傅加文 陳夏宮

(1. 佛山市順德區(qū)測(cè)繪地理信息中心, 廣東 佛山 528333;2. 北京山維科技股份有限公司, 北京 102206)

0 引言

國(guó)家、省測(cè)繪主管部門先后發(fā)文,明確提出對(duì)測(cè)繪業(yè)務(wù)進(jìn)行整合,歸口成果管理,推進(jìn)“多測(cè)合并、聯(lián)合測(cè)繪、成果共享”,建立“多測(cè)合一”成果共享互認(rèn)機(jī)制[1]。要求立足已有基礎(chǔ),整合基礎(chǔ)地理等各類空間數(shù)據(jù),構(gòu)建地上地下、陸海相連的自然資源大數(shù)據(jù)體系,形成統(tǒng)一的自然資源三維“一張圖”,完善基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新機(jī)制[2]。提出建立自然資源三維立體時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)和管理系統(tǒng),引導(dǎo)加快推進(jìn)自然資源管理重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)要素三維實(shí)景數(shù)據(jù)和精細(xì)化三維建模。提出打造二三維一體化時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù),為“智慧自然資源”、自然資源三維立體“一張圖”數(shù)據(jù)建設(shè)提供基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)支撐[3]。

1 現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的測(cè)量方法和數(shù)據(jù)管理模式是將地形測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)(不動(dòng)產(chǎn))測(cè)量成果分別單獨(dú)測(cè)量單獨(dú)建庫(kù)存儲(chǔ),單獨(dú)更新測(cè)量,存在多頭重復(fù)測(cè)繪,容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致;房產(chǎn)測(cè)量的分層圖、分戶圖也只是表示了相對(duì)位置的平面圖,沒有真實(shí)的坐標(biāo)和高程,要滿足落宗要求須要人工加軟件處理。而室內(nèi)精細(xì)三維建模采用的是手工建?；蛲ㄟ^三維激光掃描和近景攝影測(cè)量方法[4-9],效率低、成本高;文獻(xiàn)[10]的同步定位和地圖構(gòu)建(simultaneous localization and mapping, SLAM)技術(shù)的應(yīng)用,使室內(nèi)三維生成效率有很大的提高,但其制作成本太高,對(duì)技術(shù)和設(shè)備要求高,目前大面積推廣使用困難。

如能采用一種測(cè)繪生產(chǎn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法,將地形、地籍和房產(chǎn)(不動(dòng)產(chǎn))測(cè)繪成果采用相同的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在同一數(shù)據(jù)庫(kù)成為“一張圖”,充分利用存量測(cè)繪成果和日常審批的房屋測(cè)繪成果,使房屋分層、分戶圖的每個(gè)空間要素均有真實(shí)三維坐標(biāo),即滿足不動(dòng)產(chǎn)登記的落宗要求,又能方便、快速生成房屋的室內(nèi)外三維模型,將會(huì)極大地提高工作效率,也切合上級(jí)文件精神,本文就此構(gòu)想進(jìn)行探討。

2 技術(shù)路線

地形、地籍圖的房屋測(cè)繪方法也按照房產(chǎn)測(cè)量分層平面圖的繪制方法,對(duì)房屋進(jìn)行分層水平切片表示,切片上每個(gè)點(diǎn)都有真實(shí)的坐標(biāo),并賦層高,再加上房屋地面高程得到切片高程。分層切片圖的每個(gè)點(diǎn)就都有了真實(shí)三維坐標(biāo)x、y、z。房產(chǎn)分層平面圖在這些平鋪的分層切片數(shù)據(jù)上繪制生成,則房產(chǎn)分層、分戶圖的每個(gè)點(diǎn)都有真實(shí)三維坐標(biāo)。將房屋的每一要素在屬性中設(shè)置戶、層、邏輯幢、自然幢、宗地標(biāo)識(shí)碼,使房屋每一要素歸戶、歸層、歸幢,不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪時(shí)再歸到某一宗地,實(shí)現(xiàn)要素的歸一化組織管理。將組織好的有真實(shí)三維坐標(biāo)的所有房屋要素和地形、宗地界線存儲(chǔ)在同一圖塊,入庫(kù)時(shí)一同入庫(kù)到房地合一的“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)[12]。該數(shù)據(jù)庫(kù)用接口軟件、定時(shí)任務(wù)等方式給不動(dòng)產(chǎn)登記系統(tǒng)、地形圖應(yīng)用等系統(tǒng)提供共享數(shù)據(jù),利用室內(nèi)三維建模軟件,將按標(biāo)識(shí)碼組織好的房屋數(shù)據(jù),順次生成室內(nèi)三維模型,通過接口實(shí)現(xiàn)在公共服務(wù)平臺(tái)三維展示,關(guān)聯(lián)不動(dòng)產(chǎn)登記信息形成地上地下室內(nèi)外一體三維可視化管理系統(tǒng)[13]。

