實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建和集成方法研究

陳永英

（福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福建福州 350011）

0 引言

實(shí)景三維是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字政府重要的三維空間支撐基礎(chǔ)設(shè)施，它能夠?qū)θ祟惖纳a(chǎn)、生活以及生態(tài)空間進(jìn)行真實(shí)、立體、時(shí)序化反映和表達(dá)的數(shù)字虛擬空間，讓人類對(duì)自然地理環(huán)境的認(rèn)知從二維走向三維［1］。隨著《實(shí)景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱（2021 版）》《新型基礎(chǔ)測(cè)繪與實(shí)景三維中國技術(shù)文件》等文件陸續(xù)發(fā)布，實(shí)景三維中國建設(shè)工作在全國各地如火如荼地開展［2］。近兩年三維不動(dòng)產(chǎn)登記工作也在穩(wěn)步推進(jìn)，但由于三維數(shù)據(jù)獲取工程量大、造價(jià)高等原因，未能全面普及和推廣。隨著實(shí)景三維中國國家戰(zhàn)略性工程的推進(jìn)，三維不動(dòng)產(chǎn)登記工作也會(huì)進(jìn)入加速階段［3］。同時(shí)，伴隨三維不動(dòng)產(chǎn)登記生成的三維地理實(shí)體和產(chǎn)權(quán)體亦可“反哺”部件級(jí)實(shí)景三維的建設(shè)。實(shí)景三維和不動(dòng)產(chǎn)登記工作的結(jié)合，使構(gòu)建場(chǎng)景更真實(shí)、邊界更清晰、權(quán)屬更明確、地上地下空間立體展現(xiàn)的三維登記模式［4］，成為目前研究熱點(diǎn)之一。

本文以此為契機(jī)，探討城市級(jí)實(shí)景三維模型與三維不動(dòng)產(chǎn)模型融合，構(gòu)建和集成實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)的方法，系統(tǒng)闡述了實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)模型構(gòu)建的內(nèi)容、基于地圖服務(wù)聚合的實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景集成的方法以及基于Cesium 的實(shí)景三維可視化等關(guān)鍵性問題，從而實(shí)現(xiàn)三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景大面積立體化表達(dá)和不動(dòng)產(chǎn)登記精細(xì)化管理，推動(dòng)實(shí)景三維創(chuàng)新不動(dòng)產(chǎn)三維登記新模式落地［5］，為其他城市開展相關(guān)工作提供借鑒。

1 技術(shù)路線

實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建和集成技術(shù)方法研究的技術(shù)路線主要包括4 個(gè)階段：相關(guān)資料收集階段、需求分析階段、構(gòu)建和集成階段以及可視化表達(dá)階段。技術(shù)路線示意圖如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線圖

1）相關(guān)資料收集階段。主要包括實(shí)景三維建設(shè)資料、三維不動(dòng)產(chǎn)模型建設(shè)資料以及實(shí)景三維模型集成資料等的收集和整理，為后期需求分析提供基礎(chǔ)資料。

2）需求分析階段。以不動(dòng)產(chǎn)登記管理中最為重要的土地和房屋兩要素為基礎(chǔ)，從地上空間和地下空間角度出發(fā)，進(jìn)行實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建需求分析，得出實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建主要包括2個(gè)方面內(nèi)容：城市實(shí)景三維模型建設(shè)；由三維宗地體和三維樓盤模型構(gòu)建三維不動(dòng)產(chǎn)模型建設(shè)。

3）構(gòu)建和集成階段。根據(jù)上述需求分析調(diào)研，實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建和集成主要包括以下工作：通過實(shí)景三維建設(shè)，調(diào)用城市級(jí)實(shí)景三維模型；利用三維樓盤模型和三維宗地體，構(gòu)建三維不動(dòng)產(chǎn)模型；基于地圖服務(wù)聚合的實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景集成；三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建和集成后，對(duì)城市實(shí)景三維模型和三維不動(dòng)產(chǎn)模型進(jìn)行調(diào)度，確保實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景渲染效率。

