尺寸链驱动的分户分间房产图快速实测技术.pdf

March.20232023年3 月Modern Surveying and MappingVol.46,第46 卷第2 期绘测现代尺寸链驱动的分户分间房产图快速实测技术高翔，姚钟惠，张小国，黄晓慧（1.南京市房地产市场交易中心，江苏南京2 10 0 2 9；2.东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京2 10 0 96；3.南京捷鹰数码测绘有限公司，江苏南京2 10 0 19）摘要相对于传统的分层分户房产模型，分户分间模型可以更详尽表达房屋的内部空间和权利信息，但对不存在BIM/CAD数据的房屋，要获取分户分间信息通常只能通过实测得到。基于曼哈顿世界假设，提出了一个分户分间快速测量方法，通过在支持触摸的平板设备直接绘制草图，系统自动化对草图精简、寻找主方向、搜索构建内部实体、构建尺寸链，从而实现草图直接成图的分户分间测量。适用于规则建筑物分户分间图现场测量，可提高实测工作效率。关键词曼哈顿世界假设；分户分间图；曲线精简；尺寸链中图分类号：TU198文献标志码：A文章编号：16 7 2-40 9 7(2 0 2 3)0 2-0 0 32-0 70引言我国采用地籍确立土地权属、用分层分户图确立房屋使用权属1-2 。但分层分户图难以翔实表达房子内部的空间占有、使用面积、租赁关系等信息，在“租赁住房基础数据采集课题研究（编号SG一CG200805F)”课题支持下，本文提出采用存量房屋分户分间的模型，将原有的分层分户图细化到房间尺度，以实现对存量房屋进行更精细化管理，有效管控流动人口、规范租赁市场，支撑城市可持续良性发展。实现分户分间存量房屋管理，必须解决数据采集的问题。由于历史原因，一些房屋难以找到建筑信息模型（BIM)或计算机辅助设计（CAD）数据，分户分间数据只能实测获取。而目前，我国的房产测量多采用皮尺或者测距仪外业绘制草图、内业计算机成图，效率有待提高。基于曼哈顿世界假设 3，引人参数化设计领域尺寸链4的概念，本文给出了一个分户分间房产图的快速实测方法。本文方法通过在支持触摸的平板设备直接绘制草图，系统自动化对草图精简、寻找主方向、自动搜索构建内部实体、构建尺寸链，当草图全部尺寸约束都得到用户输人信息后，系统在尺寸链驱动下自动生成分户分间图。1存量房屋分户分间模型概述传统分层分户模型中，“户”用单线多边形表示，一般不涉及内部具体结构。而分户分间模型将原分层分户图数据精细到间，用“间”表达每一户中的细分权利空间，包括卧室、厨房、卫生间、客厅、阳台、储藏间、通道以及公共空间等。如图1所示，完整的房屋分户分间模型中包含了宗地（或丘）、自然幢、逻辑幢、层、户、间7 种实体类型宗地自然幢逻辑幢(单元)层房间图1分户分间模型的几类实体和传统分层分户模型相比，分户分间模型细化了对间的信息描述，并依据不同的“间”类型，依据面向对象思想构建了不同的权限实体，如卧室、客厅、厨房、卫生间等。在该模型中，户与户、户与间、间与间存在相邻或相离的拓扑关系，其空间和拓扑关系可采用如图2 所示经典的点一线一面模型表达。依据不同的“间”类型，如卧室、客厅、厨房、卫生间等，依据面向对象思想构建不同实体并规定其必须支持的属性，同时对同类型的“间”，按照从南到北、从东到西的顺序逆时针编码。表1给出了模型中户和间应该支持的属性等信息项目来源：南京市大数据管理局建设项目（2 0 2 0 32 0 10 6 6 50 1-348 950）第一作者简介：高翔，高级工程师，研究方向为房地产测绘。33高第2 期翔等：尺寸链驱动的分户分间房产图快速实测技术面边点-ID1:N-ID1:N-ID一围成本面的边ID列表组成本边的点ID列表-左侧面一X(逆时针)-若侧面-y一面积层1:N间层号1:N一权属编号层总面积一标准班一间编号二套岑摊-产权人信息一面积一户型、面积、承租人信息等卧室厨房卫生间起居室（厅）阳台通道/楼梯等一朝向一朝向一朝向-类别朝向一类别一承租人等一概要描述一概要描述朝向类别一概要描述一概要描述一概要描述图2分户分间模型表达表1不同实体应包含的属性信息权利需支持的属性信息空间空间信息：户的空间占有信息户主信息：分户号、户主等租赁信息：租赁形式（合租/独租）、承租人等户面积信息：建筑面积、套内建筑面积、套内使用面积等其他信息：ID、房屋结构、附属设施、朝向、用途、启用日期等空间信息：对应卧室、客厅、厨房等细分使用空间的占有等情况间*租赁信息：是否允许分租、租赁人信息、承租时间面积信息：细分使用空间的实际使用面积等其他信息：ID、朝向、复数设施、用途、备注等说明：“*”为不同类型实体设计独立的表。2尺寸链驱动的分户分间快速实测技术方法2.1曼哈顿世界假设曼哈顿世界假设（The Manhattan-world As-sumption）指在某个三维空间中（图3），平面法向量均与同一个正交直角坐标系的某个坐标轴方向保持平行 3，现实世界大部分建筑物的主要平面结构满足该假设的。