實景三維不動產場景構建和集成方法研究

陳永英

（福建省地質測繪院，福建福州 350011）

0 引言

實景三維是國家重要的新型基礎設施，同時也是數字經濟和數字政府重要的三維空間支撐基礎設施，它能夠對人類的生產、生活以及生態空間進行真實、立體、時序化反映和表達的數字虛擬空間，讓人類對自然地理環境的認知從二維走向三維［1］。隨著《實景三維中國建設技術大綱（2021 版）》《新型基礎測繪與實景三維中國技術文件》等文件陸續發布，實景三維中國建設工作在全國各地如火如荼地開展［2］。近兩年三維不動產登記工作也在穩步推進，但由于三維數據獲取工程量大、造價高等原因，未能全面普及和推廣。隨著實景三維中國國家戰略性工程的推進，三維不動產登記工作也會進入加速階段［3］。同時，伴隨三維不動產登記生成的三維地理實體和產權體亦可“反哺”部件級實景三維的建設。實景三維和不動產登記工作的結合，使構建場景更真實、邊界更清晰、權屬更明確、地上地下空間立體展現的三維登記模式［4］，成為目前研究熱點之一。

本文以此為契機，探討城市級實景三維模型與三維不動產模型融合，構建和集成實景三維不動產的方法，系統闡述了實景三維不動產模型構建的內容、基于地圖服務聚合的實景三維不動產場景集成的方法以及基于Cesium 的實景三維可視化等關鍵性問題，從而實現三維不動產場景大面積立體化表達和不動產登記精細化管理，推動實景三維創新不動產三維登記新模式落地［5］，為其他城市開展相關工作提供借鑒。

1 技術路線

實景三維不動產場景構建和集成技術方法研究的技術路線主要包括4 個階段：相關資料收集階段、需求分析階段、構建和集成階段以及可視化表達階段。技術路線示意圖如圖1 所示。

圖1 技術路線圖

1）相關資料收集階段。主要包括實景三維建設資料、三維不動產模型建設資料以及實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資料。

2）需求分析階段。以不動產登記管理中最為重要的土地和房屋兩要素為基礎，從地上空間和地下空間角度出發，進行實景三維不動產場景構建需求分析，得出實景三維不動產場景構建主要包括2個方面內容：城市實景三維模型建設；由三維宗地體和三維樓盤模型構建三維不動產模型建設。

3）構建和集成階段。根據上述需求分析調研，實景三維不動產場景構建和集成主要包括以下工作：通過實景三維建設，調用城市級實景三維模型；利用三維樓盤模型和三維宗地體，構建三維不動產模型；基于地圖服務聚合的實景三維不動產場景集成；三維不動產場景構建和集成后，對城市實景三維模型和三維不動產模型進行調度，確保實景三維不動產場景渲染效率。

4）可視化表達階段?；贑esium 技術，采用分層分戶圖定向多邊形空間擴展算法優化模型空間套合，從而實現實景三維不動產場景表達。一方面，城市實景三維模型和不動產空間、非空間數據融合和關聯，可以快速地對不動產單元數據進行定位和展示；另一方面，城市實景模型和三維不動產模型的無縫集成，既可大范圍對實景三維不動產場景進行瀏覽，又可以對不動產單元進行精確表達，從而滿足三維不動產登記管理的需求。

2 實景三維不動產場景構建

2.1 城市實景三維模型構建

根據自然資源部印發的《關于全面推進實景三維中國建設的通知》等文件要求，依據《實景三維中國建設技術大綱（2021 版）》的技術要求，開展地形級、城市級以及部件級實景三維建設。

本文結合三維不動產登記管理的需求，與市級規劃和自然資源局溝通，直接調用實景三維中國建設中的城市級實景三維模型成果，同時將三維不動產登記過程中產生的三維地理實體和三維產權體“反哺”部件級實景三維的建設，從而實現數據資源的共享和交換。

