BIM+傾斜攝影在市政交通工程中的應(yīng)用研究

鄧 迅

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著市政交通事業(yè)的發(fā)展，市政交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，BI M技術(shù)在市政交通行業(yè)的應(yīng)用逐漸興起，三維可視化模型作為其主要部分，越來(lái)越被人們關(guān)注。傾斜攝影作為一種新型的測(cè)繪手段，具有效率高、成本低、數(shù)據(jù)真實(shí)、操作靈活等特點(diǎn)，特別適合在自然環(huán)境苛刻的地方快速采集實(shí)景模型。相比傳統(tǒng)的效果圖，BI M+傾斜攝影更能真實(shí)地反映工程與周邊環(huán)境的融合度，可廣泛應(yīng)用于市政交通工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工調(diào)查、施工管理和運(yùn)維管理等環(huán)節(jié)，輔助工程全生命周期管理[1-6]。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)抽稀和分段處理

大型市政交通工程全線里程可達(dá)百余公里，數(shù)據(jù)量T B級(jí)，如直接用于瀏覽顯示效果不理想。通過(guò)對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀和合理的分段，重建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和組織方式，可大幅提升瀏覽顯示效果和用戶體驗(yàn)。

抽稀主要針對(duì)傾斜攝影模型，目前市面上常用的傾斜攝影模型一般是O S GB格式，其具有文件碎、數(shù)量多、高級(jí)別金字塔文件大等特點(diǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)抽稀、合并數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)可以優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，專門(mén)用于宏觀視角顯示（見(jiàn)圖1）。

圖1 傾斜攝影模型節(jié)點(diǎn)抽稀示意圖

分段針對(duì)傾斜攝影模型和BI M，通常設(shè)計(jì)施工階段按照工程標(biāo)段劃分，運(yùn)維階段按照養(yǎng)護(hù)段劃分。傾斜攝影模型的分段要結(jié)合航飛測(cè)區(qū)進(jìn)行，通過(guò)合并和拆分測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)完成。分段后，每段獨(dú)立進(jìn)行后續(xù)處理和制作緩存。

1.2 BIM輕量化

BI M輕量化方法多種多樣，要綜合考慮模型現(xiàn)狀和應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。BI M輕量化可以有效地提高加載效率。市政交通工程中的BI M數(shù)據(jù)通常是道路和橋梁模型，可以選擇以下的處理方法。

（1）篩選特殊構(gòu)件單獨(dú)處理。比如一些橋梁模型中的螺栓，一個(gè)螺栓的面片數(shù)達(dá)到數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)，如果直接可視化應(yīng)用效果很差，而從信息化管理的角度，并不關(guān)注螺栓的形態(tài)和屬性，理應(yīng)刪除或者替換。人們根據(jù)螺栓的特征信息，對(duì)螺栓進(jìn)行實(shí)例化，批量篩選出螺栓，進(jìn)而根據(jù)需要?jiǎng)h除或者減面。

（2）刪除重復(fù)點(diǎn)。在保持了模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，刪除模型中的重復(fù)點(diǎn)。降低模型幾何信息復(fù)雜度，提高加載效率。

（3）三角網(wǎng)簡(jiǎn)化。三角網(wǎng)的數(shù)量是影響模型顯示效率的重要因素。三角網(wǎng)簡(jiǎn)化的原理，是統(tǒng)計(jì)場(chǎng)景中模型對(duì)象的三角面數(shù)的極大極小范圍值，按指定簡(jiǎn)化過(guò)濾范圍，以及簡(jiǎn)化率，對(duì)場(chǎng)景中的全部對(duì)象或選中對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化的方法（見(jiàn)圖2）。簡(jiǎn)化三角網(wǎng)可以大幅提升加載效率。

圖2 三角網(wǎng)簡(jiǎn)化圖示

1.3 傾斜攝影模型壓平

傾斜攝影模型數(shù)據(jù)反映的是現(xiàn)狀地物，往往和工程BI M模型疊加后，山體、待拆遷房屋會(huì)和BI M模型出現(xiàn)遮擋、重疊，影響顯示效果。如圖3所示，傾斜攝影模型中的現(xiàn)狀房屋和橋梁BI M模型出現(xiàn)重疊，蓋住了部分橋梁。需要提取BI M模型的范圍面，將范圍面內(nèi)的傾斜攝影模型壓平之后再疊加顯示。

圖3 傾斜攝影模型壓平前后對(duì)比示意圖

1.4 WebGL無(wú)插件瀏覽

W e b G L是一項(xiàng)可以在瀏覽器中繪制、顯示三維計(jì)算圖形并與之交互的技術(shù)。曾經(jīng)只有高端的計(jì)算機(jī)或?qū)ｉT(mén)的游戲終端才能渲染三維圖形，因?yàn)檫@需要大量復(fù)雜的編程才能實(shí)現(xiàn)[5]。然而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和H TM L5標(biāo)準(zhǔn)的成熟，使用網(wǎng)頁(yè)技術(shù)渲染三維圖形也成為可能。與O p e n G L和Di re c t3D不同，W e b G L程序可存在于網(wǎng)頁(yè)中并在瀏覽器中執(zhí)行，而不必安裝任何其他的插件和庫(kù)。

在B/S架構(gòu)下，將處理好的傾斜攝影和BI M數(shù)據(jù)通過(guò)S er v er發(fā)布為標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，在前端利用W e b G L加載顯示，帶來(lái)流暢的體驗(yàn)效果。

2 典型應(yīng)用

2.1 BIM+傾斜攝影模型瀏覽和查詢

通過(guò)前期的壓平處理，BI M和傾斜攝影模型已經(jīng)可以很好地貼合。通過(guò)統(tǒng)一的地理空間坐標(biāo)，兩者可以實(shí)現(xiàn)疊加瀏覽、相互補(bǔ)充，在宏觀和微觀上達(dá)到良好的瀏覽效果（見(jiàn)圖4）。在宏觀視角，通過(guò)傾斜攝影快速獲取市政交通工程的整體走向和分布；在微觀視角，可以借助BI M了解構(gòu)筑物的幾何細(xì)節(jié)、查詢屬性，并通過(guò)傾斜攝影模型獲取周邊環(huán)境信息。

圖4 宏觀微觀瀏覽圖示

2.2 輔助沿線建筑拆遷

高速公路工程的拆遷工作，因?yàn)楣こ桃?guī)模大，建設(shè)面積廣，涉及的居民和企業(yè)很多，工作變化無(wú)常，紛繁復(fù)雜[3]。傾斜攝影模型可以幫助管理部門(mén)掌握交通工程沿線的建筑物相關(guān)信息，為拆遷工作提供輔助參考（見(jiàn)圖5）。公路拆遷的對(duì)象一般是從公路用地外緣起向外一定距離的建筑物，可以通過(guò)對(duì)建筑物矢量面和道路中心線做緩沖分析，快速提取待拆遷的建筑物，再利用傾斜攝影單體化，就可以直觀地查看建筑物形態(tài)和屬性，并量測(cè)建筑物面積等。

圖5 BIM+傾斜攝影輔助建筑拆遷之圖示

3 結(jié)語(yǔ)

BI M和傾斜攝影的融合應(yīng)用是當(dāng)前技術(shù)的熱點(diǎn)，兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)構(gòu)建了一種多尺度全方位的應(yīng)用模式。在未來(lái)，兩者還將深度融合，在地理環(huán)境中有效地支撐大范圍的數(shù)據(jù)集、更好地支持對(duì)大規(guī)模市政交通工程的協(xié)同分析和共享應(yīng)用，提升市政交通行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。