凌云鋒 姚波 曹洪 袁小冬

（1.重慶金交勁通科技股份有限公司，重慶 401336；2.重慶高速工程顧問有限公司，重慶 401121）

一、概述

城開高速公路起自城口縣北屏（陜渝界），接擬建的安康至嵐皋（陜渝界）公路，北端設(shè)計(jì)為縱貫陜渝界的大巴山隧道，途經(jīng)重慶城口縣北屏、蓼子、雞鳴等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿雪寶山（設(shè)城開隧道）進(jìn)入開州區(qū)，接已建的萬州至開縣高速公路，全長約128.5km。沿線擬設(shè)橋梁28288m/63座、隧道71408m/19座，橋隧比77.7%，其中前80km橋隧比高達(dá)95%，項(xiàng)目總投資額234.6億元。

城開高速項(xiàng)目地質(zhì)地形極其復(fù)雜，沿線為典型的山嶺重丘區(qū)，溝谷遍布、山勢陡峭；橋隧區(qū)地質(zhì)滑坡、崩塌、巖溶、突泥、涌水等不良地質(zhì)高度發(fā)育，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

二、電子沙盤應(yīng)用

城開高速公路工程有點(diǎn)多、線長、面廣等特點(diǎn)， 適合與三維GIS進(jìn)行融合，通過電子沙盤顯示結(jié)構(gòu)物的地理坐標(biāo)和高度信息。而模擬項(xiàng)目的真實(shí)空間場景，就需要利用三維GIS技術(shù)制作三維真實(shí)場景（包含地形地貌、周邊建筑等），真實(shí)還原結(jié)構(gòu)所處實(shí)際位置的地形地貌，實(shí)現(xiàn)基于BIM模型的三維電子沙盤功能，與基于BIM技術(shù)的建設(shè)管理平臺(tái)中的數(shù)據(jù)形成宏觀與微觀的可視化管理。

三、三維GIS地形制作現(xiàn)狀

（一）衛(wèi)星遙感地形制作

衛(wèi)星遙感地圖目前采用用最多的是谷歌衛(wèi)星地圖，利用萬能地圖下載器，選擇設(shè)計(jì)線路再下載衛(wèi)星地圖及高程。

導(dǎo)入設(shè)計(jì)線路前，需計(jì)算七參數(shù)，然后將設(shè)計(jì)線路轉(zhuǎn)為dxf文件格式導(dǎo)入下載器中，再選擇下載范圍及高程，將高程數(shù)據(jù)及衛(wèi)星地圖導(dǎo)入超圖中如圖1所示，重慶城口縣的衛(wèi)星地圖高程精度非常低，任河河道的高差從地圖上已無法分辨，而1：2000等高線顯示河床高差與實(shí)際高差存在很大的誤差。

圖1. 沙盤中任河河道高差

（二）無人機(jī)地形制作

重慶城口縣由于地勢復(fù)雜，對(duì)無人機(jī)操作影響較大，從而影響采集數(shù)據(jù)的精度。為采集精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)作為研究依據(jù)，選取了中山市某一項(xiàng)目進(jìn)行地形精度數(shù)據(jù)的采集與研究。該地區(qū)地形較平整，起伏小，有一處河道穿過。為了降低研究成本，采用消費(fèi)級(jí)微型無人機(jī)通過來回往返攝影采集數(shù)據(jù)。

將無人機(jī)數(shù)據(jù)導(dǎo)入超圖進(jìn)行展示，雖然遠(yuǎn)觀效果較好，但是查看近處河道卻受河水漫反射影響，河道標(biāo)高出現(xiàn)很大問題，畫面無法形成平緩水面效果，兩側(cè)河堤高差也出現(xiàn)同樣的問題。由此可見該類無人機(jī)對(duì)河流地形測設(shè)精度明顯偏低。

四、利用等高線制作高精度地形的電子沙盤

（一）等高線

等高線指地形圖上高程相等的相鄰各點(diǎn)所連成的閉合曲線。據(jù)了解，谷歌地形地圖精度約為1：25000，無法達(dá)到制作高精度高差的地的要求，而無人機(jī)對(duì)溪流等位置的高程測設(shè)又難以滿足精度要求，采用勘測單位的1：2000地形等高線作為底圖制作電子沙盤地形，則可一舉兩得。既可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)使用，又可以在建設(shè)階段作為電子沙盤使用。不僅保證了精度且達(dá)到BIM模型與地形融合后的設(shè)計(jì)復(fù)核作用。

（二）DEM數(shù)據(jù)

DEM數(shù)據(jù)是制作電子沙盤地形的主要數(shù)據(jù)。使用ArcGIS處理地形數(shù)據(jù)可以將其轉(zhuǎn)換為電子沙盤所需的DEM數(shù)據(jù)。

（三）七參數(shù)轉(zhuǎn)換

由于等高線數(shù)據(jù)為平面坐標(biāo)系，需要通過參數(shù)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)系才能形成電子沙盤數(shù)據(jù)，七參數(shù)選擇基于COORDINATE_方法，采用ArcMap進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后形成高精度地形圖。由圖2可看到任河兩側(cè)河道高差明顯，與等高線地形非常吻合，可達(dá)到所需的精度要求。

圖2. 等高線轉(zhuǎn)換后形成地形

（四）電子沙盤的制作

1.BIM模型的創(chuàng)建

采用達(dá)索公司的3DEXPERIENCE進(jìn)行路橋隧的BIM模型創(chuàng)建，首先必須建立合理的結(jié)構(gòu)樹，以方便后期項(xiàng)目的管理變更調(diào)整以及深化。

結(jié)構(gòu)樹的搭建以標(biāo)段進(jìn)行總體創(chuàng)建，每個(gè)標(biāo)段按照地形、路線、橋梁、隧道、路基、路面、路線交叉進(jìn)行創(chuàng)建。

2.地形與BIM模型的融合

為了更好地反映BIM模型和真實(shí)地形的真實(shí)效果，需要渲染BIM模型中的結(jié)構(gòu)和真實(shí)地形。包括結(jié)構(gòu)的真實(shí)外觀、場景的真實(shí)感、照明效果等。轉(zhuǎn)換上述輪廓線的DEM數(shù)據(jù)和高清谷歌衛(wèi)星地圖后，可以在高精度地形下獲得更逼真的場景。

將創(chuàng)建的BIM模型、DEM地形文件和谷歌衛(wèi)星地圖導(dǎo)入超級(jí)地圖，可獲取具有高精度地形的BIM電子沙盤，如圖3所示。

圖3. 基于BIM電子沙盤

五、結(jié)語

通過等高線多種轉(zhuǎn)換的方法可以制作高精度地形模型，還可以解決1：2000地形精度不夠的問題，如果現(xiàn)場可以測設(shè)1：500的地形，則地形高程精度更加準(zhǔn)確。雖然作為宏觀管理基于BIM的電子沙盤，采用1：2000的等高線精度可以滿足管理需要，但是由于等高線對(duì)原有道路的多樣線條存在高程不連續(xù)的問題，導(dǎo)致對(duì)原有道路的還原程度存在很大的誤差，舍棄原有道路的地形制作，就會(huì)導(dǎo)致對(duì)原有道路的高程還原出現(xiàn)錯(cuò)誤。下一步，將研究對(duì)原有道路以及房屋等結(jié)構(gòu)物的還原方法，使等高線能制作出更高準(zhǔn)確度的地形。