傾斜攝影測量在市政交通工程中的應用思考

方毅

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引 言

BIM技術是在眾多的信息技術中逐漸發展和應用起來的一項新興技術。該技術的應用已從最初的建筑領域逐漸延伸到其他工程領域。市政交通建設行業有別于建筑行業，不同于單體建筑，市政交通線路長，多為帶狀工程，與地形結合緊密，周邊環境復雜，包含海量的地理信息，由于BIM的出現，傳統的二維GIS數據已無法滿足工程的需要。市政交通工程周邊環境的三維模型傳統上采用3DMAX人工建模實現，這種方式費時費力，效果也不是太理想。本文討論的傾斜攝影測量技術能夠真實地還原現狀環境，作為GIS信息的一種數據來源，具有可視化、精細化及高效化等優點，與BIM結合，能夠較好地解決工程建設中存在的一些問題，對市政交通工程建設具有重要意義[1-8]。

1 傾斜攝影測量技術介紹

傾斜攝影測量技術是國際測繪遙感領域近年發展起來的一項高新技術，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。該技術的創新點在于它顛覆了以前正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，生成的三維模型效果逼真,更真實地反應地物的實際情況，要素全面，測量精度高，已在國土資源管理、房產稅收、人口統計、數字城市、城市管理、應急指揮、災害評估、環保監測、實景導航、工程建設等領域得到了越來越廣泛的應用。目前，傾斜攝影測量技術應用于市政交通建設工程中有一套完整的工作流程，主要流程如下：

（1）資料搜集與現場踏勘：主要搜集測圖區域的現有地形圖、影像資料、設計資料等，并對搜集到的資料進行核查，評價資料的可信度與可利用度，了解測區范圍內的地物、氣象條件、高程變化、交通情況、測量控制點的位置及保存情況，以及測區周邊范圍內的軍隊、機場等敏感區域的相關情況。

（2）數據采集：包括像控測量和影像數據的采集。

（3）傾斜攝影建模：利用影像數據、POS信息及控制成果生成實景三維模型。

（4）模型融合處理：將傾斜攝影生成的實景模型與BIM模型整合。

（5）模型的應用分析：整合模型在交通建設工程中的具體應用與分析。

2 傾斜攝影模型與BIM模型的集成

傾斜攝影測量的數據處理軟件有多個，如：ContextCapture （收 購 前 稱 Smart3D）、Pictometry、Street Factory、Pix4D、PhotoScan、PhotoMesh 等，目前市場上主流的軟件ContextCapture具有自動化程度高、人工干預少、成果效果好等優點，ContextCapture生成的實景模型的格式有 s3c、3mx、osgb、fbx、obj、dae、spk、kml等多種格式，經過研究發現，ContextCapture 可 以 與 MicroStation、3DMAX、Navis-Works等常見軟件平臺進行方便的數據交換，如圖1所示。

圖1 傾斜攝影模型與BIM軟件的數據交換方案圖示

傾斜攝影模型與BIM模型在不同的環境下，有不同的集成方式，現結合工作實際，通過項目的不斷實踐，研究了如表1所列的數據集成解決方案。

表1 傾斜攝影模型與BIM模型的集成解決方案

從表1可以發現，對于市政交通工程這種大范圍的場景，適合使用MicroStation及Acute3D View進行集成，如果模型要實現GIS方面的應用，則需要使用GIS平臺進行集成。

3 應用價值分析

通過項目的實際應用，可以發現BIM+傾斜攝影測量技術在市政交通建設領域具有多方面的應用，具體如下：

3.1 方案比選

方案階段傳統方式是在谷歌影像和地形圖上進行設計，實地踏勘不全面，往往不能充分考慮設計中所要獲取的控制因素，在傾斜攝影模型上利用BIM技術進行方案設計，可以清晰地掌握方案與周邊環境的相關關系，直觀地反應不同方案的優缺點，同時還可以發現在做方案時一些被忽略的細節，快速響應進行方案優化，如圖2所示。

圖2 設計方案與周邊環境的關系圖示

3.2 輔助勘察研究

利用傾斜攝影測量模型的直觀性、現勢性和精確性，設計階段可以利用模型進行輔助外勘。遇到雨雪不利天氣，或者人員不易到達地區，利用實景模型可以在室內進行判讀，展開對房屋征拆、被交道路溝渠和桿線等工程范圍內的調查，提高了工作效率，減小了野外工作風險。某市政道路工程，利用傾斜模型輔助外勘，減少了外業人員投入，縮短外勘周期約30%，在保證外業質量和精度的前提下，延長了內業設計的時間，為精細化設計提供了保障。