4）可視化表達(dá)階段。基于Cesium 技術(shù)，采用分層分戶圖定向多邊形空間擴(kuò)展算法優(yōu)化模型空間套合，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景表達(dá)。一方面，城市實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間、非空間數(shù)據(jù)融合和關(guān)聯(lián)，可以快速地對(duì)不動(dòng)產(chǎn)單元數(shù)據(jù)進(jìn)行定位和展示；另一方面，城市實(shí)景模型和三維不動(dòng)產(chǎn)模型的無縫集成，既可大范圍對(duì)實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景進(jìn)行瀏覽，又可以對(duì)不動(dòng)產(chǎn)單元進(jìn)行精確表達(dá)，從而滿足三維不動(dòng)產(chǎn)登記管理的需求。

2 實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建

2.1 城市實(shí)景三維模型構(gòu)建

根據(jù)自然資源部印發(fā)的《關(guān)于全面推進(jìn)實(shí)景三維中國建設(shè)的通知》等文件要求，依據(jù)《實(shí)景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱（2021 版）》的技術(shù)要求，開展地形級(jí)、城市級(jí)以及部件級(jí)實(shí)景三維建設(shè)。

本文結(jié)合三維不動(dòng)產(chǎn)登記管理的需求，與市級(jí)規(guī)劃和自然資源局溝通，直接調(diào)用實(shí)景三維中國建設(shè)中的城市級(jí)實(shí)景三維模型成果，同時(shí)將三維不動(dòng)產(chǎn)登記過程中產(chǎn)生的三維地理實(shí)體和三維產(chǎn)權(quán)體“反哺”部件級(jí)實(shí)景三維的建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享和交換。

2.2 三維不動(dòng)產(chǎn)模型構(gòu)建

三維不動(dòng)產(chǎn)模型構(gòu)建主要包括2 個(gè)方面內(nèi)容：一方面是三維宗地體構(gòu)建；另一方面是三維樓盤模型構(gòu)建。三維宗地體由三維界址線、界址點(diǎn)和界址面共同構(gòu)成，包括坐標(biāo)位置、地籍權(quán)屬等信息，主要有基于二維地籍和基于全要素解析測(cè)量2 種三維宗地體構(gòu)建方法。三維樓盤模型構(gòu)建是利用房產(chǎn)測(cè)繪的分層分戶圖成果，根據(jù)分層分戶圖提供的戶室形狀、層數(shù)以及層高等信息進(jìn)行拉伸，從而形成三維樓盤模型。三維樓盤模型構(gòu)建的流程如下：1）對(duì)分層分戶圖進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成符合三維樓盤模型建模規(guī)范的圖形數(shù)據(jù)；2）從分層分戶圖中提取二維單產(chǎn)權(quán)體戶室圖形，形成單個(gè)戶室基本圖形；3）屬性賦值，將戶室數(shù)據(jù)信息與戶室基本圖形關(guān)聯(lián)；4）根據(jù)層高和層數(shù)等屬性信息，進(jìn)行二維戶室圖形的拉伸，從而形成三維產(chǎn)權(quán)體。多個(gè)三維產(chǎn)權(quán)體組合，構(gòu)建成三維樓盤模型并渲染，形成最終的三維樓盤模型［9］。三維樓盤模型構(gòu)建流程示意圖如圖2 所示。

圖2 三維樓盤模型構(gòu)建流程示意圖

3 實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景集成

為實(shí)現(xiàn)不同尺度的實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景展示，在大范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)城市三維實(shí)景模型大規(guī)模、流暢地進(jìn)行瀏覽，在小范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)三維不動(dòng)產(chǎn)模型精細(xì)化地展示各戶室權(quán)屬信息和登記權(quán)利情況信息等，本文采用基于地圖服務(wù)聚合的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景集成，開展實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)融合、實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景空間套合、實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景屬性關(guān)聯(lián)以及實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景調(diào)度等工作，從而實(shí)現(xiàn)空間上無縫套合、屬性上建立有效關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.1 實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)融合

