陳勇

重慶西恒工程咨詢有限公司 重慶 401120

在城市道路設(shè)計(jì)期間，配合使用BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)，能夠構(gòu)建起全面精準(zhǔn)的三維實(shí)景模型，將城市全部景觀高度還原，有效發(fā)揮出BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將城市道路設(shè)計(jì)與現(xiàn)有城市實(shí)景設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，更加真實(shí)的反映出當(dāng)前城市發(fā)展現(xiàn)狀。借助BIM技術(shù)構(gòu)建起三維實(shí)景模型，還可以具備動(dòng)畫(huà)演示、3D環(huán)繞、虛擬體驗(yàn)等功能，切實(shí)優(yōu)化展示景觀道路的線路，實(shí)際應(yīng)用前景極為廣泛。

1 三維實(shí)景特征及重要意義

借助傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式繪制出的設(shè)計(jì)圖紙、航拍圖紙、衛(wèi)星圖紙等難以切實(shí)展現(xiàn)出三維空間關(guān)系，由此設(shè)計(jì)出的空間效果圖、鳥(niǎo)瞰圖等屬于靜態(tài)展示，無(wú)法獲取多個(gè)影像。配合使用BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建起三維實(shí)景圖，能夠更加全面地獲取到地物信息，生成更加真實(shí)且細(xì)致的三維模型。三維模型內(nèi)可自帶幾何信息、材質(zhì)信息，能夠給身處其中的人身臨其境之感。同時(shí)，借助三維實(shí)景模型也可以提供相關(guān)設(shè)計(jì)人員各類高精度數(shù)據(jù)信息，對(duì)城市道路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，三維實(shí)景特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）技術(shù)優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)模型是一種數(shù)字化手段，可以指導(dǎo)城市道路設(shè)計(jì)工作，并將設(shè)計(jì)工作期間的各類信息反饋在模型內(nèi)部[1]。三維實(shí)景模型更加適用于城市集成化管理環(huán)境，從根本上保障城市道路工程中的運(yùn)行效率，避免在道路設(shè)計(jì)期間出現(xiàn)線路交叉碰撞問(wèn)題。

（2）提升設(shè)計(jì)方案規(guī)范化水平。借助構(gòu)建起的三維實(shí)景模型，可切實(shí)保障測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性，直接測(cè)量出幾何屬性結(jié)構(gòu)，如地區(qū)高度、長(zhǎng)度、坡度、面積等，提取箱的坐標(biāo)、高程、輔助后續(xù)方案優(yōu)化與拆遷。借助BIM技術(shù)開(kāi)展模塊化設(shè)計(jì)工作，也可以對(duì)模型中的材料、材質(zhì)進(jìn)行隨便替換。

（3）切實(shí)體現(xiàn)設(shè)計(jì)方案精準(zhǔn)度。原有城市道路設(shè)計(jì)方案主要以平面為主，在方案設(shè)計(jì)溝通方面存在一定局限性[2]。通過(guò)使用三維全景模擬技術(shù)，可以采用三維實(shí)景漫游方式，配合BIM模型構(gòu)建起實(shí)景圖像，為后續(xù)城市道路設(shè)計(jì)工作提供充足的設(shè)計(jì)依據(jù)。

（4）便于檢查城市風(fēng)貌。對(duì)于特大橋等標(biāo)志性建筑物，可以借助三維實(shí)景模型建模處理，使用設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場(chǎng)相融合的方式，及時(shí)調(diào)整顏色、色調(diào)等方式展現(xiàn)出既有環(huán)境的搭配性，確保建筑物、構(gòu)筑物以及自然風(fēng)貌等密切結(jié)合在一起。

（5）構(gòu)建起全面精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型。在三維實(shí)景完成后，可以在實(shí)景模型基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)交通仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等功能，為后續(xù)智慧城市建設(shè)工作提供重要的數(shù)據(jù)支持。