2.1 建立1∶500信息化地形“一張圖”庫(kù)

利用存量1∶500數(shù)字化地形圖數(shù)據(jù)整理成1∶500信息化地形圖“一張圖”庫(kù)。其中房屋空間位置數(shù)據(jù)的整理,參照房產(chǎn)分層圖的表示方式,將房屋分層水平切片,然后疊加表示。設(shè)置房屋建基線、建成房屋線(首層外輪廓線)、架空房屋線(首層以外地上、地下各層的外輪廓)、陽(yáng)臺(tái)線、分間線,門、窗定位線等圖形要素編碼,每一要素編碼對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性表,屬性表中記錄有該要素的唯一標(biāo)識(shí)碼FertureGUID、房屋標(biāo)志碼FWGUID、紋理ID、坐標(biāo)和高程(X、Y、Z)、高度、層高、層次、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間等詳細(xì)的信息,一幢房屋一個(gè)FWGUID,同一幢房屋的全部要素FWGUID相同。房屋疊加表示,也可通過軟件平鋪、三維模型(白模)輸出展示。

2.2 真三維實(shí)際坐標(biāo)存儲(chǔ)

在信息化地形圖基礎(chǔ)上,加入真實(shí)坐標(biāo)的宗地界線、自然幢,利用房屋分層分戶的房產(chǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行落宗處理,實(shí)現(xiàn)地籍界線、房屋分層分戶數(shù)據(jù)在空間上與地形圖合為同一庫(kù),實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)戶、層、樓、地的真三維坐標(biāo)存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)單元空間屬性實(shí)體化,完成地形地籍房產(chǎn)三庫(kù)合一有三維坐標(biāo)的二維“一張圖”庫(kù)[14]。

不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪成果落宗處理要解決空間要素位置正確,同時(shí)要為地、樓、層、戶空間要素和屬性信息的歸一化管理做準(zhǔn)備。房產(chǎn)數(shù)據(jù)空間要素屬性表中,基本屬性設(shè)置坐標(biāo)屬性字段點(diǎn)號(hào)、X、Y、Z,擴(kuò)展屬性設(shè)置有宗地標(biāo)識(shí)碼ZDGUID、自然幢標(biāo)識(shí)碼ZRZGUID、邏輯幢標(biāo)識(shí)碼LJZGUID、樓層標(biāo)識(shí)碼LCGUID、戶標(biāo)識(shí)碼HGUID。通過落宗工具軟件配合,將X、Y、Z賦予真實(shí)坐標(biāo)、高程值即完成位置落宗,將宗地、自然幢、邏輯幢、樓層、戶的標(biāo)識(shí)碼歸一化正確賦值,如同一宗地中的要素ZDGUID賦值相同,同一戶的要素HGUID賦值相同,完成地樓層戶的空間要素的歸一化,這樣落宗處理后要素的位置正確、歸屬清晰。

利用日常測(cè)繪業(yè)務(wù)審批入庫(kù)收集的地形修補(bǔ)測(cè)、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量等測(cè)繪成果的地、樓(幢)、房屋分層分戶等數(shù)據(jù)[15-16],使用已有的測(cè)繪成果管理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新功能,動(dòng)態(tài)更新三庫(kù)合一“一張圖”庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)同步共享不動(dòng)產(chǎn)登記系統(tǒng),滿足不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記需要。也為室內(nèi)三維模型自動(dòng)建模及動(dòng)態(tài)更新打下基礎(chǔ)。

2.3 地上地下空間一體的室內(nèi)三維

在三庫(kù)合一“一張圖”基礎(chǔ)上,通過開發(fā)三維自動(dòng)建模工具,以幢為單位自動(dòng)生成室內(nèi)外三維單體模型(白模),建立房屋地上地下空間一體的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)[17],并建立與不動(dòng)產(chǎn)單元屬性的關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)多視角展示房產(chǎn)分布、樓盤外觀和室內(nèi)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)精確的樓盤定位查詢,實(shí)現(xiàn)以圖管不動(dòng)產(chǎn),圖、屬、檔二三維一體化聯(lián)動(dòng)顯示和統(tǒng)一管理。