2.2 三維不動產模型構建

三維不動產模型構建主要包括2 個方面內容：一方面是三維宗地體構建；另一方面是三維樓盤模型構建。三維宗地體由三維界址線、界址點和界址面共同構成，包括坐標位置、地籍權屬等信息，主要有基于二維地籍和基于全要素解析測量2 種三維宗地體構建方法。三維樓盤模型構建是利用房產測繪的分層分戶圖成果，根據分層分戶圖提供的戶室形狀、層數以及層高等信息進行拉伸，從而形成三維樓盤模型。三維樓盤模型構建的流程如下：1）對分層分戶圖進行數據標準化處理，形成符合三維樓盤模型建模規范的圖形數據；2）從分層分戶圖中提取二維單產權體戶室圖形，形成單個戶室基本圖形；3）屬性賦值，將戶室數據信息與戶室基本圖形關聯；4）根據層高和層數等屬性信息，進行二維戶室圖形的拉伸，從而形成三維產權體。多個三維產權體組合，構建成三維樓盤模型并渲染，形成最終的三維樓盤模型［9］。三維樓盤模型構建流程示意圖如圖2 所示。

圖2 三維樓盤模型構建流程示意圖

3 實景三維不動產場景集成

為實現不同尺度的實景三維不動產場景展示，在大范圍內可以實現城市三維實景模型大規模、流暢地進行瀏覽，在小范圍內可以實現三維不動產模型精細化地展示各戶室權屬信息和登記權利情況信息等，本文采用基于地圖服務聚合的方式實現實景三維不動產場景集成，開展實景三維模型和不動產空間數據融合、實景三維不動產場景空間套合、實景三維不動產場景屬性關聯以及實景三維不動產場景調度等工作，從而實現空間上無縫套合、屬性上建立有效關聯關系。

3.1 實景三維模型和不動產空間數據融合

實景三維不動產場景集成的一項基礎性工作是進行實景三維模型和不動產空間數據的融合，為后期實景三維不動產場景空間套合工作提供數據支撐。具體工作流程為：1）對實景三維模型、三維樓盤模型以及不動產空間數據進行空間基準和數學基礎一致性處理，確保在統一的國家2000 空間坐標系下；2）實景三維模型控制點識別，通過從實景三維模型中提取建筑輪廓線的房角點，作為匹配控制點，實現不動產空間數據與實景三維模型地物的識別；3）利用多源數據的幾何位置變換等算法，對數據進行整合，實現實景三維模型和不動產空間數據的融合［6］。實景三維模型和不動產空間數據融合流程示意圖如圖3 所示。

圖3 實景三維模型和不動產空間數據融合流程示意圖

3.2 實景三維不動產場景空間套合

實景三維不動產場景空間套合包括2 方面內容：一方面是實景三維模型和不動產空間數據套合；另一方面是實景三維模型和三維不動產模型套合。實景三維模型和不動產空間數據套合的關鍵是幾何位置的配準、糾正和變換。不動產空間數據的地籍和宗地數據有明確地理坐標，直接進行轉換便可實現實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，需借助數據融合過程中提取的建筑物房角點，建立建筑物和實景三維模型的關聯關系，再選擇幾何配準和糾正模型，最后利用擇仿射變換，將二維坐標轉換至三維坐標的幾何位置變換，從而實現建筑物圖形和實景三維模型的空間套合。實景三維模型和三維不動產模型空間套合，一方面是實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，上述二維宗地數據與實景三維模型套合，便是實景三維模型和三維宗地體套合；另一方面是實景三維模型和三維樓盤模型套合，其實質是建筑物輪廓和對應的分層分戶圖匹配。本文采用的方法是基于地理要素屬性信息匹配法，利用不動產登記的權籍信息和房屋的地籍調查信息進行匹配，使得三維樓盤模型具有地理坐標，從而實現與實景三維模型空間套合，但是由于精度不一致，容易導致模型不完全套合，效果較差，需采用分層分戶圖定向多邊形空間擴展算法進行套合優化。