2 傾斜攝影技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 傾斜攝影測(cè)量

傾斜攝影突破了傳統(tǒng)正射影像的垂直角度限制，通過(guò)在飛行平臺(tái)搭設(shè)多個(gè)傳感裝置，從同一垂直與四個(gè)傾斜角度全面采集圖像內(nèi)容，使獲得的影像數(shù)據(jù)更加直觀、全面，符合人眼視覺(jué)的真實(shí)性要求[3]?，F(xiàn)階段傾斜攝影測(cè)量技術(shù)主要被應(yīng)用在獲取建筑物各項(xiàng)高分辨率紋理等方面，配合使用定位系統(tǒng)、建模系統(tǒng)，構(gòu)建起真實(shí)的三維模型，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在城市道路工程建設(shè)過(guò)程中。

2.2 傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部涉及影像獲取設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件。其中，有效獲取設(shè)備內(nèi)部包括無(wú)人機(jī)、航向規(guī)劃軟件、相機(jī)。在無(wú)人機(jī)航拍平臺(tái)運(yùn)行期間，需要搭載傾斜攝影測(cè)量設(shè)備，對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。航拍平臺(tái)可分為固定翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、旋翼無(wú)人機(jī)。地面配套設(shè)施主要包括地面站系統(tǒng)與遙控設(shè)備，肩負(fù)起無(wú)人機(jī)飛行時(shí)姿態(tài)調(diào)整及傳輸影像數(shù)據(jù)的重要職責(zé)；無(wú)人機(jī)航拍內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)需要做好飛行路線設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢查、軟件建模等工作。在航測(cè)影像質(zhì)量檢查過(guò)程中，需要重點(diǎn)檢查影像重疊度、影像旋偏角度、影像傾斜角度等。

2.3 傾斜攝影測(cè)量環(huán)節(jié)思想與流程

在將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在城市道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要就是在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)布置相控點(diǎn)，配合使用GPS-RTK設(shè)備布設(shè)像控點(diǎn)以及檢驗(yàn)點(diǎn)。基于設(shè)計(jì)方案內(nèi)容，獲取影像數(shù)據(jù)制作DOM、三維模型采集數(shù)據(jù)成果，結(jié)合數(shù)據(jù)成果以及檢驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，對(duì)比分析執(zhí)行方案的可行性。

具體來(lái)說(shuō)，編制像控點(diǎn)布設(shè)方案以及外業(yè)飛行方案。在像控點(diǎn)布置方案設(shè)置時(shí)，需要注重相控點(diǎn)布設(shè)方案的設(shè)計(jì)以及像控點(diǎn)標(biāo)記、測(cè)量工作；外業(yè)飛行方案編制期間需要選擇適宜的飛行平臺(tái)，結(jié)合城市道路設(shè)計(jì)內(nèi)容，編制航線規(guī)劃方案。將此些方案以及測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理，分別形成DOM影像與三維模型，然后借助EPS矢量化處理工作，為城市道路設(shè)計(jì)工作提供城市道路工程地基圖以及外業(yè)調(diào)查繪圖。

2.4 布設(shè)像控點(diǎn)

在傾斜攝影測(cè)量過(guò)程中，相控點(diǎn)的布設(shè)工作主要分為4種方式。第一，在整個(gè)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻布攝像控點(diǎn)；第二，以點(diǎn)組的方式在區(qū)域角部位置布設(shè)像控點(diǎn)；第三，在測(cè)區(qū)四周均勻布設(shè)、在角部以點(diǎn)組的方式不射向空間；第四，在測(cè)區(qū)角部像控點(diǎn)布置過(guò)程中使用點(diǎn)組方式，在測(cè)區(qū)內(nèi)部布置少量的測(cè)控點(diǎn)。

通過(guò)分析城市道路設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)階段傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的相控點(diǎn)布置工作均采用了點(diǎn)組與均勻布設(shè)相結(jié)合的方式，通過(guò)在四周均勻布設(shè)像控點(diǎn)，以從根本上保障像控效果，切實(shí)提升傾斜攝影測(cè)量期間的成圖質(zhì)量以及外業(yè)圖像獲取水平[4]。

借助傾斜攝影測(cè)量技術(shù)建立起城市道路設(shè)計(jì)三維模型，能夠更加直觀的展現(xiàn)出該地區(qū)建筑物具體信息內(nèi)容，檢測(cè)期間的精準(zhǔn)度可符合調(diào)查期間的一級(jí)界址點(diǎn)要求。城市道路設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠直接從傾斜攝影測(cè)量結(jié)果中獲取，使得調(diào)查期間的時(shí)間及成本能夠得到根本上管控，從根本上保障了實(shí)際調(diào)查工作中的質(zhì)量與效率，切實(shí)提升了城市道路設(shè)計(jì)水平。