實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景集成的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作是進(jìn)行實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)的融合，為后期實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景空間套合工作提供數(shù)據(jù)支撐。具體工作流程為：1）對(duì)實(shí)景三維模型、三維樓盤模型以及不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間基準(zhǔn)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一致性處理，確保在統(tǒng)一的國家2000 空間坐標(biāo)系下；2）實(shí)景三維模型控制點(diǎn)識(shí)別，通過從實(shí)景三維模型中提取建筑輪廓線的房角點(diǎn)，作為匹配控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)與實(shí)景三維模型地物的識(shí)別；3）利用多源數(shù)據(jù)的幾何位置變換等算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)的融合［6］。實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)融合流程示意圖如圖3 所示。

圖3 實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)融合流程示意圖

3.2 實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景空間套合

實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景空間套合包括2 方面內(nèi)容：一方面是實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)套合；另一方面是實(shí)景三維模型和三維不動(dòng)產(chǎn)模型套合。實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)套合的關(guān)鍵是幾何位置的配準(zhǔn)、糾正和變換。不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)的地籍和宗地?cái)?shù)據(jù)有明確地理坐標(biāo)，直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換便可實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型的空間套合；建筑物圖形由于沒有明確地理坐標(biāo)，需借助數(shù)據(jù)融合過程中提取的建筑物房角點(diǎn)，建立建筑物和實(shí)景三維模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系，再選擇幾何配準(zhǔn)和糾正模型，最后利用擇仿射變換，將二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至三維坐標(biāo)的幾何位置變換，從而實(shí)現(xiàn)建筑物圖形和實(shí)景三維模型的空間套合。實(shí)景三維模型和三維不動(dòng)產(chǎn)模型空間套合，一方面是實(shí)景三維模型和三維宗地體的套合，由于三維宗地體是通過二維宗地體拉伸獲得，因此，上述二維宗地?cái)?shù)據(jù)與實(shí)景三維模型套合，便是實(shí)景三維模型和三維宗地體套合；另一方面是實(shí)景三維模型和三維樓盤模型套合，其實(shí)質(zhì)是建筑物輪廓和對(duì)應(yīng)的分層分戶圖匹配。本文采用的方法是基于地理要素屬性信息匹配法，利用不動(dòng)產(chǎn)登記的權(quán)籍信息和房屋的地籍調(diào)查信息進(jìn)行匹配，使得三維樓盤模型具有地理坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)與實(shí)景三維模型空間套合，但是由于精度不一致，容易導(dǎo)致模型不完全套合，效果較差，需采用分層分戶圖定向多邊形空間擴(kuò)展算法進(jìn)行套合優(yōu)化。

3.3 實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景屬性關(guān)聯(lián)

實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景屬性關(guān)聯(lián)工作開展的前提條件是對(duì)城市實(shí)景三維模型進(jìn)行單體化，通過三維模型單體化，實(shí)現(xiàn)與不動(dòng)產(chǎn)單元屬性關(guān)聯(lián)、查詢和統(tǒng)計(jì)等，進(jìn)而將實(shí)景三維模型和三維樓盤模型與不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)的屬性關(guān)聯(lián)［7］。具體思路是利用單體化的圖層關(guān)聯(lián)字段和不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，步驟如下：11）利用不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍庫的宗地、地籍區(qū)和地籍子區(qū)等圖層，編制房屋不動(dòng)產(chǎn)單元號(hào)，并賦值至單體化圖層中；2）不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)中的權(quán)利人、戶室和不動(dòng)產(chǎn)單元等信息，以不動(dòng)產(chǎn)單元號(hào)為主鍵，與不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍庫中房屋不動(dòng)產(chǎn)單元號(hào)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)；3）將戶室信息更新至三維樓盤模型中，實(shí)現(xiàn)三維樓盤模型和不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。

3.4 實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景調(diào)度

實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景調(diào)度主要包括2 個(gè)方面內(nèi)容，一方面是大范圍城市實(shí)景三維模型調(diào)度，另一方面是小范圍三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景調(diào)度。大范圍城市實(shí)景三維模型調(diào)度采用多細(xì)節(jié)層次（Levels of Detail，LOD）技術(shù)［8］，通過判斷當(dāng)前三維場(chǎng)景所處位置和重要性，分層次渲染三維模型細(xì)節(jié)，以提高渲染效率。小范圍三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景調(diào)度，由于三維不動(dòng)產(chǎn)模型與實(shí)景三維模型套合，容易造成三維樓盤模型渲染效率低。本文采用視覺感知評(píng)價(jià)模型，對(duì)當(dāng)前實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)度，從而達(dá)到最佳可視化效果。視覺感知評(píng)價(jià)模型流程示意圖如圖4所示。