白模沒有紋理與具體室內(nèi)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和室內(nèi)擺設(shè),不需美觀展示需要的,直接使用白模,如房產(chǎn)管理;如有美觀展示要求的,可將三維白模進(jìn)行美化,主要包括賦予模型貼圖紋理、增加門窗結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)與貼圖、增加室內(nèi)家具擺設(shè)與裝飾等。白模及白模美化后的室內(nèi)效果見圖1和圖2。

圖1 白模

圖2 白模美化后的室內(nèi)效果

2.4 室內(nèi)三維與傾斜模型集成管理

在時(shí)空信息云平臺(tái)中建立的大場(chǎng)景基礎(chǔ)上,通過平臺(tái)點(diǎn)擊查詢傾斜三維模型的空間坐標(biāo),投影到地形的房屋面,識(shí)別出房屋唯一標(biāo)識(shí)碼,根據(jù)房屋唯一標(biāo)識(shí)碼關(guān)聯(lián)到室內(nèi)模型(白?；蛞呀?jīng)美化的白模),實(shí)現(xiàn)與傾斜三維實(shí)景模型的集成管理與顯示[18-19]。室內(nèi)三維與傾斜模型集成管理展示見圖3。

圖3 室內(nèi)三維與傾斜模型集成管理展示圖

三維管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括室內(nèi)模型、室外模型、地下管線模型、地形大場(chǎng)景等,通過鎮(zhèn)街、村居的目錄組織結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)(XPL2、3DML、MPT等),通過時(shí)空信息云平臺(tái)進(jìn)行綜合展示,形成完整的地上、地下、室內(nèi)、室外一體的三維“一張圖”展示應(yīng)用系統(tǒng),并可和二維成果疊加顯示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 真三維一體化存儲(chǔ)技術(shù)

將房屋分層和分戶數(shù)據(jù)類型定義為“空間要素”,層和戶作為空間數(shù)據(jù),與空間對(duì)象一一對(duì)應(yīng),使分層和分戶要素實(shí)現(xiàn)空間實(shí)體化管理。真實(shí)空間位置分層切片技術(shù),基于模板定制、符號(hào)化渲染,將地上、地下空間要素以真三維坐標(biāo)方式進(jìn)行存儲(chǔ),確保了不動(dòng)產(chǎn)定著物的唯一性及房產(chǎn)數(shù)據(jù)的三維瀏覽查詢,為空間定位、面積計(jì)算等權(quán)屬定性定量提供精準(zhǔn)依據(jù),同時(shí)利于后續(xù)變更為三維可視化權(quán)籍管理。

(1)房地一體化的存儲(chǔ)。房屋分層分戶要素按真三維實(shí)際坐標(biāo)采用房地一體化的存儲(chǔ)模式,實(shí)現(xiàn)空間對(duì)象與權(quán)屬的一體化存儲(chǔ),將房產(chǎn)圖形繪制在對(duì)應(yīng)宗地范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)地、樓、層、戶真正意義上的落宗,實(shí)現(xiàn)真正三維成果的生產(chǎn)與保存。房屋分層平鋪表示時(shí)可進(jìn)行分間繪圖編輯,構(gòu)面,面積塊屬性添加,面積計(jì)算等。編輯完成后可平鋪顯示,分層分戶輸出,也可疊加顯示輸出,也可三維顯示。這種地、幢、房屋分層分戶要素一致的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),使得作業(yè)人員在一個(gè)平臺(tái)中可獲取所有不動(dòng)產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù),提高生產(chǎn)效率。突破了不動(dòng)產(chǎn)單元空間表達(dá)技術(shù),實(shí)現(xiàn)地下、地上空間權(quán)屬在三維模型上的表達(dá)與管理。宗地、自然幢、層、戶數(shù)據(jù)在空間坐標(biāo)上實(shí)現(xiàn)房地一張圖,房產(chǎn)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)共享直接與其他數(shù)據(jù)源疊加,實(shí)現(xiàn)房地?cái)?shù)據(jù)的三維可視化交互查詢和展示,且更加精準(zhǔn)和直觀,保證不動(dòng)產(chǎn)登記精細(xì)化、精準(zhǔn)化、信息化以及成果的共享應(yīng)用。地、樓、層、戶空間信息對(duì)應(yīng)關(guān)系圖見圖4。

