不动产空间数据二三维一体化存储设计与应用探讨

陈泽鹏，万宝林，李 清

(1. 广东省国土资源技术中心，广东 广州 510075； 2. 北京瑞奥时代科技发展有限公司，北京 100089)

按照不动产管理部门的不同，我国以往的不动产登记分别由不同的部门实施，处于分散化管理的状态，基本上采用基于二维平面的管理体系。为进一步规范房地产市场和相关的不动产管理，国家一直推行统一的不动产登记制度。2007年《物权法》颁布时就明确了国家对不动产实行统一登记制度，2013年，根据国务院机构改革和职能转变方案，由当时的国土资源部负责指导监督全国土地、房屋、草原、林地、海域等不动产统一登记职责，基本做到登记机构、登记簿册、登记依据和信息平台四统一。

由于不动产权利包括土地所有权、土地使用权、建筑物所有权、宅基地使用权、国有林地使用权、草原草场承包权、国有林地承包权、海域使用权等，无不基于对空间及边界的准确定位，要求不动产统一登记必须建立在精确的地理信息系统上。近年来，地理信息技术已经广泛应用于房地产管理中，从最初的二维地理信息系统，正逐步过渡到三维地理信息系统的管理中。三维地理信息系统可以利用高分辨率卫星影像、航空像片及数字高程模型生成地表三维模型，再叠加空间矢量数据、地物兴趣点及三维建筑物模型数据，形成区域或城市的可视化三维数字景观，可以更加直观和可视化地用于不动产登记管理中，从而提高政府的决策水平[1]。

1 现状需求

地理空间信息的二三维一体化联动表达是目前GIS应用的发展方向，也是地理信息产业中的热门话题，国内外围绕GIS二三维一体化的应用展开了多知识点、多设计模式的深入研究。文献[2]对二三维空间数据的组织结构进行了分析，详细研究了地形和地物一体化组织方法，随后又提出了一种针对基于文件系统和关系数据库的二三维一体化的数据组织结构，进行了数据组织与存储的相关工作。文献[3]对地物采用基于规则(CityEngine CGA)的三维建模技术提出了二三维一体化解决方案。文献[4]通过二三维联动方式解决二三维图数一体化在房产管理中的应用。不动产登记的三维应用也成为热点，国内在二三维一体化不动产管理模式方面已有相关研究。文献[5]围绕构建多尺度二三维一体化不动产权籍数据，提出了二三维不动产一体化管理理念。文献[6]在传统搭建H维模型方法的基础上，采用CityEngine平台，设计三维地籍建模规则，探寻不同的建模方法。从现状来看，将三维用于不动产登记管理尚处于摸索阶段，还有许多关键问题需要研究解决。

2 解决方案与关键技术

ArcGIS提供了创建3D建筑物的工具，能够根据导入的房屋二维矢量数据集快速追踪房屋幢要素、层要素、户要素以生成轮廓面，根据给定高度信息对轮廓面进行拉伸生成白膜，可根据实际情况进行模型的贴图。另外，它还提供了一种多面体(multipatch)的数据类型作为三维显示的模型，它可以Shape文件或Geodatabase方式存储[7]。ArcGIS还支持主流的三维模型(如SketchUp、3DMAX和VRML等)导入，提供了快捷的数据导入工具，特别是支持复杂模型的导入[8]。

基于ArcGIS这种数据模型结构可以实现二维和三维数据的一体化存储与管理，其优势主要有以下几个方面：

(1) 管理三维数据如同管理二维数据一样的简单。

(2) 数据编辑模板统一，支持标准GIS数据编辑功能，包括基本的增、删、改功能，还有三维捕捉，三维图形编辑等。

(3) 继承了ArcGIS强大的二维分析功能，可以在三维场景中调用二维分析工具，并且展现最终的二维分析结果。

(4) 便于二三维一体化系统的无缝开发，难度小、集成快。

2.1 二三维一体化数据存储设计

在基于不动产统一登记成果数据构建房屋三维模型时，一方面要考虑房屋的空间位置与二维空间数据间的关系，以及房屋的轮廓结构，以便将三维反映得更加真实；另一方面还要表现房屋与周边的地形地貌等要素的空间关系，也即从微观和宏观两种角度来构造这种空间关系模型。

如图1所示，不动产统一登记成果空间数据(包括行政区划要素、地籍区要素、地籍子区要素和宗地要素等)可用于反映现实三维空间地表模型数据，宏观地展示房屋的空间位置和周边地形地貌；而不动产统一登记成果数据的自然幢要素、层要素和户要素对应于现实三维空间的楼(幢)、楼层、户室，是三维空间中建立房屋三维模型的基础数据，以微观的视角体现房屋的结构和权属范围。

图1 不动产登记成果数据逻辑

从宏观到微观，可以基于不动产统一登记成果中的二维空间数据(自然幢要素和宗地要素)和分层分户图(或二维楼盘表)构建房屋轮廓的三维模型，这即是基于不动产统一登记成果数据构建房屋二三维一体化模型的总体思想。

不动产登记成果数据包括不动产单元数据、权利人数据、登记业务数据和分层分户图等其他数据。其中不动产二维空间宗数据、自然幢数据和分层分户图数据是创建三维模型数据的基础。

在进行不动产登记成果二三维一体化数据模型设计时，除了要将原有不动产登记成果的二维数据保存为ArcGIS的GeoDatabase数据模型[9]外，还需对其扩充，增加分层分户空间数据和房屋三维模型单体单元的层高、高程、纹理等信息内容，如图2所示。

图2 不动产统一登记成果二三维一体化模型

为便于管理和减少数据存储空间，将形成不动产三维数据的二维楼盘表存储于数据库中，并建立与不动产单元的关联，这样有别于传统三维模型单独以文件方式存储，再从位置上与二维底图关联，既节省了存储空间又便于管理。

2.2 不动产空间数据三维可视化技术

基于不动产登记成果构建房屋三维模型对象，建立不动产登记成果二三维一体化数据模型的主要流程如图3所示，具体描述为：

(1) 以二维楼盘表为参考，对层要素、户要素集进行匹配，完成房屋建筑物多个楼层要素按序从基层开始逐层叠加，然后生成二维矢量数据集，相当于整个建筑物内部各层结构在水平面上的投影叠加。

(2) 将经过匹配叠加后的二维矢量数据集按照属性数据中存储的基层和层号信息对二维矢量数据集中的几何对象依次从基层开始逐层拉伸构建三维体，拉伸的高度依据实际的房屋楼层高度设定，生成具有多层次多结构的房屋三维白模。

(3) 对拉伸后的三维白模进行风格和纹理映射的设置，最终生成具有多楼层、多户室结构的房屋内部三维模型。

(4) 将房屋三维模型对象与不动产登记权属信息进行关联。

图3 基于房产二维矢量数据构建房屋三维模型主要流程

3 应用实例

以广东为例，基于本文所描述的不动产登记成果二三维一体化数据模型设计思路，选取一个小范围区域进行三维模型数据生产试验，建立不动产单元逐层逐户的三维模型图， 以不动产单元号为连接纽带，在查询二维不动产平面图的同时，可以一体化查询三维结构和位置，非常直观，也验证了本思路的可行性。

4 结 语

通过本文的存储设计，为长期以来由二维、三维并存带来的数据资源整合对接难、存储成本高、管理难度大等各种问题提供了解决思路。本文基于小范围试验片区数据，相对不动产成果登记信息平台中的数据是相当少的数据量，对于全省大量数据的应用，尚未验证研究成果在未来海量数据应用场景中的效率状况，这也是今后需要重点突破的方向。