依据此假设，降维到二维平面上，可以认为建筑物的轮廓线主要在相互垂直的两个主方向上。基于上述假设，本文将一定阈值范围内的房屋草图形状线强行归正到主方向，并基于此关系构建图形尺寸链约束关系，实现尺寸链驱动下由草图直接生成最终图形60X12图3曼哈顿世界假设与建筑物主方向（左为建筑物三维图，右为建筑物底层二维CAD图）2.2总体流程本文方法的基本原理是利用手持设备（如PAD)提供的触摸功能直接在绘制分户分间草图，然后系统通过曲线自动精简、轮廓自动求交、内部空间自动重建、尺寸链自动构建、尺寸驱动依据测量值更新与图形重绘等步骤。其步骤如图4所示利用PAD触摸功能手工绘制草图曲线精简、自动求交去毛刺利用建筑物特性自动规正搜索图形得到分户分间实体利用空间约束生成尺寸链量取实际尺寸、自动重绘图4分层分户图现场快速采集技术流程在图4中除了第一步绘制草图、尺寸量取与属性录人，其余为自动化处理。该技术流程的具体说明如下：(1)用户通过触摸绘制草图，系统依据UI事件34绘测现第46 卷代跟踪落笔和起笔，利用中间的点生成一条曲线。如图5所示，绘制一个矩形，用户可以用两笔（图5a）、一笔（图5b)或多笔（图5c）绘制，且相互连接的两条边可以带毛刺绘制（图5a一5c），也可以不完全闭合（图5d），后面的算法会自动去毛刺或者自动闭合（在允许阈值范围内）。(a)两笔绘制带毛刺(b)一笔绘制带毛刺(c)四笔绘制(d)一笔绘制未闭合图5矩形的不同草图绘制方法（2）采用DouglasPe u c k e r 算法 5对上述曲线进行自动化精简，精简阈值一般可设置为30 一50像素，实际阈值依据屏幕像素密度及操作习惯调整。对精简后的曲线，需要进行互相交和自相交处理，考虑到人工草图具有一定的随意性，依据给定的阈值，对求交后的图形去毛刺（孤立边）并强行闭合距离较近的两边，相关算法细节可参考文献 6(3)计算建筑物线条对应方向角，采用K一means聚类得到两个主方向，将设定阈值范围内的线段方向调整到主方向，从而得到方正图形信息为避免未拟合弧段对应短线段对主方向K一means求取的干扰，求取主方向时忽略短线段。（4)依据主方向重新构建“节点一连接 图 6，以此搜寻图2 所表达的分户分间图的内部实体及相互拓扑关系，对两个主方向节点之间的连线用圆弧拟合，舍弃小于规定阈值的圆弧。（5)构建水平和垂直两个主方向的尺寸链以及弧段约束模型，同时依据直线之间的距离阈值搜寻共线约束，从而形成尺寸驱动的草图模型（6)用户选取边，通过手工录人或者测距仪自动输人尺寸信息，当所有约束都有用户的合法输人后，利用尺寸链模型及录入属性信息自动生成最终分户分间图形。2.3节点一连接的图模型自动构建经过曲线精简、求交去毛刺处理，可以得到文献 6 所述的“节点一连接”图（图6）。但在该文献中所有节点均是连接和连接之间的交点（如十字、T形或者Y形节点)或者悬空线的端点，一条多义线内部的形状点不认为是节点，BFETW(a)十字节点(b)T字节点(c)Y形节点(d)文献 6 不认(e)文献 6|中EF不作节点认作节点图6不同形状情况下的节点一连接模型如图6（a）6（c)中，A、B、C 3个节点由于连接的线段数不小于3，因此本文和文献 6 一致，都认为是一个图的节点；图6（c）中，连接D的线段只有2条，文献 6 认为它是多义线的内部形状点，而在本文分层分户图中认为这是一个节点；图6(e)中，文献 6 1认为VEFW是一条多义线且只有VW是节点，而在本文模型中，由于EV和FW都是主方向上的线段，而在E、F点连接了非主方向线段，因此E和F均被认为是节点。综上，即使一个点只连接两条不共线的线段，如果其中任何一条线段在主方向上，则认为该点是一个合法的节点。本模型支持直线段和弧段，弧段可以用它的两个定点加弧段高及其方向表示，在总流程中的第四步，需要采用如下算法将图6（d)和图6(e)两种情形的节点分裂出来，具体算法步骤可以如下：（1枚举连接表中每一个元素，如果该连接不存在内部形状点则不处理（2)对存在内部形状点的连接，依据内部线段信息逐个处理A.如果当前内部线段在主方向上，利用这条内部线段生成新的节点和link，并以此更新前节点的所有link信息，继续此步骤。B.如果当前内部线段不在主方向上，则继续搜寻直至出现内部线段在主方向为止，将前面所有不在主方向的内部线段看成一个link，生成新的link和node，并更新前一个node的link信息35高翔等：尺寸链驱动的分户分间房产图快速实测技术第2 期C.对于新生成的link，如果内部存在形状点，用弧长及弧高信息拟合圆弧，最终用（点1，点2，弧高）三元组表达出这个弧；如拟合弧段对应半径小于特定阅值，认为是绘制误差并舍弃，即认为是直线段直接连接。