实景三维不动产场景构建和集成方法研究

陈永英

（福建省地质测绘院，福建福州 350011）

实景三维是国家重要的新型基础设施，同时也是数字经济和数字政府重要的三维空间支撑基础设施，它能够对人类的生产、生活以及生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间，让人类对自然地理环境的认知从二维走向三维［1］。随着《实景三维中国建设技术大纲（2021 版）》《新型基础测绘与实景三维中国技术文件》等文件陆续发布，实景三维中国建设工作在全国各地如火如荼地开展［2］。近两年三维不动产登记工作也在稳步推进，但由于三维数据获取工程量大、造价高等原因，未能全面普及和推广。随着实景三维中国国家战略性工程的推进，三维不动产登记工作也会进入加速阶段［3］。同时，伴随三维不动产登记生成的三维地理实体和产权体亦可“反哺”部件级实景三维的建设。实景三维和不动产登记工作的结合，使构建场景更真实、边界更清晰、权属更明确、地上地下空间立体展现的三维登记模式［4］，成为目前研究热点之一。

本文以此为契机，探讨城市级实景三维模型与三维不动产模型融合，构建和集成实景三维不动产的方法，系统阐述了实景三维不动产模型构建的内容、基于地图服务聚合的实景三维不动产场景集成的方法以及基于Cesium 的实景三维可视化等关键性问题，从而实现三维不动产场景大面积立体化表达和不动产登记精细化管理，推动实景三维创新不动产三维登记新模式落地［5］，为其他城市开展相关工作提供借鉴。

实景三维不动产场景构建和集成技术方法研究的技术路线主要包括4 个阶段：相关资料收集阶段、需求分析阶段、构建和集成阶段以及可视化表达阶段。技术路线示意图如图1 所示。

图1 技术路线图

1）相关资料收集阶段。主要包括实景三维建设资料、三维不动产模型建设资料以及实景三维模型集成资料等的收集和整理，为后期需求分析提供基础资料。

2）需求分析阶段。以不动产登记管理中最为重要的土地和房屋两要素为基础，从地上空间和地下空间角度出发，进行实景三维不动产场景构建需求分析，得出实景三维不动产场景构建主要包括2个方面内容：城市实景三维模型建设；
由三维宗地体和三维楼盘模型构建三维不动产模型建设。

3）构建和集成阶段。根据上述需求分析调研，实景三维不动产场景构建和集成主要包括以下工作：通过实景三维建设，调用城市级实景三维模型；
利用三维楼盘模型和三维宗地体，构建三维不动产模型；
基于地图服务聚合的实景三维不动产场景集成；
三维不动产场景构建和集成后，对城市实景三维模型和三维不动产模型进行调度，确保实景三维不动产场景渲染效率。

4）可视化表达阶段。基于Cesium 技术，采用分层分户图定向多边形空间扩展算法优化模型空间套合，从而实现实景三维不动产场景表达。一方面，城市实景三维模型和不动产空间、非空间数据融合和关联，可以快速地对不动产单元数据进行定位和展示；
另一方面，城市实景模型和三维不动产模型的无缝集成，既可大范围对实景三维不动产场景进行浏览，又可以对不动产单元进行精确表达，从而满足三维不动产登记管理的需求。

2.1 城市实景三维模型构建

根据自然资源部印发的《关于全面推进实景三维中国建设的通知》等文件要求，依据《实景三维中国建设技术大纲（2021 版）》的技术要求，开展地形级、城市级以及部件级实景三维建设。

本文结合三维不动产登记管理的需求，与市级规划和自然资源局沟通，直接调用实景三维中国建设中的城市级实景三维模型成果，同时将三维不动产登记过程中产生的三维地理实体和三维产权体“反哺”部件级实景三维的建设，从而实现数据资源的共享和交换。