3.3 實景三維不動產場景屬性關聯

實景三維不動產場景屬性關聯工作開展的前提條件是對城市實景三維模型進行單體化，通過三維模型單體化，實現與不動產單元屬性關聯、查詢和統計等，進而將實景三維模型和三維樓盤模型與不動產數據的屬性關聯［7］。具體思路是利用單體化的圖層關聯字段和不動產數據進行關聯，步驟如下：11）利用不動產權籍庫的宗地、地籍區和地籍子區等圖層，編制房屋不動產單元號，并賦值至單體化圖層中；2）不動產登記數據中的權利人、戶室和不動產單元等信息，以不動產單元號為主鍵，與不動產權籍庫中房屋不動產單元號相關聯，實現實景三維模型和不動產登記數據的關聯；3）將戶室信息更新至三維樓盤模型中，實現三維樓盤模型和不動產數據的關聯。

3.4 實景三維不動產場景調度

實景三維不動產場景調度主要包括2 個方面內容，一方面是大范圍城市實景三維模型調度，另一方面是小范圍三維不動產場景調度。大范圍城市實景三維模型調度采用多細節層次（Levels of Detail，LOD）技術［8］，通過判斷當前三維場景所處位置和重要性，分層次渲染三維模型細節，以提高渲染效率。小范圍三維不動產場景調度，由于三維不動產模型與實景三維模型套合，容易造成三維樓盤模型渲染效率低。本文采用視覺感知評價模型，對當前實景三維不動產場景進行調度，從而達到最佳可視化效果。視覺感知評價模型流程示意圖如圖4所示。

圖4 視覺感知評價模型流程示意圖

4 實景三維不動產場景可視化表達

4.1 分層分戶圖定向多邊形空間擴展算法

在城市實景三維模型和三維不動產模型套合過程中，由于坐標精度不一致，容易造成不完全套合，導致一部分城市實景三維模型裸露在外或三維樓盤模型無法覆蓋全城市實景三維模型。傳統解決方法是人工進行分層分戶圖的擴展拉伸，這種方法可以自由拉伸到最套合的效果，缺點是拉伸靠目測，容易導致不同人員套合結果不一致、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展算法，實現復雜矢量面狀圖形的定向空間擴展和拉伸。分層分戶圖定向多邊形空間擴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展算法流程示意圖

4.2 基于Cesium的實景三維不動產場景可視化

實景三維不動產場景構建和集成后，本文基于Cesium 實現在Web 端的三維可視化。Cesium 是一款可在Web 瀏覽器實現2D、2.5D 以及3D 展示的開源JS 庫，可實現數據的高效、動態渲染，能夠滿足三維不動產登記管理的需求［10］。實景三維不動產場景可視化包括2 種方式：1）對城市三維實景模型采用基于3D 模型加載的方式進行可視化，這是由于城市三維實景模型本身具有LOD 能力，能直接轉換為3D Tiles 格式進行展示，并且與不動產數據關聯較強，能夠較好進行用戶交互；2）對三維不動產模型采用基于幾何圖形繪制的方式進行可視化。該方法不僅可以單獨表示模型的高度、長度以及顏色等信息，還可以進行模型旋轉操作等，具有靈活和可配置性，能表達不動產登記實時狀態，如，實時渲染不動產權利狀態，可在三維樓盤模型上用不同顏色表達抵押、轉讓以及查封等狀態。

5 結語

在實景三維中國建設的大背景下，結合三維不動產登記工作的需求，本文研究了實景三維不動產場景的構建和集成的技術方法，詳細闡述了構建和集成的技術路線和關鍵點，形成了集物理空間、產權空間和實景特征于一體的真實精準的實景三維不動產場景。但在構建和集成過程中也存在一定的問題：1）實景三維模型和不動產空間數據套合時，目前只考慮了土地和房屋不動產數據套合，其他土地、林地等不動產數據套合未考慮；2）分層分戶圖定向空間擴展算法存在一定問題，對于一些復雜建筑進行擴展時，容易出錯。下一步，將繼續優化算法，并且嘗試與建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）結合，豐富不動產內部結構信息以及優化三維模型結構，提高三維性能，以便更好地為不動產登記管理服務，讓不動產日常管理更高效。