩條線的連接控制點處，通過加減90°或45°的方法繪制建筑直角和斜角，采用弧度、半徑計算方式繪制弧線，采集結(jié)果高度還原了建筑的美觀度，增加了觀賞性。

4.5 采集過程中能夠同時生成點、線、面三種要素，滿足不同用戶不同需求。

4.6 COGO 方法要求圖紙資料具備方位、長度等信息，更適用于大比例尺場景單體化精細(xì)建模；對于小比例尺場景建筑群體建模，耗費人力成本較高，建模速度較慢，比較難以大范圍批量采用；另外本法操作方法復(fù)雜，對于人員技術(shù)要求較高。

最后，三維模型數(shù)據(jù)是數(shù)字城市建設(shè)中的重要成果，本文對不動產(chǎn)三維模型數(shù)據(jù)采集方法的闡述，為我國智慧城市以及實景三維建設(shè)提出一種方法。