不動產(chǎn)空間數(shù)據(jù)二三維一體化存儲設(shè)計與應(yīng)用探討

陳澤鵬，萬寶林，李 清

(1. 廣東省國土資源技術(shù)中心，廣東 廣州 510075； 2. 北京瑞奧時代科技發(fā)展有限公司，北京 100089)

按照不動產(chǎn)管理部門的不同，我國以往的不動產(chǎn)登記分別由不同的部門實施，處于分散化管理的狀態(tài)，基本上采用基于二維平面的管理體系。為進一步規(guī)范房地產(chǎn)市場和相關(guān)的不動產(chǎn)管理，國家一直推行統(tǒng)一的不動產(chǎn)登記制度。2007年《物權(quán)法》頒布時就明確了國家對不動產(chǎn)實行統(tǒng)一登記制度，2013年，根據(jù)國務(wù)院機構(gòu)改革和職能轉(zhuǎn)變方案，由當(dāng)時的國土資源部負責(zé)指導(dǎo)監(jiān)督全國土地、房屋、草原、林地、海域等不動產(chǎn)統(tǒng)一登記職責(zé)，基本做到登記機構(gòu)、登記簿冊、登記依據(jù)和信息平臺四統(tǒng)一。

由于不動產(chǎn)權(quán)利包括土地所有權(quán)、土地使用權(quán)、建筑物所有權(quán)、宅基地使用權(quán)、國有林地使用權(quán)、草原草場承包權(quán)、國有林地承包權(quán)、海域使用權(quán)等，無不基于對空間及邊界的準(zhǔn)確定位，要求不動產(chǎn)統(tǒng)一登記必須建立在精確的地理信息系統(tǒng)上。近年來，地理信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于房地產(chǎn)管理中，從最初的二維地理信息系統(tǒng)，正逐步過渡到三維地理信息系統(tǒng)的管理中。三維地理信息系統(tǒng)可以利用高分辨率衛(wèi)星影像、航空像片及數(shù)字高程模型生成地表三維模型，再疊加空間矢量數(shù)據(jù)、地物興趣點及三維建筑物模型數(shù)據(jù)，形成區(qū)域或城市的可視化三維數(shù)字景觀，可以更加直觀和可視化地用于不動產(chǎn)登記管理中，從而提高政府的決策水平[1]。

1 現(xiàn)狀需求

地理空間信息的二三維一體化聯(lián)動表達是目前GIS應(yīng)用的發(fā)展方向，也是地理信息產(chǎn)業(yè)中的熱門話題，國內(nèi)外圍繞GIS二三維一體化的應(yīng)用展開了多知識點、多設(shè)計模式的深入研究。文獻[2]對二三維空間數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)進行了分析，詳細研究了地形和地物一體化組織方法，隨后又提出了一種針對基于文件系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的二三維一體化的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，進行了數(shù)據(jù)組織與存儲的相關(guān)工作。文獻[3]對地物采用基于規(guī)則(CityEngine CGA)的三維建模技術(shù)提出了二三維一體化解決方案。文獻[4]通過二三維聯(lián)動方式解決二三維圖數(shù)一體化在房產(chǎn)管理中的應(yīng)用。不動產(chǎn)登記的三維應(yīng)用也成為熱點，國內(nèi)在二三維一體化不動產(chǎn)管理模式方面已有相關(guān)研究。文獻[5]圍繞構(gòu)建多尺度二三維一體化不動產(chǎn)權(quán)籍?dāng)?shù)據(jù)，提出了二三維不動產(chǎn)一體化管理理念。文獻[6]在傳統(tǒng)搭建H維模型方法的基礎(chǔ)上，采用CityEngine平臺，設(shè)計三維地籍建模規(guī)則，探尋不同的建模方法。從現(xiàn)狀來看，將三維用于不動產(chǎn)登記管理尚處于摸索階段，還有許多關(guān)鍵問題需要研究解決。

2 解決方案與關(guān)鍵技術(shù)

ArcGIS提供了創(chuàng)建3D建筑物的工具，能夠根據(jù)導(dǎo)入的房屋二維矢量數(shù)據(jù)集快速追蹤房屋幢要素、層要素、戶要素以生成輪廓面，根據(jù)給定高度信息對輪廓面進行拉伸生成白膜，可根據(jù)實際情況進行模型的貼圖。另外，它還提供了一種多面體(multipatch)的數(shù)據(jù)類型作為三維顯示的模型，它可以Shape文件或Geodatabase方式存儲[7]。ArcGIS還支持主流的三維模型(如SketchUp、3DMAX和VRML等)導(dǎo)入，提供了快捷的數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具，特別是支持復(fù)雜模型的導(dǎo)入[8]。

基于ArcGIS這種數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)二維和三維數(shù)據(jù)的一體化存儲與管理，其優(yōu)勢主要有以下幾個方面：

(1) 管理三維數(shù)據(jù)如同管理二維數(shù)據(jù)一樣的簡單。

(2) 數(shù)據(jù)編輯模板統(tǒng)一，支持標(biāo)準(zhǔn)GIS數(shù)據(jù)編輯功能，包括基本的增、刪、改功能，還有三維捕捉，三維圖形編輯等。