圖4 地、樓、層、戶空間信息對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

(2)層、戶、面積塊真三維坐標(biāo)存儲(chǔ)。層、戶、面積塊采用真實(shí)空間三維坐標(biāo)存儲(chǔ),可以分樓層開關(guān),平鋪方式和三維立體方式瀏覽查看房屋分層數(shù)據(jù),建立了室內(nèi)三維空間的“容器”,為今后的室內(nèi)三維技術(shù)以及與建筑信息模型(building information model,BIM)技術(shù)對(duì)接提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ);房屋分層分戶要素與不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍?dāng)?shù)據(jù)一體化存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)每個(gè)不動(dòng)產(chǎn)單元都有空間實(shí)體對(duì)應(yīng),實(shí)現(xiàn)以圖管不動(dòng)產(chǎn)目的?？芍苯永们衅M(jìn)行自動(dòng)三維精準(zhǔn)建立白模,面向三維服務(wù)。

(3)二維、三維一體化存儲(chǔ)與權(quán)籍信息、實(shí)景三維融合。不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍?dāng)?shù)據(jù)和房產(chǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù)的二維三維一體化存儲(chǔ),使不動(dòng)產(chǎn)要素空間實(shí)體化,再結(jié)合二維數(shù)據(jù)三維符號(hào)化,使空間數(shù)據(jù)成為立體形象,數(shù)據(jù)成果可量測(cè)查詢且數(shù)據(jù)成果可與實(shí)景三維、地下管線數(shù)據(jù)融合。

(4)房屋三維模型生成的基本單元。以層,戶,公共區(qū)域?yàn)閱卧?精確表達(dá)房屋的墻(柱),房間,門,窗,地板,天花板等模型,采用二維、三維數(shù)據(jù)一體化管理技術(shù),基于真實(shí)坐標(biāo)存儲(chǔ)二維房產(chǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù),自動(dòng)參數(shù)化生成房屋的真三維精細(xì)模型。

3.2 全自動(dòng)化建模技術(shù)

軟件支持全自動(dòng)生成真三維模型,在生成模型前,需對(duì)分戶墻、分間墻、陽(yáng)臺(tái)、門、窗等數(shù)據(jù)進(jìn)行歸戶處理,實(shí)現(xiàn)一個(gè)樓層的模型數(shù)據(jù)每個(gè)不動(dòng)產(chǎn)單元戶形成一個(gè)模型文件,樓層除戶外的其他公共區(qū)域形成一個(gè)整體模型文件。執(zhí)行歸戶處理后,屬于戶套內(nèi)的墻、陽(yáng)臺(tái)、門、窗等均與所屬戶關(guān)聯(lián)。

創(chuàng)建房屋分層公共區(qū)域模型,獲取所有墻、陽(yáng)臺(tái)、門、窗等矢量數(shù)據(jù),根據(jù)層高、墻厚度等屬性信息,以樓層中心點(diǎn)坐標(biāo)為基點(diǎn),自動(dòng)創(chuàng)建模型實(shí)體,形成一個(gè)樓層為一個(gè)模型文件的樓層公共區(qū)域模型。針對(duì)門、窗,需要對(duì)墻體進(jìn)行開洞處理,對(duì)于陽(yáng)臺(tái)需根據(jù)是全封閉或者半封閉,分別對(duì)墻進(jìn)行不同高度的自動(dòng)化拉伸。

以戶為單位,將墻(柱)、陽(yáng)臺(tái)、門、窗根據(jù)層高、墻厚屬性,以戶中心點(diǎn)為基點(diǎn),自動(dòng)創(chuàng)建模型實(shí)體,形成一個(gè)戶一個(gè)模型文件。針對(duì)門和窗戶,需要對(duì)墻體進(jìn)行開洞處理,對(duì)于陽(yáng)臺(tái)需根據(jù)是全封閉或者半封閉分別對(duì)墻進(jìn)行不同高度的拉伸。

二維、三維一體化數(shù)據(jù)庫(kù)可二維分層顯示、三維模型顯示、三維分層分戶顯示、權(quán)籍信息查詢顯示,空間對(duì)應(yīng)關(guān)系,見圖5。

圖5 二維、三維一體化數(shù)據(jù)庫(kù)空間對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

3.3 多源三維格式派生技術(shù)

公共服務(wù)平臺(tái)三維展示系統(tǒng)采用的是基于網(wǎng)絡(luò)的三維地理信息云服務(wù)平臺(tái)(Skyline),平臺(tái)對(duì)三維模型數(shù)據(jù)采用Skyline特有模型格式XPL2模型文件加樓層代理點(diǎn)和戶代理點(diǎn)的方式管理。三維建模與平臺(tái)的接口需要解決初始建庫(kù)和日常增量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新兩種方式的數(shù)據(jù)對(duì)接?？梢暂敵鯴PL2、3DS、OBJ、FBX等通用三維模型格式,支持ArcGIS、超圖SUPERMAP、Skyline平臺(tái)應(yīng)用。數(shù)據(jù)分類組織見表1。

