基于COGO 数字化信息采集在三维建模中的应用

2022-05-18李春霞

科学技术创新 2022年15期

李春霞

（北京地星伟业科技股份有限公司，北京 100080）

传统的二维不动产管理方式，难以表达建筑与地面上下要素等其他实体间的错综复杂关系，无法直观、立体展现不动产单元分层分户空间关系，难以满足如今国内外关于三维不动产的需求。目前国内有基于不动产精细化管理，采用BIM 模型表达建筑对象，建立房地一体化系统研究[1]；基于CityEngine 建立建筑三维建模[2]；基于倾斜摄影技术的不动产三维模型[3]；以及针对古建筑建立三维模型[4]等技术。

数字化建模依赖空间数据信息，所以信息获取过程对数据质量高低存在关键影响。传统地图数字化获取的数据质量存在一些不确定性因素[5]，数字化后地图精度通常不会高于原图精度[6]，数据质量难以得到有效控制。本文采用了COGO数字化方法采集建筑数据，按照分层分户方式对大比例尺房产图空间数据展开采集，用于后期建立三维建筑单体化模型。本文选取了美国佛罗里达州的派内拉斯县（Pinellas）一栋建筑，阐述了三维数据数字化采集方法与流程。

图1

1 空间和结构

1.1 空间

空间（Space）是记录建筑内部空间信息，区分建筑内各不同功能性空间的位置、大小、方向等信息，采用多边形（Polygon）要素方式进行描述。按照建筑功能性特征，Space包含空间类型、子类型、楼层数、面积、楼高、海拔高度等字段内容。

1.2 结构

结构（Structure）与空间属于共生关系，记录空间的每一条线状结构，采用线段（Polyline）要素方式进行描述。Structure 属性信息表，包含结构的类型、层数、高度等。

2 三维信息采集

2.1 预处理

地图数字化的目标是将纸质资料（或其他）转化成计算机可识别的数据，可将纸质资料扫描成电子图件，扫描过程中DPI 不低于300。

2.1.1 资料收集。扫描后的建筑平面图件，格式为pdf；能够包裹建筑的宗地（Parcel）矢量文件，格式为Shapefile；其他资料。

2.1.2 图件转换。将扫描件转换为栅格数据，按照TIF 格式分层存放，后期需要展开地理配准并读取图中标注信息，保证转换后图片足够清晰。

2.1.3 使用软件。数字化主要使用ArcGIS10.5 以上版本中的Georeferencing 和COGO 模块，建模主要采用ArcPro。

2.2 地理配准

利用建筑所在位置示意图和所处宗地矢量文件，采用Georeferencing 功能模块，对建筑图纸进行地理配准；确定建筑在宗地中位置，将建筑由底层至上层依次进行空间校准，获取建筑所在地理坐标信息。

2.3 COGO 地图数字化

2.3.1 绘制新宗地（Parcel）。由于一个宗地内部存在多幢建筑情况，所以会出现宗地大小与建筑指示图指引范围不完全对应。例如宗地范围大于本幢建筑的外部范围线，需要重新创建本建筑对应的宗地范围，以便于提高数据采集精度。

COGO 方法：创建一个数据库（gdb）模板，并命名为Parcel Fabric。编辑数据库文件，选择新建parcel 功能，新建文件命名为宗地（Parcel），COGO 完成的点、线要素，最后可转化成面状文件。

（1）点击Select Parcel Features 创建新的宗地，Parcel Detail 中的属性（Properties）列下面中Name 定义为Parcel，Type 设置为0（此处0 和1，是为区分后期数据是否导出）。

（2）打开线（Lines）列，点击工具construction Tools，确定第一个控制点位置，控制点的方位和距离按照图上标记输入。如在表格中方位（Bearing）列输入：S3-03-07E ，距离（Distance）列输入：124.28，这里的方位单位为度（°）分（′）秒（″），距离单位为英尺（Ft）；第一个控制点会自动跳转到第二个控制点，依次类推，输入各控制点方位和距离，形成闭合线路；通常最后一个点会自动闭合到第一个控制点，如果不能自动闭合则采用手动方式闭合。

（3）控制点闭合后，检查采集闭合误差是否满足要求，同时自动计算面积。图2 中Misclose 等于0.021，满足精度要求，面积为21152 平方英尺。

图2 COGO 新宗地图

（4）选择Keep and Join 工具，自动生成新宗地范围。其他环节的COGO 方法同上。

（5）对照新的宗地矢量范围，重新对tif 图进行配准，此步骤目的为提高地理配准精度。

2.3.2 COGO 建筑脚线。勾画建筑的最外围线（脚线），命名为footprint。按照建筑角线标注的方位和距离，确定一个控制点为起点，两点之间按照±90 度或±45 度方法，计算下一点的方位信息，直至首尾两点自动封闭，如图3。建筑脚线的形状通常与建筑2 层外围一致，后期通过GIS 空间分析工具处理两层之间公共区域及墙体部分，保证层与层之前外围墙面的垂直性和连续性。

图3 COGO 建筑脚线

2.3.3 检查控制点的精度。建筑平面图中“TIE”标记了控制点到宗地“北”、“东”两个方向距离，在对应的控制点位置添加控制线，检查建筑脚线在宗地中位置精度，通常添加3个控制点的连接线即可完成，如图4 所示。

图4 检查控制点精度

如COGO 形成的控制线到宗地线两边能完全套合则无需移动脚线位置；不能套合则需要利用transform parcel工具对COGO 形成的点线要素进行整体旋转和平移，直到移动到相对准确的位置。此步骤是为了提高建筑在宗地中空间位置的相对准确性。

2.3.4 建筑分层分户COGO。不动产估价过程户型结构和套内建筑面积是非常重要参考因子，为了确保单元（户）内结构和面积准确性，所有单元（户）内部均需要COGO；而电梯、大厅、休息室等公共区域可以提供参考位置，为了提高效率可以采用其他方式。

以内墙为边界COGO 户内部分，计算套内面积，但是注意起始控制点应与上层控制点重合，要扣除外墙的厚度。

对同一层存在多个单元的情况下，需对每个单元COGO，不同单元之间的墙体不计算在单元面积内。

2.3.5 分割非单元区域。单元（户）以外的电梯、设备间、墙体等公共区域，可对照配准后的分层分户平面图进行面状分割。

如利用2 层单元（户）与脚线部分进行切割，留下非重合区域作为2 层公共区域，再行细化。打开parcel 文件属性表，选择2 层所有单元图形（因为其他区域没有COGO）；点击Parcel Explorer 工具，全选本层所有单元；使用Parcel Remainder 工具进行叠加分析，细化出2 层的公共区域。

使用ArcGIS 中的Feature Class to Feature Class 工具，将面状输出至Space 模板中。如图5 所示。