如图7 所示，考虑到连接两个点（假设点A、B)的弧段可以有两个方向，我们将与AB成90夹角的弧高定义为正值，反之定义为负值，当弧高值为时，退化为普通线段。与向量AB呈90 的方向矢量A(点1)B(点2)B(点2)负弧高A(点1)正弧高弧高为0，退化为线段B(点2)V与向量AB呈-90 的方向矢量(a)弧高为正(b)弧高为负(c)弧段退化为线图7弧段的表示与弧段的退化D.如果当前内部线段是最后内部线段的最后一个node的link，则退出，否则回到步骤A。在上述模型中，系统支持两个主方向上节点之间存在连接斜边和弧段的建筑物的分户分间图测绘，如正圆弧阳台、斜圆弧阳台、圆角转弯、斜线阳台等空间结构（图8），故可用于绝大部分较规则的建筑物。(a)正圆弧阳台(b)倾斜圆弧阳台(c)左下圆角转弯(d)右上非圆弧阳台(e)左下斜边图8本文支持的房产图特点经过上述步骤后，我们可以采用自动化算法跟踪内部实体并且建立可用尺寸驱动重绘的图形2.4内部实体自动跟踪算法由于分户分间图需要表达出房子内部的权利空间分割情况，我们通过对节点一连接表达的图模型跟踪，实现内部实体的构建。算法依赖如下信息跟踪内部实体：（1)节点（node)表，含每个节点的和坐标，以及和本节点相连的所有link。（2)连接（link）表，含每个link对应两个节点ID，如是弧段还包含弧高、弧方向等信息分户分间内部实体的自动跟踪算法可以用如下深度优先搜索策略表达：(1)构建深度优先搜索的有向link对应ID的栈Stack_S。（2）枚举link表中的所有实体，生成如下三元组表示的临时有向link表（即用2 条有向link替代原来的无向link），同时更新每个节点对应有向link入度和出度信息表：（起始节点ID，终止节点ID，有向link_ID)构建有向link_ID到实体的hash查找表Hash_LinkID（3）构建标识有向link是否已经被使用的hash查找表Link_Used，初始设置为所有的有向link均没有被使用。如果有向link表不存在实体，直接退出。（4）从有向link表中取出一个元素，记为当前有向link，记录其起始节点的ID为StartID，并在有向link表中将之删除，并压人Stack_S。(5)查询当前有向link的终止节点ID的出度，查询Link_Used表删除已经被使用的有向link，依据Hash_LinkID得到对应有向link对应实体信息，计算全部有向link和当前有向link的逆时针夹角，比较得到和当前有向link夹角最小的有向link，更新其为当前有向link，将其对应ID压入Stack_S,将其从有向link表中删除，同时在Link_Used表中设置本有向link已经被使用。（6)比较最小夹角有向link的终点节点ID是否和当前有向link的起始节点一致，如果不一致继续步骤5，否则逐个弹出Stack_S中有向linkID，利用Hash_LinkID表得到对应实体的，完成内部一个封闭多边形的跟踪，生成对应的实体及相关边表信息。（7)如果有向link表中存在实体，继续步骤（4），否则退出搜索。如图9所示的简单实例中，具有8 个节点以及20条有向link，假如跟踪有向link表按照L1一L2一L3.L19存储，采用上述算法，则Stack_S从栈底到栈顶的变化过程为：(1)将LO、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7 依次压人Stack_S,表示为Lo-L1-L2L3L436第46 卷绘测现代0LOL12L10L11L12L2L7L8L14L9L19L137L154L33L6L18L16L4L176L5图9实体跟踪的简单实例一 L5L6 L7（下同），由于L7的终止节点ID等于LO的起始节点，弹出栈内全部实体，生成最外围的实体（“户”全图）。(2)L8-L19L14-L10，因为节点闭合，逐个弹出Stack_S实体，生成左上角实体，相当于内部一个“间”的信息。(3)L9 L13-L12 L11,因为节点闭合，逐个弹出Stack_S实体，生成右上角实体。(4)L15L18-L17-L16，因为节点闭合，逐个弹出Stack_S实体，生成左上角实体。跟踪到分户分间的各级实体后，可以通过用户界面输人相关属性信息2.5尺寸链驱动的参数化重绘尺寸链（DimensionalChain），指由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列而成的封闭尺寸组，被广泛应用于参数化设计中。本文采用它表达分户分间图中实体尺寸的相互约束关系。为实现草图到最终分层分户图形的自动化绘制。采用横向尺寸链、纵向尺寸链（图10）以及共线约束条件（图11)表达驱动系统，实现系统的参数化自动绘制。不论是横向还是纵向的尺寸链均可以用下图所示邻接表表示，对于横向尺寸链而言，链表每个元素存储了纵向共线的所有节点；同样，对于纵向尺寸链而言，链表每个元素存储了横向共线的所有节点。