付 航，吳小東，肖正龍，曹 磊，楊彥梅

(中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引言

為加快推進(jìn)宅基地制度改革，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化建設(shè)，全國農(nóng)村“房地一體”確權(quán)登記發(fā)證工作已全面展開。而農(nóng)村人口眾多，地塊分割小數(shù)量多，其不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)管理落后，數(shù)字化管理發(fā)展緩慢，不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證工作面臨著包括地籍圖、宗地圖、房產(chǎn)圖的成果數(shù)據(jù)格式單一，數(shù)據(jù)整合過程復(fù)雜，與實(shí)地?cái)?shù)據(jù)結(jié)合效果較差等問題[1-3]。因此，亟需拓展新的農(nóng)村房地一體不動(dòng)產(chǎn)管理方法，讓確權(quán)工作向數(shù)字化、信息化、三維化發(fā)展。

目前，不動(dòng)產(chǎn)管理系統(tǒng)基本采用傳統(tǒng)的基于二維地圖的GIS系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，不能滿足對三維不動(dòng)產(chǎn)空間信息管理的精細(xì)化、直觀化、準(zhǔn)確化的要求[4-5]。傾斜攝影測量技術(shù)能夠獲取豐富的地物信息，構(gòu)建高精度的三維模型，已廣泛應(yīng)用于數(shù)字城市、城市應(yīng)急、城市管理、不動(dòng)產(chǎn)管理等各個(gè)行業(yè)[6-8]。本文采用傾斜攝影測量技術(shù)構(gòu)建的三維模型作為不動(dòng)產(chǎn)三維場景的載體，在此基礎(chǔ)上，融合地形數(shù)據(jù)、二維地圖和宗地圖、房產(chǎn)圖、權(quán)屬信息等不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記數(shù)據(jù)，開發(fā)了應(yīng)用于農(nóng)村房地一體項(xiàng)目的三維管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分反映了農(nóng)村房地在三維空間上的分布狀況，實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)產(chǎn)房屋、宗地、權(quán)屬的精細(xì)化管理。

1 研究思路

本文基于傾斜攝影測量的農(nóng)村房地一體三維管理系統(tǒng)的總體研究思路分為3個(gè)部分，包括三維場景的構(gòu)建與集成、多源數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1)三維場景的構(gòu)建分為基礎(chǔ)三維場景構(gòu)建和精細(xì)化三維模型的構(gòu)建?；A(chǔ)三維場景研究的主要內(nèi)容是三維場景中底層地圖數(shù)據(jù)的集成，包括行政區(qū)劃圖、道路、河流、注記等；精細(xì)化三維模型的構(gòu)建主要解決的是三維模型的單體化問題，通過單體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對建筑物進(jìn)行單獨(dú)的選中、屬性賦值、查詢分析等基本的功能要求。

2)多源數(shù)據(jù)管理解決的是多源數(shù)據(jù)與系統(tǒng)集成的問題。本系統(tǒng)所涉及的地理信息數(shù)據(jù)類型包括不動(dòng)產(chǎn)基礎(chǔ)信息、房地矢量數(shù)據(jù)、二維地圖數(shù)據(jù)，三維模型數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)種類繁多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。針對不同種類的數(shù)據(jù)，制定對應(yīng)的集成管理方法，為建立穩(wěn)定、快速、靈活的三維系統(tǒng)提供支撐，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的高效組織與管理。

3)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分為前端和后端。前端研究的是在Web環(huán)境下，地理信息數(shù)據(jù)的可視化、三維數(shù)據(jù)的集成顯示以及頁面相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)方法；后端的研究內(nèi)容包括基于B/S架構(gòu)的后端實(shí)現(xiàn)方法，后端與前端交互的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，三維數(shù)據(jù)服務(wù)的相關(guān)接口設(shè)計(jì)以及對數(shù)據(jù)庫的增刪改查等相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 不動(dòng)產(chǎn)三維模型的構(gòu)建

不動(dòng)產(chǎn)三維模型的構(gòu)建是指構(gòu)建由三維房屋模型組成的三維場景，其特點(diǎn)是具有精確的空間拓?fù)潢P(guān)系和明確的權(quán)屬信息，可以實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)的精細(xì)管理。而利用傾斜攝影測量手段獲取到的數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)化建模軟件生成三維傾斜模型，由于其成果是以整個(gè)場景進(jìn)行建模，不能獨(dú)立顯示某一棟建筑或者建筑中的某一層，也不能掛接戶室信息[9]，因此需要進(jìn)行一定的處理，實(shí)現(xiàn)模型的單體化。