表1 數(shù)據(jù)分類組織

4 應(yīng)用結(jié)果與分析

(1)以“房地合一真三維實(shí)際坐標(biāo)存庫(kù)與共享技術(shù)”為核心,在順德不動(dòng)產(chǎn)存量數(shù)據(jù)整理項(xiàng)目中使用,將存量不動(dòng)產(chǎn)資料整理融合到1∶500地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)中,形成地形、地籍、房產(chǎn)三庫(kù)合一的“一張圖”庫(kù),利用順德已有的測(cè)繪成果動(dòng)態(tài)更新系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了“一張圖”庫(kù)日常的動(dòng)態(tài)更新,滿足房地合一落宗要求,實(shí)現(xiàn)了和不動(dòng)產(chǎn)登記系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通,空間數(shù)據(jù)推送到不動(dòng)產(chǎn)登記系統(tǒng)和權(quán)籍信息融合,較順利地完成了不動(dòng)登記數(shù)據(jù)的匯交工作,便利了不動(dòng)產(chǎn)日常管理。在此基礎(chǔ)上建立了房屋地上地下空間一體的室內(nèi)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)真三維可視化不動(dòng)產(chǎn)登記管理。室內(nèi)三維模型及分戶圖屬性信息通過佛山市自然資源局時(shí)空信息云平臺(tái)順德分平臺(tái)綜合展示。

(2) “房地合一真三維實(shí)際坐標(biāo)存庫(kù)與共享技術(shù)”是順德測(cè)繪成果管理系統(tǒng)的主要核心部分,是利用日常審批收集的測(cè)繪業(yè)務(wù)成果對(duì)“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)和室內(nèi)三維模型動(dòng)態(tài)更新的關(guān)鍵技術(shù),啟用以來,體現(xiàn)出便利、高效、經(jīng)濟(jì)的效果,室內(nèi)三維模型可實(shí)現(xiàn)與日常審批測(cè)繪業(yè)務(wù)成果同步更新。

(3)室內(nèi)三維模型生成,依賴的是房屋分層切片數(shù)據(jù)、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪分層分戶數(shù)據(jù),目前1∶500地形圖、“多測(cè)合一”“聯(lián)合測(cè)繪”等測(cè)繪業(yè)務(wù)規(guī)范,對(duì)房屋內(nèi)的門、窗、柱、間墻的表示沒有要求,生成的室內(nèi)三維模型缺少這些細(xì)節(jié)表示,后期如需美化,工作量較大,需相關(guān)部門達(dá)成共識(shí),不斷完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

房地合一真三維實(shí)際坐標(biāo)存庫(kù)與共享技術(shù)的應(yīng)用,解決了對(duì)不動(dòng)產(chǎn)分層分戶數(shù)據(jù)落宗問題,實(shí)現(xiàn)房屋分層分戶數(shù)據(jù)在空間上可與地形圖、影像圖疊加顯示,實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)地、樓、層、戶的真三維坐標(biāo)存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)單元空間屬性實(shí)體化?；谡鎸?shí)坐標(biāo)存儲(chǔ)的二維房屋分層數(shù)據(jù),通過三維自動(dòng)建模工具,自動(dòng)生成房屋的室內(nèi)外三維模型,并建立不動(dòng)產(chǎn)單元屬性與三維模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)多視角展示房產(chǎn)分布、樓盤外觀和室內(nèi)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)精確的樓盤定位查詢,實(shí)現(xiàn)以圖、屬、檔、二維、三維一體化聯(lián)動(dòng)顯示和統(tǒng)一管理不動(dòng)產(chǎn)。利用日常審批收集的測(cè)繪業(yè)務(wù)成果,動(dòng)態(tài)更新三庫(kù)合一的“一張圖”庫(kù),每天根據(jù)當(dāng)天增量房屋分層分戶成果同步實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維模型的動(dòng)態(tài)更新,是建設(shè)室內(nèi)模型經(jīng)濟(jì)高效的一種途徑。不足之處在于門、窗、柱細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)不全,后期美化工作量較大,和其他技術(shù)手段生成的三維模型的完美融合也有待進(jìn)一步完善。