(3) 繼承了ArcGIS強大的二維分析功能，可以在三維場景中調(diào)用二維分析工具，并且展現(xiàn)最終的二維分析結(jié)果。

(4) 便于二三維一體化系統(tǒng)的無縫開發(fā)，難度小、集成快。

2.1 二三維一體化數(shù)據(jù)存儲設(shè)計

在基于不動產(chǎn)統(tǒng)一登記成果數(shù)據(jù)構(gòu)建房屋三維模型時，一方面要考慮房屋的空間位置與二維空間數(shù)據(jù)間的關(guān)系，以及房屋的輪廓結(jié)構(gòu)，以便將三維反映得更加真實；另一方面還要表現(xiàn)房屋與周邊的地形地貌等要素的空間關(guān)系，也即從微觀和宏觀兩種角度來構(gòu)造這種空間關(guān)系模型。

如圖1所示，不動產(chǎn)統(tǒng)一登記成果空間數(shù)據(jù)(包括行政區(qū)劃要素、地籍區(qū)要素、地籍子區(qū)要素和宗地要素等)可用于反映現(xiàn)實三維空間地表模型數(shù)據(jù)，宏觀地展示房屋的空間位置和周邊地形地貌；而不動產(chǎn)統(tǒng)一登記成果數(shù)據(jù)的自然幢要素、層要素和戶要素對應(yīng)于現(xiàn)實三維空間的樓(幢)、樓層、戶室，是三維空間中建立房屋三維模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以微觀的視角體現(xiàn)房屋的結(jié)構(gòu)和權(quán)屬范圍。

圖1 不動產(chǎn)登記成果數(shù)據(jù)邏輯

從宏觀到微觀，可以基于不動產(chǎn)統(tǒng)一登記成果中的二維空間數(shù)據(jù)(自然幢要素和宗地要素)和分層分戶圖(或二維樓盤表)構(gòu)建房屋輪廓的三維模型，這即是基于不動產(chǎn)統(tǒng)一登記成果數(shù)據(jù)構(gòu)建房屋二三維一體化模型的總體思想。

不動產(chǎn)登記成果數(shù)據(jù)包括不動產(chǎn)單元數(shù)據(jù)、權(quán)利人數(shù)據(jù)、登記業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和分層分戶圖等其他數(shù)據(jù)。其中不動產(chǎn)二維空間宗數(shù)據(jù)、自然幢數(shù)據(jù)和分層分戶圖數(shù)據(jù)是創(chuàng)建三維模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

在進行不動產(chǎn)登記成果二三維一體化數(shù)據(jù)模型設(shè)計時，除了要將原有不動產(chǎn)登記成果的二維數(shù)據(jù)保存為ArcGIS的GeoDatabase數(shù)據(jù)模型[9]外，還需對其擴充，增加分層分戶空間數(shù)據(jù)和房屋三維模型單體單元的層高、高程、紋理等信息內(nèi)容，如圖2所示。

圖2 不動產(chǎn)統(tǒng)一登記成果二三維一體化模型

為便于管理和減少數(shù)據(jù)存儲空間，將形成不動產(chǎn)三維數(shù)據(jù)的二維樓盤表存儲于數(shù)據(jù)庫中，并建立與不動產(chǎn)單元的關(guān)聯(lián)，這樣有別于傳統(tǒng)三維模型單獨以文件方式存儲，再從位置上與二維底圖關(guān)聯(lián)，既節(jié)省了存儲空間又便于管理。

2.2 不動產(chǎn)空間數(shù)據(jù)三維可視化技術(shù)

基于不動產(chǎn)登記成果構(gòu)建房屋三維模型對象，建立不動產(chǎn)登記成果二三維一體化數(shù)據(jù)模型的主要流程如圖3所示，具體描述為：

(1) 以二維樓盤表為參考，對層要素、戶要素集進行匹配，完成房屋建筑物多個樓層要素按序從基層開始逐層疊加，然后生成二維矢量數(shù)據(jù)集，相當(dāng)于整個建筑物內(nèi)部各層結(jié)構(gòu)在水平面上的投影疊加。

(2) 將經(jīng)過匹配疊加后的二維矢量數(shù)據(jù)集按照屬性數(shù)據(jù)中存儲的基層和層號信息對二維矢量數(shù)據(jù)集中的幾何對象依次從基層開始逐層拉伸構(gòu)建三維體，拉伸的高度依據(jù)實際的房屋樓層高度設(shè)定，生成具有多層次多結(jié)構(gòu)的房屋三維白模。

(3) 對拉伸后的三維白模進行風(fēng)格和紋理映射的設(shè)置，最終生成具有多樓層、多戶室結(jié)構(gòu)的房屋內(nèi)部三維模型。

(4) 將房屋三維模型對象與不動產(chǎn)登記權(quán)屬信息進行關(guān)聯(lián)。

圖3 基于房產(chǎn)二維矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建房屋三維模型主要流程

3 應(yīng)用實例

以廣東為例，基于本文所描述的不動產(chǎn)登記成果二三維一體化數(shù)據(jù)模型設(shè)計思路，選取一個小范圍區(qū)域進行三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)試驗，建立不動產(chǎn)單元逐層逐戶的三維模型圖， 以不動產(chǎn)單元號為連接紐帶，在查詢二維不動產(chǎn)平面圖的同時，可以一體化查詢?nèi)S結(jié)構(gòu)和位置，非常直觀，也驗證了本思路的可行性。

4 結(jié) 語

通過本文的存儲設(shè)計，為長期以來由二維、三維并存帶來的數(shù)據(jù)資源整合對接難、存儲成本高、管理難度大等各種問題提供了解決思路。本文基于小范圍試驗片區(qū)數(shù)據(jù)，相對不動產(chǎn)成果登記信息平臺中的數(shù)據(jù)是相當(dāng)少的數(shù)據(jù)量，對于全省大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，尚未驗證研究成果在未來海量數(shù)據(jù)應(yīng)用場景中的效率狀況，這也是今后需要重點突破的方向。