圖4 視覺感知評(píng)價(jià)模型流程示意圖

4 實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景可視化表達(dá)

4.1 分層分戶圖定向多邊形空間擴(kuò)展算法

在城市實(shí)景三維模型和三維不動(dòng)產(chǎn)模型套合過程中，由于坐標(biāo)精度不一致，容易造成不完全套合，導(dǎo)致一部分城市實(shí)景三維模型裸露在外或三維樓盤模型無法覆蓋全城市實(shí)景三維模型。傳統(tǒng)解決方法是人工進(jìn)行分層分戶圖的擴(kuò)展拉伸，這種方法可以自由拉伸到最套合的效果，缺點(diǎn)是拉伸靠目測(cè)，容易導(dǎo)致不同人員套合結(jié)果不一致、效率低且周期長［9］。本文采用分層分戶圖定向多邊形空間擴(kuò)展算法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜矢量面狀圖形的定向空間擴(kuò)展和拉伸。分層分戶圖定向多邊形空間擴(kuò)展算法流程示意圖如圖5 所示。

圖5 分層分戶圖定向多邊形空間擴(kuò)展算法流程示意圖

4.2 基于Cesium的實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景可視化

實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建和集成后，本文基于Cesium 實(shí)現(xiàn)在Web 端的三維可視化。Cesium 是一款可在Web 瀏覽器實(shí)現(xiàn)2D、2.5D 以及3D 展示的開源JS 庫，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、動(dòng)態(tài)渲染，能夠滿足三維不動(dòng)產(chǎn)登記管理的需求［10］。實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景可視化包括2 種方式：1）對(duì)城市三維實(shí)景模型采用基于3D 模型加載的方式進(jìn)行可視化，這是由于城市三維實(shí)景模型本身具有LOD 能力，能直接轉(zhuǎn)換為3D Tiles 格式進(jìn)行展示，并且與不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)較強(qiáng)，能夠較好進(jìn)行用戶交互；2）對(duì)三維不動(dòng)產(chǎn)模型采用基于幾何圖形繪制的方式進(jìn)行可視化。該方法不僅可以單獨(dú)表示模型的高度、長度以及顏色等信息，還可以進(jìn)行模型旋轉(zhuǎn)操作等，具有靈活和可配置性，能表達(dá)不動(dòng)產(chǎn)登記實(shí)時(shí)狀態(tài)，如，實(shí)時(shí)渲染不動(dòng)產(chǎn)權(quán)利狀態(tài)，可在三維樓盤模型上用不同顏色表達(dá)抵押、轉(zhuǎn)讓以及查封等狀態(tài)。

5 結(jié)語

在實(shí)景三維中國建設(shè)的大背景下，結(jié)合三維不動(dòng)產(chǎn)登記工作的需求，本文研究了實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景的構(gòu)建和集成的技術(shù)方法，詳細(xì)闡述了構(gòu)建和集成的技術(shù)路線和關(guān)鍵點(diǎn)，形成了集物理空間、產(chǎn)權(quán)空間和實(shí)景特征于一體的真實(shí)精準(zhǔn)的實(shí)景三維不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)景。但在構(gòu)建和集成過程中也存在一定的問題：1）實(shí)景三維模型和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)套合時(shí)，目前只考慮了土地和房屋不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)套合，其他土地、林地等不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)套合未考慮；2）分層分戶圖定向空間擴(kuò)展算法存在一定問題，對(duì)于一些復(fù)雜建筑進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，容易出錯(cuò)。下一步，將繼續(xù)優(yōu)化算法，并且嘗試與建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）結(jié)合，豐富不動(dòng)產(chǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息以及優(yōu)化三維模型結(jié)構(gòu)，提高三維性能，以便更好地為不動(dòng)產(chǎn)登記管理服務(wù)，讓不動(dòng)產(chǎn)日常管理更高效。