节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点ID_01ID_02ID_03ID_ON。ID_11ID_12ID_13ID_1N,ID_nlID_n2ID_n3ID_nN图10采用邻接表表示的横向和纵向尺寸链数据结构有向有向有向有向有向有向有向有向有向有向有向有向linklinklinklinklinklinklinklinklinklinklinklink的的的的的的的的的的的的ID_01ID_02ID_03ID_OMID_11ID_12D_13ID_1MD.mlID_m2ID_m3ID_mNm图11用以表征共线约束的邻接表，链表每个元素中存储的是共线的有向link线性表下面以水平方向尺寸链及共线约束构建算法为例说明尺寸链的构建方法，该算法步骤如下：(1)将所有节点按照横坐标排序，如果两个点横坐标相差小于阈值，则认为他们横坐标相等并修改一致。(2)将具有相同横坐标的点用线性表存储，并将这个线性表内点按照纵坐标从小到大排序。(3)逐个比较邻接表每一元素内每个节点的相邻节点，如果属于分户分间的有向link要素，则加人对应共线约束的邻接表节点通过上述操作，我们构建出了分户分间的尺寸链和共线约束模型，后续用户可以人工拖动节点，增加或者删除共线约束关系。当系统检测到用户已经输人全部尺寸后，可以采用如下流程自动化重绘并且添加尺寸标注。重绘图形的算法主要流程如下：(1)人为指定水平尺寸链的第一个点，用水平尺寸链推断出其余所有节点的横坐标。(2)同理得到纵向尺寸链以及横向第一个节点，利用纵向尺寸链推算出所有节点的纵坐标。（3)利用实体一边一点模型或弧段约束，绘制出每条边，并绘制每个实体需要展示的属性信息。（4)依据横向和纵向尺寸链的约束关系，标注尺寸。需要说明的是：(1)论文对两个主方向线段连接的弧段或者斜线采用（起点ID，终点ID，弧高）来约束。(2)共线约束主要用于图形关系表达的中间过程控制，最终图纸生成仅依赖于纵横两个尺寸链约束及弧段约束。3实验基于上述算法，我们采用Java语言开发了相关的Anroid平板软件。图12 是一户房产的户型37高翔等：尺寸链驱动的图快速实测技术第2 期图，图13是我们在平板上采用触摸功能绘制的草图，这个草图可以一笔或者多笔绘制，不影响最终处理效果；图14是本次实验所采用的线条绘制次序；图15展示系统用户界面以及经过自动归正、尺寸录人和属性输入后重新生成的支持分间的房产图。本实验仅采用单户房子的验证算法。在实际工作中，涉及整个楼层分户分间图绘制时，如户型相同可以采用拷贝、罗列或者镜像等方式快速生成，如不同则绘制整体草图后手工选择各户对应线条后自动处理，也可分户绘制后拼接，相关细节不涉及复杂算法，故不在本文详述。图12某户房屋的户型图1:200请请择线型房产分户丽积图13采用触摸功能绘制草图图14草图绘制的实际笔划次序4结语基于曼哈顿世界假设，本论文提出了一个尺寸链驱动的分户分间图快速测绘方法，通过在支持触摸的平板设备直接绘制草图，对草图精简、自动搜索构建内部实体、构建尺寸链、输人尺寸后自动化重绘分户分间图，从而实现外业快速测绘1:200请选择线型3.558阳台224.223.55卧室185客厅43.55四至现状卫生间2.062.161.452.1厨房SOtSOt卧室2SOt面积统计2.063.61表图15录人尺寸后自动化生成支持分间的房产图38绘测现第46 卷代本方法支持两个主方向上节点之间存在连接斜边和弧段的建筑物的分户分间图测绘，如正圆弧阳台、斜圆弧阳台、圆角转弯、斜线阳台等空间结构，故可用于绝大部分规则建筑物。对于不方正的不规则房屋，可以参考采用传统全站仪测量 7，或者采用新兴激光等技术 8 测绘。参考文献1周志宇。不动产登记房地数据整合建库技术要点研究J.南方国土资源，2 0 2 0（7）：6 2 6 5.2周良辰，王鹏翔，陈奔，等.房地一体化不动产三维数据模型研究J.地球信息科学学报，2 0 2 1，2 3（1）：143154.3COUGHLAN J M,YUILLE A L.The ManhattanWorld Assumption:Regularities in Scene Statisticswhich Enable Bayesian InferenceCJ/Advances inNeural Information Processing Systems 13,Papersfrom Neural Information Processing Systems(NIPS)2000,Denver,CO,USA.2000.4GAO Z.WANG Z，W U Z.e t a l.Stu d y o nGeneration of 3D Assembly Dimension Chain JJ.ProcediaCIRP,201527:163168.5WHYATT J D,WADE P R.The Douglas-PeuckerLine Simplification AlgorithmJJ.Bulletin-Society ofUniversity Cartographers,1988,22(1):17-25.6张小国，王庆，王宁，等。