2.2 三维不动产模型构建

三维不动产模型构建主要包括2 个方面内容：一方面是三维宗地体构建；
另一方面是三维楼盘模型构建。三维宗地体由三维界址线、界址点和界址面共同构成，包括坐标位置、地籍权属等信息，主要有基于二维地籍和基于全要素解析测量2 种三维宗地体构建方法。三维楼盘模型构建是利用房产测绘的分层分户图成果，根据分层分户图提供的户室形状、层数以及层高等信息进行拉伸，从而形成三维楼盘模型。三维楼盘模型构建的流程如下：1）对分层分户图进行数据标准化处理，形成符合三维楼盘模型建模规范的图形数据；
2）从分层分户图中提取二维单产权体户室图形，形成单个户室基本图形；
3）属性赋值，将户室数据信息与户室基本图形关联；
4）根据层高和层数等属性信息，进行二维户室图形的拉伸，从而形成三维产权体。多个三维产权体组合，构建成三维楼盘模型并渲染，形成最终的三维楼盘模型［9］。三维楼盘模型构建流程示意图如图2 所示。

图2 三维楼盘模型构建流程示意图

为实现不同尺度的实景三维不动产场景展示，在大范围内可以实现城市三维实景模型大规模、流畅地进行浏览，在小范围内可以实现三维不动产模型精细化地展示各户室权属信息和登记权利情况信息等，本文采用基于地图服务聚合的方式实现实景三维不动产场景集成，开展实景三维模型和不动产空间数据融合、实景三维不动产场景空间套合、实景三维不动产场景属性关联以及实景三维不动产场景调度等工作，从而实现空间上无缝套合、属性上建立有效关联关系。

3.1 实景三维模型和不动产空间数据融合

实景三维不动产场景集成的一项基础性工作是进行实景三维模型和不动产空间数据的融合，为后期实景三维不动产场景空间套合工作提供数据支撑。具体工作流程为：1）对实景三维模型、三维楼盘模型以及不动产空间数据进行空间基准和数学基础一致性处理，确保在统一的国家2000 空间坐标系下；
2）实景三维模型控制点识别，通过从实景三维模型中提取建筑轮廓线的房角点，作为匹配控制点，实现不动产空间数据与实景三维模型地物的识别；
3）利用多源数据的几何位置变换等算法，对数据进行整合，实现实景三维模型和不动产空间数据的融合［6］。实景三维模型和不动产空间数据融合流程示意图如图3 所示。

图3 实景三维模型和不动产空间数据融合流程示意图

3.2 实景三维不动产场景空间套合

实景三维不动产场景空间套合包括2 方面内容：一方面是实景三维模型和不动产空间数据套合；
另一方面是实景三维模型和三维不动产模型套合。实景三维模型和不动产空间数据套合的关键是几何位置的配准、纠正和变换。不动产空间数据的地籍和宗地数据有明确地理坐标，直接进行转换便可实现实景三维模型的空间套合；
建筑物图形由于没有明确地理坐标，需借助数据融合过程中提取的建筑物房角点，建立建筑物和实景三维模型的关联关系，再选择几何配准和纠正模型，最后利用择仿射变换，将二维坐标转换至三维坐标的几何位置变换，从而实现建筑物图形和实景三维模型的空间套合。实景三维模型和三维不动产模型空间套合，一方面是实景三维模型和三维宗地体的套合，由于三维宗地体是通过二维宗地体拉伸获得，因此，上述二维宗地数据与实景三维模型套合，便是实景三维模型和三维宗地体套合；
另一方面是实景三维模型和三维楼盘模型套合，其实质是建筑物轮廓和对应的分层分户图匹配。本文采用的方法是基于地理要素属性信息匹配法，利用不动产登记的权籍信息和房屋的地籍调查信息进行匹配，使得三维楼盘模型具有地理坐标，从而实现与实景三维模型空间套合，但是由于精度不一致，容易导致模型不完全套合，效果较差，需采用分层分户图定向多边形空间扩展算法进行套合优化。