同時(shí)，通過(guò)將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在城市道路設(shè)計(jì)工作中，還有助于幫助調(diào)查人員獲得多樣化測(cè)量數(shù)據(jù)成果，建立起更加全面的實(shí)景三維模型、DOM模型、TIN三角網(wǎng)等，對(duì)保障城市道路設(shè)計(jì)管理效果，有效節(jié)約城市道路資源具有重要意義。

通過(guò)配合使用多視影像技術(shù)，還可以及時(shí)將地面建筑物的各類信息數(shù)據(jù)掃描出來(lái)，形成更為全面的數(shù)據(jù)表面模型。在實(shí)際測(cè)量工作開(kāi)展時(shí)，測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度與全面性經(jīng)常會(huì)受到角度及尺寸差異等因素影響，導(dǎo)致建筑物被遮蓋。為從根本上控制概率因素對(duì)數(shù)字表面模型建立造成的不利影響，還需要使用影像外的方位元素開(kāi)展三維立體模型設(shè)計(jì)工作[5]。依照相對(duì)算法展開(kāi)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算，切實(shí)保障計(jì)算效率，使建筑工程三維模型的設(shè)立能夠得到根本上保障。

在獲取高密度測(cè)量數(shù)據(jù)后，還需要對(duì)此些數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，確保不同匹配單元能夠融合在一起，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用多視影像技術(shù)對(duì)既有建筑物的屋頂幾何信息進(jìn)行提取，結(jié)合數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果制定出更加專項(xiàng)可行的全局優(yōu)化對(duì)策，確保后續(xù)城市道路設(shè)計(jì)工作能夠高質(zhì)高效開(kāi)展。

3 三維實(shí)景實(shí)現(xiàn)路徑

3.1 構(gòu)建地形三維圖

通過(guò)使用BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合的方式構(gòu)建起地形三維模型，可以形成不規(guī)則三角網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，描述高精準(zhǔn)度三維真實(shí)景觀圖像。使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，也可以將數(shù)字地面模型、攝影影像圖形、全方位紋理有機(jī)融合在一起。由于模型內(nèi)部設(shè)置幾何信息、紋理信息，可更加適用于全局三維模型的瀏覽、例題分析、規(guī)則規(guī)劃以及導(dǎo)航定位等功能。

就目前來(lái)看，三維實(shí)景模型可以配合使用專項(xiàng)可行的設(shè)計(jì)軟件開(kāi)展空中三角測(cè)量工作，借助數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)三維模型內(nèi)部信息進(jìn)行全面整合、導(dǎo)航定位。當(dāng)前傾斜攝影技術(shù)以具備商業(yè)化功能，可以委托專門(mén)公司進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理。

3.2 道路三維模型構(gòu)建

道路BIM模型內(nèi)部主要包括道路、橋梁、隧道、管網(wǎng)、交通標(biāo)志牌等附屬設(shè)施?，F(xiàn)階段針對(duì)城市道路設(shè)計(jì)工作，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了較多設(shè)計(jì)軟件，可輔助設(shè)計(jì)部門(mén)構(gòu)建起道路三維模型。不同設(shè)計(jì)軟件體現(xiàn)出的應(yīng)用功能存在較大差異，需要結(jié)合城市道路實(shí)際設(shè)計(jì)要求，對(duì)管線結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

3.3 開(kāi)展三維實(shí)景處理

在完成進(jìn)行三維及道路三維模型構(gòu)建工作后，還需要對(duì)傾斜攝影模型中的地形遮蔽與挖洞環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，優(yōu)化三維實(shí)景模型結(jié)構(gòu)。對(duì)模型展開(kāi)渲染，幫助相關(guān)設(shè)計(jì)人員更加細(xì)致的了解到城市道路建設(shè)水平。

