閆 斌

（安徽國順交通咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽合肥 230051）

應(yīng)用BIM技術(shù)能夠基于三維模型實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案具象化，無人機(jī)傾斜攝影能夠基于航拍航測為設(shè)計(jì)工作提供數(shù)據(jù)支持。無人機(jī)傾斜攝影與BIM技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，結(jié)合后可為提高市政道路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的信息獲取效率與準(zhǔn)確性提供輔助，也能夠?yàn)橛行Ы鉀Q設(shè)計(jì)難點(diǎn)、保證設(shè)計(jì)方案合理可行奠定基礎(chǔ)。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與BIM技術(shù)概述

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是新興攝影測量技術(shù)，基于無人機(jī)將快速采集影像數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模，三維數(shù)據(jù)可真實(shí)反映地物的外觀、位置、高度、規(guī)模等參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，無人機(jī)上將搭載多臺傳感器，有效獲取不同方位的影像。

目前，使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不僅能夠提高數(shù)據(jù)采集的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和全面性，更可以提高操作便捷性和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布時(shí)效性[1]。無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)由無人機(jī)與地面控制人員、傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，其工作原理是采集和整理原始影像、POS數(shù)據(jù)、相機(jī)文件與像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，基于空三加密測量、影像密集匹配和紋理映射等處理后生成三維實(shí)景模型，用以開展工程設(shè)計(jì)。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)如圖1所示。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

BIM技術(shù)也是模型技術(shù)，是一種具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性的建筑信息模型?；贐IM技術(shù)可以高效完成工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在計(jì)算工程量、攻克施工難點(diǎn)和提高施工質(zhì)量、安全方面具有極為突出的作用。

在實(shí)踐中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與BIM可實(shí)現(xiàn)結(jié)合應(yīng)用，二者的有機(jī)結(jié)合能夠更有效地提升工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。開展市政道路設(shè)計(jì)時(shí)，BIM技術(shù)能夠整合多元地形數(shù)據(jù)構(gòu)建基礎(chǔ)BIM模型，可基于三維可視化情境完成路線設(shè)計(jì)與規(guī)劃；無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以為BIM技術(shù)提供信息數(shù)據(jù)補(bǔ)充，基于該技術(shù)不僅可以精準(zhǔn)、全面地采集數(shù)據(jù)，利用傾斜攝影模型對規(guī)劃路段的實(shí)際情況進(jìn)行直觀反映。兩種技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，將會實(shí)現(xiàn)地理信息與工程信息的有效融合，使設(shè)計(jì)工作的合理性和便捷性得到提升[2]。

2 無人機(jī)傾斜攝影與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用要點(diǎn)

本文將以某新建市政道路項(xiàng)目為例，對無人機(jī)傾斜攝影與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析。案例工程位于老城區(qū)，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)交通量大且交通組織設(shè)計(jì)復(fù)雜性高，施工區(qū)域中存在大量建筑物和景觀植物，施工區(qū)域相對狹小。本次市政道路設(shè)計(jì)的美觀性、通達(dá)性和安全性要求極高，為達(dá)到工程開展目標(biāo)，在設(shè)計(jì)中推動(dòng)無人機(jī)傾斜攝影與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用?；跅l帶狀三維實(shí)景模型（6 000 m×400 m）完成市政道路工程的BIM設(shè)計(jì)。

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以全面采集施工區(qū)域地物信息，獲得原始影像和數(shù)據(jù)信息后需要對其進(jìn)行整合與處理，為無人機(jī)傾斜攝影測量建模奠定基礎(chǔ)。

基于“無人機(jī)+傳感器+GPS接收機(jī)”設(shè)備，獲取施工區(qū)域的地物頂部以及四周紋理影像，傳感器需設(shè)置5個(gè)，分別對應(yīng)東南西北和垂直方向。無人機(jī)的續(xù)航能力較弱，相關(guān)工作人員需要合理選定測區(qū)，保證數(shù)據(jù)采集與測量的準(zhǔn)確性、及時(shí)性。在規(guī)劃施工區(qū)域，劃分7個(gè)測區(qū)并均勻布設(shè)62個(gè)平高像控點(diǎn)以及多個(gè)檢核點(diǎn)，實(shí)行7個(gè)飛行架次，保證無人機(jī)傾斜攝影工作的有效開展。獲取影像數(shù)據(jù)以后，相關(guān)工作人員需要將其導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理平臺，進(jìn)效整合處理相關(guān)內(nèi)容。將相機(jī)檢校文件、航飛像片數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)數(shù)據(jù)都導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，基于GPS同步觀測記錄解算POS數(shù)據(jù)，基于空中三角測量、原始影像畸變糾正、勻光勻色等高精度處理，生成規(guī)劃區(qū)域的云紋理、DSM數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)，為生成市政道路工程的實(shí)景三維模型提供數(shù)據(jù)支持[3]。

