房地合一真三维实际坐标存库与共享技术探索

傅加文 陈夏宫

(1. 佛山市顺德区测绘地理信息中心, 广东 佛山 528333;2. 北京山维科技股份有限公司, 北京 102206)

0 引言

国家、省测绘主管部门先后发文,明确提出对测绘业务进行整合,归口成果管理,推进“多测合并、联合测绘、成果共享”,建立“多测合一”成果共享互认机制[1]。要求立足已有基础,整合基础地理等各类空间数据,构建地上地下、陆海相连的自然资源大数据体系,形成统一的自然资源三维“一张图”,完善基础地理信息数据联动更新机制[2]。提出建立自然资源三维立体时空数据库和管理系统,引导加快推进自然资源管理重点地区、重点要素三维实景数据和精细化三维建模。提出打造二三维一体化时空数据库,为“智慧自然资源”、自然资源三维立体“一张图”数据建设提供基础测绘技术支撑[3]。

1 现状分析

传统的测量方法和数据管理模式是将地形测量、地籍测量、房产(不动产)测量成果分别单独测量单独建库存储,单独更新测量,存在多头重复测绘,容易产生数据不一致;房产测量的分层图、分户图也只是表示了相对位置的平面图,没有真实的坐标和高程,要满足落宗要求须要人工加软件处理。而室内精细三维建模采用的是手工建模或通过三维激光扫描和近景摄影测量方法[4-9],效率低、成本高;文献[10]的同步定位和地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)技术的应用,使室内三维生成效率有很大的提高,但其制作成本太高,对技术和设备要求高,目前大面积推广使用困难。

如能采用一种测绘生产和数据存储方法,将地形、地籍和房产(不动产)测绘成果采用相同的生产标准,数据储存在同一数据库成为“一张图”,充分利用存量测绘成果和日常审批的房屋测绘成果,使房屋分层、分户图的每个空间要素均有真实三维坐标,即满足不动产登记的落宗要求,又能方便、快速生成房屋的室内外三维模型,将会极大地提高工作效率,也切合上级文件精神,本文就此构想进行探讨。

2 技术路线

地形、地籍图的房屋测绘方法也按照房产测量分层平面图的绘制方法,对房屋进行分层水平切片表示,切片上每个点都有真实的坐标,并赋层高,再加上房屋地面高程得到切片高程。分层切片图的每个点就都有了真实三维坐标x、y、z。房产分层平面图在这些平铺的分层切片数据上绘制生成,则房产分层、分户图的每个点都有真实三维坐标。将房屋的每一要素在属性中设置户、层、逻辑幢、自然幢、宗地标识码,使房屋每一要素归户、归层、归幢,不动产测绘时再归到某一宗地,实现要素的归一化组织管理。将组织好的有真实三维坐标的所有房屋要素和地形、宗地界线存储在同一图块,入库时一同入库到房地合一的“一张图”数据库[12]。该数据库用接口软件、定时任务等方式给不动产登记系统、地形图应用等系统提供共享数据,利用室内三维建模软件,将按标识码组织好的房屋数据,顺次生成室内三维模型,通过接口实现在公共服务平台三维展示,关联不动产登记信息形成地上地下室内外一体三维可视化管理系统[13]。

2.1 建立1∶500信息化地形“一张图”库

利用存量1∶500数字化地形图数据整理成1∶500信息化地形图“一张图”库。其中房屋空间位置数据的整理,参照房产分层图的表示方式,将房屋分层水平切片,然后叠加表示。设置房屋建基线、建成房屋线(首层外轮廓线)、架空房屋线(首层以外地上、地下各层的外轮廓)、阳台线、分间线,门、窗定位线等图形要素编码,每一要素编码对应一个属性表,属性表中记录有该要素的唯一标识码FertureGUID、房屋标志码FWGUID、纹理ID、坐标和高程(X、Y、Z)、高度、层高、层次、创建时间、修改时间等详细的信息,一幢房屋一个FWGUID,同一幢房屋的全部要素FWGUID相同。房屋叠加表示,也可通过软件平铺、三维模型(白模)输出展示。

2.2 真三维实际坐标存储

在信息化地形图基础上,加入真实坐标的宗地界线、自然幢,利用房屋分层分户的房产测绘数据进行落宗处理,实现地籍界线、房屋分层分户数据在空间上与地形图合为同一库,实现不动产户、层、楼、地的真三维坐标存储,实现不动产单元空间属性实体化,完成地形地籍房产三库合一有三维坐标的二维“一张图”库[14]。