电子地图道路网模型及其自动生成算法研究 J.中国图象图形学报，2 0 0 1，6（5）：75-79.7张韶华.免棱镜全站仪在房产测绘中的应用门.北京测绘，2 0 10（4)：6 2-6 4.8 于俊红，张宁，吕悦.三维LiDAR激光扫描技术在不动产权籍调查中的应用 J.北京测绘，2 0 2 1，35(5)：6 45-6 47.Rapid In-Field Survey Technology of Housing Stratification forIndividual Room Driven by Dimension ChainsGAO Xiang,YAO Zhong-hui,ZHANG Xiao-guo,HUANG Xiao-hui3(1.Nanjing Real Estate Market Exchange Center,Nanjing Jiangsu 210029,China;2.School of Instrument Science and Engineering Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096,China;3.Nanjing Jieying digital survey Co.Ltd.,Nanjing Jiangsu 210019,China)Abstract Compared with the real-estate management model which supports house stratification for individual plan,the house-stratification-for-individual-room model can faithfully represent the internal building space and its property rights.If there is noany BIM/CAD data source for a given building,the only way to collect the real-estate information is in-field survey.Based onManhattan-world assumption,a novel approach which support rapid survey of the data of the house-stratification-for-individual-room model is proposed in this paper.In this approach,an electronic sketch drawing of the surveyed building is firstly drawn onthe PAD manually,after that the system automatically simplifies the curve of sketch drawing.Then,the two main Manhattandirections are searched,followed with the drawing is corrected to the main directions,and all the internal entities are searchedand constructed.Finally,dimension chains are automatically generated,and the system will automatically update the drawingwhenever you input a new data for any dimension.This method can provide rapid in-field survey performance supporting house-stratification-for-individual-room model,which can greatly improve the working efficiency.Key words Manhattan-world assumption;house stratification for individual room;curve simplification;dimension chain