目前模型單體化的方式有切割單體化、ID單體化、動(dòng)態(tài)單體化。本文中模型單體化采用動(dòng)態(tài)單體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)中的建筑物二維矢量面為基礎(chǔ)，按照每幢、每層、每戶的建筑物高度信息，分別拉伸生成三維立體白膜，并掛接相關(guān)不動(dòng)產(chǎn)屬性信息，在三維場景渲染過程中，動(dòng)態(tài)地套合到實(shí)景三維模型中，實(shí)現(xiàn)帶有不動(dòng)產(chǎn)屬性信息的三維建筑物與實(shí)景三維模型的融合展示。

2.2 多源數(shù)據(jù)組織與管理

本系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)有房屋、宗地、權(quán)屬信息等不動(dòng)產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，土地利用、道路、地形圖等地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在組織結(jié)構(gòu)、存儲方式和顯示方式上都各不相同。完善的地理信息平臺必須要解決多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、集成和管理的問題，因此本文采用了PostGIS數(shù)據(jù)庫+GeoServer的數(shù)據(jù)存儲和發(fā)布模式，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的管理。

不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲方面，采用的是PostGIS空間數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是一個(gè)功能開源的對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，支持空間數(shù)據(jù)的存儲。對于房地權(quán)屬類信息，以數(shù)據(jù)庫為主要存儲方式，主要包含房屋、宗地和權(quán)利人的庫表信息構(gòu)建，各表中字段的設(shè)置基本參照《不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》(試行)的要求，在此基礎(chǔ)上添加刪除標(biāo)識字段和2個(gè)備用字段，通過不動(dòng)產(chǎn)單元編碼建立房屋、宗地以及權(quán)利人之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。對于宗地圖、房產(chǎn)圖、界址點(diǎn)信息等圖件數(shù)據(jù)，以文件系統(tǒng)的方式進(jìn)行管理，依據(jù)不動(dòng)產(chǎn)單元號進(jìn)行編號并分類，可按照不動(dòng)產(chǎn)單元號與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢，從而實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理采用的是GeoServer，利用數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布的方式，對矢量數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、正射影像等數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)化管理，通過GeoServer服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)布為WMS、WMTS、TMS等形式的服務(wù)，提供一定區(qū)域內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的更新、管理和運(yùn)維的空間信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整合和共享。

2.3 三維可視化的實(shí)現(xiàn)

農(nóng)村房地一體三維管理系統(tǒng)滿足在完整的三維場景下對三維房屋、宗地的管理與查詢，以及對周邊地物的瀏覽與展示的功能需求，為了支撐該功能需求，要綜合考慮二維地圖、實(shí)景三維模型、不動(dòng)產(chǎn)三維實(shí)體的集成，提供一個(gè)完整的三維可視化環(huán)境。

本系統(tǒng)采用基于Cesium的三維可視化方法，來構(gòu)建一個(gè)基于Web的三維地球和地圖環(huán)境，二維地圖和其他矢量數(shù)據(jù)經(jīng)過服務(wù)化后，可通過Cesium地圖服務(wù)接口加載。針對三維模型的可視化，Cesium有不同實(shí)現(xiàn)方法，其中最通用的一種方法是基于3DTiles的可視化方法?；趦A斜攝影測量技術(shù)獲取的三維模型，可以將其轉(zhuǎn)換為3DTiles格式后進(jìn)行展示。采用該方法構(gòu)建的三維場景與不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的三維實(shí)體模型具有較強(qiáng)的用戶交互性，可滿足不動(dòng)產(chǎn)三維可視化和空間操作的需求。

3 三維管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)框架

農(nóng)村房地一體三維管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)基于B/S模式，采用前后端分離開發(fā)的方式，引入三維GIS、空間數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)服務(wù)等技術(shù)，支持多源數(shù)據(jù)如傾斜模型數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、其他3D數(shù)據(jù)等的導(dǎo)入與顯示，可將屬性數(shù)據(jù)、二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)融合展示，充分發(fā)揮三維應(yīng)用的優(yōu)勢?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

圖1 三維管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖Fig.1 Architecture of rural real estate 3D management system

系統(tǒng)前端基于Cesium開發(fā)，將基于傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建的城市三維模型與不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)融合，直觀展示建筑物外表、外輪廓，并利用三維房屋模型準(zhǔn)確描述各類不動(dòng)產(chǎn)對象，精確化管理和展示不動(dòng)產(chǎn)單元，同時(shí)構(gòu)建了多源數(shù)據(jù)的管理體系，使得三維模型、矢量數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)也能方便地通過服務(wù)調(diào)用的方式集成到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)在瀏覽器端的在線展示，充分滿足農(nóng)村房地一體不動(dòng)產(chǎn)業(yè)務(wù)的需要。系統(tǒng)后端整體基于Spring框架，底層數(shù)據(jù)庫采用PostGIS數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括不動(dòng)產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和不動(dòng)產(chǎn)空間數(shù)據(jù)庫，傾斜三維場景模型采用文件的形式進(jìn)行存儲，通過服務(wù)方式調(diào)用。整個(gè)數(shù)據(jù)資源層主要包括地圖服務(wù)、OGC服務(wù)和一些其他WebService服務(wù)，利用Geoserver進(jìn)行服務(wù)發(fā)布，通過統(tǒng)一的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的聚合，支持?jǐn)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到快速應(yīng)用的目的。