3.3 設計校核研究

通過傾斜攝影模型與設計模型的疊加，對橋梁布設與公路、鐵路和溝渠、河流等地物相互位置關系進行檢查，對改路、改渠位置進行檢查。通過設計環境校核，能及時進行設計修改，提高設計質量，如圖3所示。

圖3 基于傾斜攝影的設計校核圖示

3.4 用地統計分析

目前拆遷量的統計主要有兩種方式：一種是實地調查和量測，雖然實測數據準確，但對于房屋密集地區往往因通視條件差、GPS信號差等原因無法順利完成全部的統計工作，同時外業工作量也較大；另一種方式是在航測正攝影像上量取投影面積，這種方式一定程度上減少了外業工作量，但房屋層數和材質不能準確獲取，無法準確統計拆遷量。通過傾斜攝影技術建立的實景三維模型，能夠較全面地反應房屋的信息，從而能夠對市政交通工程紅線范圍內的房屋面積、層數及材質等信息進行準確統計。在實景三維模型上，同時可以很方便地判斷出綠化的面積、植被的種類，并通過與GIS系統對接，可以準確地反應出綠化的權屬等信息，如圖4所示。

圖4 基于傾斜攝影的紅線綠線分析圖示

3.5 虛擬漫游展示

傾斜攝影模型另外一個重要應用就是交互式漫游場景制作。傾斜攝影技術生成的實景模型數據量一般都較大，對于3DMAX來說，無法加載這么大體量的數據，由于Bentley的平臺對這種大體量的數據支持得比較好，可將整合后的模型導出至LumenRT，并進行修飾，最終輸出交互式場景及漫游動畫。交互式場景適用于方案討論，能夠快速查看模型中的細節信息；漫游動畫適用于快速瀏覽模型的整體信息。其效果如圖5所示。

圖5 交互式場景效果圖

4 應用思考

傾斜攝影測量技術雖然具有較多的應用點，但如何讓傾斜攝影測量技術在市政交通工程上發揮其更多的價值，需要進行深入的思考。

4.1 應用層次

根據工程數字化的發展趨勢，傾斜攝影測量技術的應用應從下面兩個層面來思考：

（1）點的應用：應用點級的應用，對工程某個階段的一些具體需求開展應用。

（2）面的應用：企業級的應用，作為設計的基礎數據源，與BIM結合，實現企業多項目的全面實施。

4.2 應用中存在的問題

（1）傾斜攝影測量技術所生產的三維實景模型還存在部分缺陷，主要體現在：在建筑物密集區，因建筑物的遮擋而造成底部變形較大；路燈、電力線等截面過小地物，特征點匹配較少而造成模型缺失；水面、玻璃等光滑表面缺少紋理特征，無法匹配特征點而產生模型漏洞等，下一步可考慮研究將地面三維激光掃描數據與傾斜攝影數據相融合，修補與完善三維模型。

（2）傾斜攝影測量三維模型平面位置精度較高，但受目前技術限制，高程精度有限，使其應用范圍受到限制，同時，由于傾斜攝影模型數據結構的特殊性，成果編輯較困難，如單體化、拍平等。

（3）相對于傳統手動三維建模，傾斜攝影測量技術的工作效率雖然有大幅提高，但整個作業周期仍然過長，對于建設周期短的項目，則無法滿足需求。

4.3 建議及發展方向

為了更好地推進傾斜攝影測量技術在市政交通建設工程中的應用，建議可從以下幾方面開展工作：

（1）政府測繪部門可統一組織開展各地區的傾斜攝影工作，類似于傳統二維測繪地形圖那樣，設計院需要時可直接購買，這樣就會減少資源浪費、提高工作效率。

（2）傾斜攝影測量技術需逐步向支撐三維正向設計方向發展。目前基本都是先以二維地形圖為基礎數據建立三維設計模型，然后再跟傾斜攝影實景模型疊合應用。這就使其價值未能充分發揮出來。

（3）從工程實際出發，在應用傾斜攝影測量技術時，不要流于形式，只局限于一個三維效果的展示，也不要急于求成，在應用過程中不斷總結經驗、用深用透，逐步擴大應用深度和廣度。

5 結語

傾斜攝影測量技術在市政交通建設工程應用中具備較大的潛力與價值，但將BIM與傾斜攝影技術結合起來應用于工程項目中才剛剛起步，對于市政交通行業，國內大的設計院、施工單位都已開展了BIM+傾斜攝影這項新技術的研究應用，并取得了一定的成果，但應用的深度和廣度都還不夠，還存在著若干關鍵性技術問題未解決，需要進一步地研究與實踐。