不动产测绘成果落宗处理要解决空间要素位置正确,同时要为地、楼、层、户空间要素和属性信息的归一化管理做准备。房产数据空间要素属性表中,基本属性设置坐标属性字段点号、X、Y、Z,扩展属性设置有宗地标识码ZDGUID、自然幢标识码ZRZGUID、逻辑幢标识码LJZGUID、楼层标识码LCGUID、户标识码HGUID。通过落宗工具软件配合,将X、Y、Z赋予真实坐标、高程值即完成位置落宗,将宗地、自然幢、逻辑幢、楼层、户的标识码归一化正确赋值,如同一宗地中的要素ZDGUID赋值相同,同一户的要素HGUID赋值相同,完成地楼层户的空间要素的归一化,这样落宗处理后要素的位置正确、归属清晰。

利用日常测绘业务审批入库收集的地形修补测、不动产测量等测绘成果的地、楼(幢)、房屋分层分户等数据[15-16],使用已有的测绘成果管理系统动态更新功能,动态更新三库合一“一张图”库。数据库数据同步共享不动产登记系统,满足不动产确权登记需要。也为室内三维模型自动建模及动态更新打下基础。

2.3 地上地下空间一体的室内三维

在三库合一“一张图”基础上,通过开发三维自动建模工具,以幢为单位自动生成室内外三维单体模型(白模),建立房屋地上地下空间一体的三维模型数据库[17],并建立与不动产单元属性的关联关系,实现多视角展示房产分布、楼盘外观和室内结构,实现精确的楼盘定位查询,实现以图管不动产,图、属、档二三维一体化联动显示和统一管理。

白模没有纹理与具体室内设计细节和室内摆设,不需美观展示需要的,直接使用白模,如房产管理;如有美观展示要求的,可将三维白模进行美化,主要包括赋予模型贴图纹理、增加门窗结构细节与贴图、增加室内家具摆设与装饰等。白模及白模美化后的室内效果见图1和图2。

图1 白模

图2 白模美化后的室内效果

2.4 室内三维与倾斜模型集成管理

在时空信息云平台中建立的大场景基础上,通过平台点击查询倾斜三维模型的空间坐标,投影到地形的房屋面,识别出房屋唯一标识码,根据房屋唯一标识码关联到室内模型(白模或已经美化的白模),实现与倾斜三维实景模型的集成管理与显示[18-19]。室内三维与倾斜模型集成管理展示见图3。

图3 室内三维与倾斜模型集成管理展示图

三维管理系统的数据包括室内模型、室外模型、地下管线模型、地形大场景等,通过镇街、村居的目录组织结构存储相应的三维数据(XPL2、3DML、MPT等),通过时空信息云平台进行综合展示,形成完整的地上、地下、室内、室外一体的三维“一张图”展示应用系统,并可和二维成果叠加显示。

3 关键技术

3.1 真三维一体化存储技术

将房屋分层和分户数据类型定义为“空间要素”,层和户作为空间数据,与空间对象一一对应,使分层和分户要素实现空间实体化管理。真实空间位置分层切片技术,基于模板定制、符号化渲染,将地上、地下空间要素以真三维坐标方式进行存储,确保了不动产定着物的唯一性及房产数据的三维浏览查询,为空间定位、面积计算等权属定性定量提供精准依据,同时利于后续变更为三维可视化权籍管理。

(1)房地一体化的存储。房屋分层分户要素按真三维实际坐标采用房地一体化的存储模式,实现空间对象与权属的一体化存储,将房产图形绘制在对应宗地范围内,实现地、楼、层、户真正意义上的落宗,实现真正三维成果的生产与保存。房屋分层平铺表示时可进行分间绘图编辑,构面,面积块属性添加,面积计算等。编辑完成后可平铺显示,分层分户输出,也可叠加显示输出,也可三维显示。这种地、幢、房屋分层分户要素一致的数据存储结构,使得作业人员在一个平台中可获取所有不动产相关数据,提高生产效率。突破了不动产单元空间表达技术,实现地下、地上空间权属在三维模型上的表达与管理。宗地、自然幢、层、户数据在空间坐标上实现房地一张图,房产数据通过数据共享直接与其他数据源叠加,实现房地数据的三维可视化交互查询和展示,且更加精准和直观,保证不动产登记精细化、精准化、信息化以及成果的共享应用。地、楼、层、户空间信息对应关系图见图4。

图4 地、楼、层、户空间信息对应关系图

(2)层、户、面积块真三维坐标存储。层、户、面积块采用真实空间三维坐标存储,可以分楼层开关,平铺方式和三维立体方式浏览查看房屋分层数据,建立了室内三维空间的“容器”,为今后的室内三维技术以及与建筑信息模型(building information model,BIM)技术对接提供强有力的数据基础;房屋分层分户要素与不动产权籍数据一体化存储,实现每个不动产单元都有空间实体对应,实现以图管不动产目的。可直接利用切片进行自动三维精准建立白模,面向三维服务。

