傾斜攝影與BIM技術在園林改造工程中的數字化運用研究*

張 劍，李春鋒，黎瑾慧

（河南水利與環境職業學院，河南 鄭州 450008）

隨著我國社會經濟的發展，城市化建設的進程不斷加速，道路交通、園林等城市基礎設施改造建設項目越來越多。尤其是城市園林改造工程，因其位于城市重要區域，有山有水，地質條件較為復雜，測量工作難以開展。同時，園林區域內的建筑物、構筑物及植被較多，傳統的二維外業數據采集工作受到一定的影響，導致GPS信號不是十分穩定，全站儀的通視效果也不是十分理想。因此，在改造設計過程中，專業人員往往運用SMAX或Lumion等專業的3D渲染軟件進行改造設計，但因其設計工作量較大、效率較低，無法滿足城市園林改造工程的需求。

1 BIM技術與傾斜攝影技術簡析

1.1 BIM技術

BIM技術是一種多維模型信息集成技術，如當前廣泛使用的三維空間技術、四維時間技術、五維成本技術。將其運用在工程項目當中，能使項目施工建設的所有參與方，如政府主管部門、業主、設計單位、施工企業、監理單位、造價部門、運營管理部門以及項目用戶等在項目全生命周期中都能利用該模型信息進行操作，這樣就極大地改變了傳統建設項目單純依靠符號文字等形式組成的圖紙開展建設施工與運營管理的工作方式，從而最大限度減少施工企業的失誤操作，避免風險，提高施工效率和質量。目前，BIM技術已經被廣泛運用到我國建筑施工領域，且發揮著越來越重要的作用，成為我國智慧城市建設必不可少的要素。

1.2 傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是近年來國際攝影測量領域新興的一項高新技術。該技術主要是借助無人機攝像技術，從一個垂直角度與四個傾斜角度，這五個不同的視角對某一區域的數據進行同步影像采集，以獲取該建筑物或該區域中更豐富的頂面與側視的高分辨率紋理。在實際工程中運用該項技術，不僅能真實地反映出被測量地和物的情況，高精度地獲取到被測量地和物的紋理信息，還能借助先進的定位、融合與建模技術，將采集到的影像信息生成更真實的三維模型，為人們提供更精準的數據參考。目前，傾斜攝影技術已經在歐美發達國家的國土安全、城市管理、應急指揮以及房產稅收等領域獲得了廣泛的應用。而在我國，其也得到越來越多人的關注，開始運用在水利工程施工和改造以及城市化建設等方面的工程項目當中。

2 傾斜攝影與BIM技術在園林改造工程中應用的必要性

基于無人機測繪的傾斜攝影技術，能有效調節測繪工作內外業的協同，且無人機傾斜攝影技術的成本較低，操作靈活，能靈活使用側面信息，效率較高。其采集的數據也更加精準，能夠滿足測繪行業的需求。在園林改造工程中，由于城市園林所在的位置周圍一般有山有水，且地面植被較為豐富，因此其地理環境相對較復雜，如果采用傳統的測繪技術，則需要用到較多的觀測人員和觀測儀器，同時也會存在較大的數據誤差。而利用無人機傾斜攝影技術，并將其與VR技術和BIM技術相結合，通過虛擬體驗，運用高效率的攝像采集設備和高精度的數據處理技術，將無人機傾斜攝影采集到的數據信息引入BIM系統當中，能構建多維數據信息模型，真實反映被改造園林區域的外觀特征、度及位置等相關信息，為設計人員的園林改造方案設計提供更準確的參考。目前，基于無人機航拍的傾斜攝影技術已經被廣泛應用在國家重大工程建設、災害應急與處理、國土監察、公路選線、鄉鎮建設、水利工程建設等方面，特別是在基礎測繪、土地資源調查、土地資源利用監測以及智慧城市建設等方面具有廣闊的應用前景。因此，將其運用在城市園林改造工程中，也具有十分廣闊的前景，能取得良好的測繪效果。

3 傾斜攝影技術的系統組成及測繪流程

3.1 傾斜攝影技術的系統組成

基于無人機航測的傾斜攝影技術，其數據采集系統主要由無人機主體、數碼傳感器、地面控制系統以及用于無人機定位的GPS系統所組成。

（1）無人機主體主要包括固定翼和多旋翼。其中固定翼大多數都是彈射式起飛，柔軟地面硬著陸；而多旋翼相較于固定翼，其起落場地要求條件較為苛刻，續航能力也較固定翼要少得多，但對各種環境都具有較好的適應性。在園林改造工程中，應用較多的是多旋翼無人機。