4 BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用重點(diǎn)

4.1 數(shù)據(jù)交換格式

傾斜攝影三維模型中的數(shù)據(jù)格式多種多樣，現(xiàn)階段市面上的傾斜攝影模型格式可以分為五種。此些文件格式能夠借助專業(yè)轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，可從根本上保障數(shù)據(jù)傳輸水平，從根本上提升城市道路設(shè)計(jì)效果。

4.2 坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)

為在BIM設(shè)計(jì)與傾斜攝影設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)三維實(shí)景相融合的目標(biāo)，還是采用相同坐標(biāo)系統(tǒng)與高程系統(tǒng)。配合使用國(guó)土資源及國(guó)家測(cè)繪地理信息指定要求，選擇適宜的坐標(biāo)及高程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，確保實(shí)際測(cè)量結(jié)果與地區(qū)城市道路設(shè)計(jì)要求相符。

4.3 道路BIM模型構(gòu)建

在城市道路BIM模型構(gòu)建過(guò)程中，可以配合使用迪百思設(shè)計(jì)軟件。該設(shè)計(jì)軟件具備城市交通幾何設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)等功能，可以收集建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)立交、橋梁與隧道等結(jié)構(gòu)模型，借助構(gòu)件化管理方式，對(duì)模型內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，以切實(shí)完成道路BIM模型的建立工作。

4.4 疊合區(qū)域的切割處理

通過(guò)將傾斜攝影模型與BIM技術(shù)中的三維模型結(jié)合在一起，可以在模型內(nèi)部展示出邊坡、交叉口、需拆遷建筑與山體結(jié)構(gòu)，借助疊合區(qū)域中的切割處理方式，實(shí)現(xiàn)預(yù)期管控效果。

5 BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例

本文以某市一道路延伸段為例，該道路屬于城市主干路，設(shè)計(jì)速度為每小時(shí)60千米，為雙向8車道，道路紅線的寬度為40米。該城市道路上部跨越城市快速路、下穿森林公園、特大橋、交通立交橋等結(jié)構(gòu)，需要著重關(guān)注城市道路設(shè)計(jì)工作，確保道路設(shè)計(jì)內(nèi)容與城市道路設(shè)計(jì)要求相符。

在傾斜攝影范圍之內(nèi)，構(gòu)建國(guó)家高程基準(zhǔn)，做好三維模型輸出格式以及影像分辨率。配合迪百思軟件構(gòu)建道路BIM模型，在經(jīng)過(guò)后期挖洞處理后，最終形成三維實(shí)景圖形。

相較于傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)而言，配合使用傾斜攝影模型以及BIM模型開(kāi)展測(cè)繪工作，可以使用數(shù)量較多的立體顯示設(shè)備，對(duì)作業(yè)人員的實(shí)際立體感沒(méi)有特殊要求，可以直接在三維模型上對(duì)地物結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。借助傾斜攝影模型也能夠確立定位建筑物的側(cè)立面，在直接設(shè)計(jì)城市道路過(guò)程中，可以直接繪制出道路線性以及道路周邊建筑結(jié)構(gòu)主體，省略了圖形內(nèi)部細(xì)節(jié)修正環(huán)節(jié)，控制了外業(yè)調(diào)繪的工作量。

結(jié)合城市道路設(shè)計(jì)要求構(gòu)建起三維實(shí)景模型，也可以提供實(shí)時(shí)線上項(xiàng)目工程信息、3D立體模型內(nèi)容。對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行立體化展現(xiàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于道路設(shè)計(jì)過(guò)程中的各類問(wèn)題，針對(duì)此些問(wèn)題對(duì)道路設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行切實(shí)優(yōu)化。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，BIM技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合可以形成三維實(shí)景。與傳統(tǒng)三維建模技術(shù)相比，三維實(shí)景的精準(zhǔn)度更高，可以進(jìn)行多角度觀察、動(dòng)態(tài)仿真模擬。同時(shí)，三維實(shí)景也能夠提供實(shí)時(shí)線上的動(dòng)態(tài)工程信息、3D模型、可視化操作。由于時(shí)間模型后期可以為城市道路設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)等單位提供信息溝通平臺(tái)，將龐大的信息及數(shù)據(jù)整合在一起，可指導(dǎo)后續(xù)城市道路運(yùn)營(yíng)管理有序開(kāi)展。