3.2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

農(nóng)村房地一體三維管理系統(tǒng)是運(yùn)用GIS相關(guān)技術(shù)解決農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)的三維可視化表達(dá)與共享，以及不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等業(yè)務(wù)問題。本系統(tǒng)基于三維數(shù)據(jù)集成方法以及相關(guān)業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)模塊、業(yè)務(wù)模塊和工具模塊，通過這3個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)三維不動(dòng)產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的管理與共享。系統(tǒng)詳細(xì)功能圖如圖2所示。

圖2 農(nóng)村房地一體三維管理系統(tǒng)功能圖Fig.2 Functional diagram of rural real estate integration 3D management system

3.3 功能模塊

3.3.1 基礎(chǔ)模塊

基礎(chǔ)模塊包括系統(tǒng)登錄、用戶管理、圖層管理、三維瀏覽4部分功能：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了登錄和用戶管理，可設(shè)置用戶權(quán)限，管理不同模塊功能的用戶訪問權(quán)限，有效提高系統(tǒng)的安全性；圖層管理功能可以對三維場景中展示的圖層進(jìn)行控制，通過勾選圖層設(shè)置圖層的隱藏和顯示，拖動(dòng)圖層位置來控制圖層的疊加順序；三維瀏覽基于Cesium操作接口，實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)在三維場景下的三維展示，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊控制三維模型的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。基礎(chǔ)界面如圖3所示。

圖3 三維管理系統(tǒng)基礎(chǔ)界面圖Fig.3 Basic interface of 3D management system

3.3.2 業(yè)務(wù)模塊

系統(tǒng)基于不動(dòng)產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立了三維不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，將現(xiàn)有的不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)對接到三維系統(tǒng)中，通過編號或者不動(dòng)產(chǎn)單元號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在前端頁面實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)產(chǎn)信息的查詢功能，按照現(xiàn)有不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)類型分為自然幢查詢、層信息查詢、戶信息查詢、權(quán)利人信息查詢。同時(shí)完成了房產(chǎn)圖、宗地圖、產(chǎn)權(quán)證書的掛接，實(shí)現(xiàn)了“從房查圖，圖屬關(guān)聯(lián)”，通過點(diǎn)擊三維房屋來查詢對應(yīng)的不動(dòng)產(chǎn)屬性信息以及圖件信息，并且打印輸出。

系統(tǒng)把實(shí)景三維引入不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍管理，把傾斜攝影三維模型成果和已有的二維地籍、房產(chǎn)、權(quán)利人等數(shù)據(jù)成果集成到三維管理系統(tǒng)中，更直觀、更真實(shí)地反映不動(dòng)產(chǎn)及周邊地物現(xiàn)狀，可將房屋登記樓幢直接關(guān)聯(lián)到選定三維樓幢模型中，自動(dòng)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)二三維的聯(lián)動(dòng)查詢，滿足對農(nóng)村復(fù)雜空間的不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍管理的需求。

3.3.3 工具模塊

為了提升系統(tǒng)在不同情況下的易用性，減小用戶在使用系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)管理時(shí)的操作難度，系統(tǒng)提供了包含多個(gè)三維繪制以及輔助、量測功能的工具，如圖4所示。通過調(diào)用這些工具可以實(shí)現(xiàn)土地面積量測、房屋標(biāo)繪、位置定位、地名查詢等業(yè)務(wù)功能，提高了三維場景下不動(dòng)產(chǎn)管理的效率，為不動(dòng)產(chǎn)其他業(yè)務(wù)工作的開展提供了有利的支撐。

圖4 系統(tǒng)工具圖Fig.4 System tool diagram

4 結(jié)束語

本文基于傾斜攝影測量的相關(guān)技術(shù)，通過研究實(shí)景三維模型集成的方法，結(jié)合農(nóng)村房地一體項(xiàng)目，將實(shí)景三維模型應(yīng)用到不動(dòng)產(chǎn)信息化管理中，開發(fā)了農(nóng)村房地一體三維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三維模型與不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用。實(shí)踐證明，利用本系統(tǒng)可以提高不動(dòng)產(chǎn)管理工作的效率，為農(nóng)村房地一體的實(shí)施提供三維信息化支持。