(3)二维、三维一体化存储与权籍信息、实景三维融合。不动产权籍数据和房产测绘数据的二维三维一体化存储,使不动产要素空间实体化,再结合二维数据三维符号化,使空间数据成为立体形象,数据成果可量测查询且数据成果可与实景三维、地下管线数据融合。

(4)房屋三维模型生成的基本单元。以层,户,公共区域为单元,精确表达房屋的墙(柱),房间,门,窗,地板,天花板等模型,采用二维、三维数据一体化管理技术,基于真实坐标存储二维房产测绘数据,自动参数化生成房屋的真三维精细模型。

3.2 全自动化建模技术

软件支持全自动生成真三维模型,在生成模型前,需对分户墙、分间墙、阳台、门、窗等数据进行归户处理,实现一个楼层的模型数据每个不动产单元户形成一个模型文件,楼层除户外的其他公共区域形成一个整体模型文件。执行归户处理后,属于户套内的墙、阳台、门、窗等均与所属户关联。

创建房屋分层公共区域模型,获取所有墙、阳台、门、窗等矢量数据,根据层高、墙厚度等属性信息,以楼层中心点坐标为基点,自动创建模型实体,形成一个楼层为一个模型文件的楼层公共区域模型。针对门、窗,需要对墙体进行开洞处理,对于阳台需根据是全封闭或者半封闭,分别对墙进行不同高度的自动化拉伸。

以户为单位,将墙(柱)、阳台、门、窗根据层高、墙厚属性,以户中心点为基点,自动创建模型实体,形成一个户一个模型文件。针对门和窗户,需要对墙体进行开洞处理,对于阳台需根据是全封闭或者半封闭分别对墙进行不同高度的拉伸。

二维、三维一体化数据库可二维分层显示、三维模型显示、三维分层分户显示、权籍信息查询显示,空间对应关系,见图5。

图5 二维、三维一体化数据库空间对应关系图

3.3 多源三维格式派生技术

公共服务平台三维展示系统采用的是基于网络的三维地理信息云服务平台(Skyline),平台对三维模型数据采用Skyline特有模型格式XPL2模型文件加楼层代理点和户代理点的方式管理。三维建模与平台的接口需要解决初始建库和日常增量数据动态更新两种方式的数据对接。可以输出XPL2、3DS、OBJ、FBX等通用三维模型格式,支持ArcGIS、超图SUPERMAP、Skyline平台应用。数据分类组织见表1。

表1 数据分类组织

4 应用结果与分析

(1)以“房地合一真三维实际坐标存库与共享技术”为核心,在顺德不动产存量数据整理项目中使用,将存量不动产资料整理融合到1∶500地形图数据库中,形成地形、地籍、房产三库合一的“一张图”库,利用顺德已有的测绘成果动态更新系统,实现了“一张图”库日常的动态更新,满足房地合一落宗要求,实现了和不动产登记系统的数据互通,空间数据推送到不动产登记系统和权籍信息融合,较顺利地完成了不动登记数据的汇交工作,便利了不动产日常管理。在此基础上建立了房屋地上地下空间一体的室内三维模型数据库,实现真三维可视化不动产登记管理。室内三维模型及分户图属性信息通过佛山市自然资源局时空信息云平台顺德分平台综合展示。

(2) “房地合一真三维实际坐标存库与共享技术”是顺德测绘成果管理系统的主要核心部分,是利用日常审批收集的测绘业务成果对“一张图”数据库和室内三维模型动态更新的关键技术,启用以来,体现出便利、高效、经济的效果,室内三维模型可实现与日常审批测绘业务成果同步更新。

(3)室内三维模型生成,依赖的是房屋分层切片数据、不动产测绘分层分户数据,目前1∶500地形图、“多测合一”“联合测绘”等测绘业务规范,对房屋内的门、窗、柱、间墙的表示没有要求,生成的室内三维模型缺少这些细节表示,后期如需美化,工作量较大,需相关部门达成共识,不断完善相关标准。

5 结束语

房地合一真三维实际坐标存库与共享技术的应用,解决了对不动产分层分户数据落宗问题,实现房屋分层分户数据在空间上可与地形图、影像图叠加显示,实现不动产地、楼、层、户的真三维坐标存储,实现不动产单元空间属性实体化。基于真实坐标存储的二维房屋分层数据,通过三维自动建模工具,自动生成房屋的室内外三维模型,并建立不动产单元属性与三维模型的关联关系,实现多视角展示房产分布、楼盘外观和室内结构,实现精确的楼盘定位查询,实现以图、属、档、二维、三维一体化联动显示和统一管理不动产。利用日常审批收集的测绘业务成果,动态更新三库合一的“一张图”库,每天根据当天增量房屋分层分户成果同步实现室内三维模型的动态更新,是建设室内模型经济高效的一种途径。不足之处在于门、窗、柱细节数据不全,后期美化工作量较大,和其他技术手段生成的三维模型的完美融合也有待进一步完善。