3.3 实景三维不动产场景属性关联

实景三维不动产场景属性关联工作开展的前提条件是对城市实景三维模型进行单体化，通过三维模型单体化，实现与不动产单元属性关联、查询和统计等，进而将实景三维模型和三维楼盘模型与不动产数据的属性关联［7］。具体思路是利用单体化的图层关联字段和不动产数据进行关联，步骤如下：11）利用不动产权籍库的宗地、地籍区和地籍子区等图层，编制房屋不动产单元号，并赋值至单体化图层中；
2）不动产登记数据中的权利人、户室和不动产单元等信息，以不动产单元号为主键，与不动产权籍库中房屋不动产单元号相关联，实现实景三维模型和不动产登记数据的关联；
3）将户室信息更新至三维楼盘模型中，实现三维楼盘模型和不动产数据的关联。

3.4 实景三维不动产场景调度

实景三维不动产场景调度主要包括2 个方面内容，一方面是大范围城市实景三维模型调度，另一方面是小范围三维不动产场景调度。大范围城市实景三维模型调度采用多细节层次（Levels of Detail，LOD）技术［8］，通过判断当前三维场景所处位置和重要性，分层次渲染三维模型细节，以提高渲染效率。小范围三维不动产场景调度，由于三维不动产模型与实景三维模型套合，容易造成三维楼盘模型渲染效率低。本文采用视觉感知评价模型，对当前实景三维不动产场景进行调度，从而达到最佳可视化效果。视觉感知评价模型流程示意图如图4所示。

图4 视觉感知评价模型流程示意图

4.1 分层分户图定向多边形空间扩展算法

在城市实景三维模型和三维不动产模型套合过程中，由于坐标精度不一致，容易造成不完全套合，导致一部分城市实景三维模型裸露在外或三维楼盘模型无法覆盖全城市实景三维模型。传统解决方法是人工进行分层分户图的扩展拉伸，这种方法可以自由拉伸到最套合的效果，缺点是拉伸靠目测，容易导致不同人员套合结果不一致、效率低且周期长［9］。本文采用分层分户图定向多边形空间扩展算法，实现复杂矢量面状图形的定向空间扩展和拉伸。分层分户图定向多边形空间扩展算法流程示意图如图5 所示。

图5 分层分户图定向多边形空间扩展算法流程示意图

4.2 基于Cesium的实景三维不动产场景可视化

实景三维不动产场景构建和集成后，本文基于Cesium 实现在Web 端的三维可视化。Cesium 是一款可在Web 浏览器实现2D、2.5D 以及3D 展示的开源JS 库，可实现数据的高效、动态渲染，能够满足三维不动产登记管理的需求［10］。实景三维不动产场景可视化包括2 种方式：1）对城市三维实景模型采用基于3D 模型加载的方式进行可视化，这是由于城市三维实景模型本身具有LOD 能力，能直接转换为3D Tiles 格式进行展示，并且与不动产数据关联较强，能够较好进行用户交互；
2）对三维不动产模型采用基于几何图形绘制的方式进行可视化。该方法不仅可以单独表示模型的高度、长度以及颜色等信息，还可以进行模型旋转操作等，具有灵活和可配置性，能表达不动产登记实时状态，如，实时渲染不动产权利状态，可在三维楼盘模型上用不同颜色表达抵押、转让以及查封等状态。

在实景三维中国建设的大背景下，结合三维不动产登记工作的需求，本文研究了实景三维不动产场景的构建和集成的技术方法，详细阐述了构建和集成的技术路线和关键点，形成了集物理空间、产权空间和实景特征于一体的真实精准的实景三维不动产场景。但在构建和集成过程中也存在一定的问题：1）实景三维模型和不动产空间数据套合时，目前只考虑了土地和房屋不动产数据套合，其他土地、林地等不动产数据套合未考虑；
2）分层分户图定向空间扩展算法存在一定问题，对于一些复杂建筑进行扩展时，容易出错。下一步，将继续优化算法，并且尝试与建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）结合，丰富不动产内部结构信息以及优化三维模型结构，提高三维性能，以便更好地为不动产登记管理服务，让不动产日常管理更高效。

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