（2）數碼傳感器。數碼傳感器是人們在傾斜攝影中獲取數據的主要因素。在實際運用中，數碼傳感器的搭載平臺是無人機，受其載重的限制，數碼傳感器的質量不能太高，但相幅必須大，分辨率也必須高。

（3）GPS定位模塊。這一模塊主要是集成在無人機的內部，是為了向無人機提供粗略的飛行定位。目前，隨著科學技術的發展，體積小、質量輕的差分儀器已經被廣泛應用在GPS定位模塊中，這種儀器能大量減少像控點的布設，對于城市園林改造工程而言，幾乎可以完全不用布設像控點。

（4）地面操作系統。這一系統主要是用于監測并控制無人機的飛行狀態。操作人員可以手動操控操作系統，控制無人機的飛行和攝像，也可以按照事先規劃的航線，讓無人機沿航線自動飛行。在實際操作中，由于園林改造工程對數據的完整性要求極高，采用手動方式操控會浪費較多的時間，而且無法保證數據的完整性，因此，在進行傾斜攝像時一般都是按規劃好的航線自動飛行，只有遇到問題時才會改為手動操作。

（5）數據處理平臺。由于在園林改造工程中，需要用到的航測數據較多，因此對數據處理平臺的要求較高。當前在運用中，一般采用云計算平臺，以加強數據的解析，避免因數據量過大而導致平臺崩潰。

3.2 基于無人機測繪的傾斜攝影實施流程

在園林改造工程中，實施基于無人機測繪的傾斜攝影之前，勘測人員必須確定無人機測繪的范圍，并科學規劃無人機航測的路線，以保證傾斜攝影的結果。因為在無人機測繪實施中，航線的規劃直接關系到航測的效果。為此，工作人員必須結合測繪地區的地圖，進行實地考察，然后科學、合理地劃分無人機航測的區域，充分發揮出無人機電池飛行的最大功效。此外，操作人員還要評估施工現場的天氣情況，必須在天氣良好的情況下，實施外業測繪采集相關的數據。而為了保證傾斜攝影拍攝到的影片及采集到的數據的完整性和準確性，在飛行返航前，操作人員必須對索引像片進行嚴格的檢查，核驗設計計算的圖片數量與傳遞回來的像片數量是否一致，以此確保無人機航測不會出現漏飛的現象。而對于傳遞回來的相片，其影像必須清晰，具有較高的分辨率，不會存在煙霧和云影，也不存在大面積反光現象，同時影片的色調必須保持一致，色影分明，不能存在斑點、擦痕、折傷以及其他情況導致的藥膜損傷，沒有明顯的重影、模糊及錯位情況，能具有層次豐富、灰霧度小和反差適中的特點。另外，同像片上所有的時鐘、框標以及像片號必須齊全，且清晰可辨。而且，相同的地物影攝影標志，如圓水準器、像色調應基本一樣，不同架次像片的色調效果也要基本一致，像片應具有一定的現勢性。

只有滿足了上述這些方面的要求，才能結束外業采集工作，開始進行內業處理，使采集到的影片和數據形成初步的成果。然后操作人員就可以將內業成果無損地引入BIM數據模型中，輔助園林改造工程的管理工作。

4 傾斜攝影與BIM技術在園林改造工程中的數字化運用

4.1 建立準確的土方調配模型

在園林改造工程中，利用無人機傾斜攝影技術與BIM技術，可以建立準確的土方調配模型，合理進行土方的挖掘，減少不必要的工程，從而有效控制工程造價。在實際操作中，操作人員通過借助無人機進行航拍，在保證精度的情況下，可進行固定距離的工作面面積和體積的測量，然后將得到的數據參數無損地移送到BIM三維實景模型中，以保證設計人員設計的精準性。在此基礎上，操作人員還可以與civil 3D技術相結合，在園林改造工程中對于新開挖的土方地區進行航測，得出測區的點云模型，然后借助相應的軟件，直接生成相應的土方調配模型，以保證工程的順利進行。

4.2 輔助施工中危險源的識別與安全管理

相對于其他市政工程，園林改造工程的施工地形較為復雜，在施工過程中，受施工機械等因素的限制，施工的周期較長，且施工現場條件多變，特別是臨水區域存在著較多的危險隱患。而利用無人機傾斜攝影技術，能全面、準確、詳實地采集各方面的數據，這樣就可以提早預判工程施工中的不安全因素，識別其中的危險源，并采取有效的應對措施，以減少安全事故的發生，保證施工人員的生命安全，保證施工的順利進行。

5 結束語

綜上，當前基于無人機航測的傾斜攝影技術是一種成本低、操作方便的小區域測繪手段，將其與BIM技術相結合，并應用到城市園林改造工程中，建立地形模型，能保證園林改造工程的順利進行。