2.2 無人機(jī)傾斜攝影建模與技術(shù)融合

基于無人機(jī)傾斜攝影獲取的數(shù)據(jù)，可自動(dòng)生成三維實(shí)景模型。可利用smart3D軟件開展自動(dòng)化建模，無須人工干預(yù)。也可以通過ContextCapture軟件處理已獲取的多幅航片，構(gòu)建三維實(shí)景模型。完成無人機(jī)傾斜攝影建模后，相關(guān)工作人員應(yīng)積極推動(dòng)BIM與該模型的融合，基于無人機(jī)傾斜攝影與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用有效開展市政道路設(shè)計(jì)。

（1）推動(dòng)無人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)中含有自動(dòng)建模軟件，可以直接將已采集的影像和數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成實(shí)景三維模型。

例如samrt3D軟件可自動(dòng)生成三維實(shí)景模型，PIX4D軟件可有效處理地物大數(shù)據(jù)，PhotoScan軟件可建立數(shù)字高程模型（DEM）。

為實(shí)現(xiàn)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，相關(guān)工作人員需要保證數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性，如以O(shè)SGB格式為無人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)輸出格式；基于金字塔模型開展文件儲存和數(shù)據(jù)管理[4]。

（2）推動(dòng)BIM數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目開展過程中應(yīng)用廣泛，軟件種類也極為豐富。建模、可視化分析、結(jié)構(gòu)分析、碰撞檢查、方案設(shè)計(jì)等都屬于常見的BIM軟件功能。對于不同的BIM軟件以及BIM平臺而言，其輸出數(shù)據(jù)的格式存在差異。應(yīng)推進(jìn)BIM模型的靈活應(yīng)用以及BIM技術(shù)與無人機(jī)傾斜攝影模型的有效融合，就從數(shù)據(jù)融合的角度出發(fā)做好格式轉(zhuǎn)換與管理[5]。比如，設(shè)定fbx格式為BIM模型數(shù)據(jù)輸出的通用格式。

（3）推動(dòng)三維實(shí)景模與BIM模型的有機(jī)結(jié)合。

無人機(jī)傾斜攝影與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)融合方面。在此環(huán)節(jié)，市政道路工程設(shè)計(jì)人員，應(yīng)基于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和融合，構(gòu)建模型融合方案，為有效開展優(yōu)化設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。比如利用OpenRoads Designer設(shè)計(jì)軟件，完成兩種技術(shù)融合，在該軟件中加載無人機(jī)傾斜攝影測量模型（三維實(shí)景模型），利用BIM技術(shù)有效開展優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)下的三維實(shí)景模型與BIM技術(shù)融合后，可生成模型。

三維實(shí)景模型與BIM融合如圖2所示。

圖2 三維實(shí)景模型與BIM融合

2.3 計(jì)算工程量

在市政道路設(shè)計(jì)工作中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，還可以為提高工程量計(jì)算有效性奠定基礎(chǔ)?；跓o人機(jī)傾斜攝影技術(shù)和三維實(shí)景模型，能夠精準(zhǔn)定位工程現(xiàn)場道路位置并且清晰、準(zhǔn)確地還原項(xiàng)目現(xiàn)場。

設(shè)計(jì)人員必須基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，采集清晰、全面、準(zhǔn)確的道路規(guī)劃區(qū)域數(shù)據(jù)，建立高精度的三維實(shí)景模型，還應(yīng)在工作中實(shí)現(xiàn)該模型與道路設(shè)計(jì)方案的疊加。在這種情況下，設(shè)計(jì)方案與實(shí)景模型之間應(yīng)保持坐標(biāo)參數(shù)一致，為保證坐標(biāo)信息套合精準(zhǔn)性和道路紅線定位、標(biāo)識正確性奠定基礎(chǔ)，直觀、精確地開展拆遷量統(tǒng)計(jì)和工程量計(jì)算。

以市政道路設(shè)計(jì)中的土方量計(jì)算為例，相關(guān)工作人員需要基于BIM與無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)融合后建立的建筑模型參數(shù)，完成工程量計(jì)算，確定土方調(diào)配計(jì)劃。設(shè)計(jì)人員可選用專業(yè)軟件打開融合模型，確定不同施工段的填挖土方量。

可以借助于DEM模型計(jì)算土方量[6]，以投影形式將原始地貌模型投射到DEM模型，以二者相減的方式計(jì)算土方量。在本次工程中，將基于TIN三角網(wǎng)法完成土方量計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要將工程區(qū)域內(nèi)的地形劃分為多個(gè)三角網(wǎng)格，使三角網(wǎng)格與設(shè)計(jì)地面形成三棱柱體，再通過計(jì)算三棱柱挖填體積計(jì)算總工程量。為了有效計(jì)算土方工程量，相關(guān)工作人員還可以利用模型軟件開發(fā)自動(dòng)計(jì)算基數(shù)，基于已有模型和地形明細(xì)表，自動(dòng)完成市政道路設(shè)計(jì)中的土方工程量計(jì)算工作。

3 結(jié)語

綜上所述，推進(jìn)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的結(jié)合應(yīng)用，可為提高設(shè)計(jì)工作質(zhì)效提供輔助。市政道路設(shè)計(jì)人員，必須嚴(yán)格依照工程實(shí)際要求，采集數(shù)據(jù)與圖像信息，生成三維實(shí)景模型開展BIM優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)做好各環(huán)節(jié)工程量的有效計(jì)算。