基于BIM+GIS的城市道路工程管理系統的設計與關鍵技術實現探究

文/林煜申

1 前言

作為城市發展的重要基礎，城市道路系統是城市發展的動力，其中還包括了社會活動和社會基礎設施建設。但是，城市道路管理經常需要大量的數據和信息，傳統的信息收集方式無法滿足，也不利于系統化管理[1]。

2 基于BIM+GIS 的城市道路工程管理系統研究的意義

城市的經濟發展較為迅速，使得城市建設的范圍也變得越來越廣泛，空間分布呈現出復雜的特點。傳統的道路工程管理系統已經無法適應時代的發展，需要采用全新的方式開展工作。通過對基于BIM+GIS 的城市道路工程管理系統的研究，該系統具有以下優點：首先，它有助于規劃和管理城市道路設施，然后制作三維信息圖形模型，從而對城市道路進行決策，使城市規劃和建設效率更高；其次，它能夠系統歸納道路管理部門管理城市中每條道路的檔案，以便于快捷地進行道路維護工作；再次，它可以將城市道路交通管理系統與其他交通管理系統結合起來，及時發布城市所有道路的交通信息；最后，城市道路信息共享更有利于城市經濟社會的發展[2]。

3 基于BIM+GIS 的城市道路工程管理信息系統設計

3.1 空間數據與屬性數據

基于BIM+GIS 的城市交道路工程管理系統，關于數據庫的設計需要依據空間數據和屬性數據。其中，GIS 系統主要是針對與地理相關的數據和信息，收集和存儲空間數據和其他信息，并且按實體在電子地圖中表達這些信息。屬性數據主要是指道路和橋梁的屬性信息的描述，例如道路橋梁的里程樁號。此外，基于BIM+GIS 的道路工程管理系統的設計具有復雜的基礎數據信息的特點。基礎地圖平臺的建立需要空間數據，城市道路管理系統的建立需要屬性數據，只有當這兩種信息并存，我們才能夠構建起BIM+GIS 的城市道路工程管理系統[3]。在這一個系統中，包含了諸多數據和信息，我們需要進行綁定，使其能夠建立起動態的聯系，實現屬性數據與空間數據的對接。

3.2 系統的功能模塊

基于BIM+GIS 的城市道路工程管理系統的功能模塊主要具有下面幾個模塊：

3.2.1 系統管理技術模塊。該模塊主要用于登錄系統的用戶管理，并在一定程度上保證了系統數據的安全性。在此模塊中，它包含權限管理功能，將用戶分為管理級別用戶和普通用戶，這樣一來不僅能夠起到杜絕數據被更改的作用，還大大提高了數據資料的安全性。

3.2.2 電子地圖模塊。該模塊的作用在于能夠替代紙質地圖，將紙質地圖中的所有信息直觀地呈現在電子地圖中。另外，它作為電子數字化的產品，還有著電子地圖所特有的功能，例如將地圖進行任意放大和縮小、空間漫游等功能。

3.2.3 圖層管理模塊。該模塊的作用主要是管理各個三維信息模型，通過對圖層的管理，進而起到新建、添加、刪除的作用。

3.2.4 實景編撰模塊。它的作用在于通過增添、編輯、查看實景影像模型對系統中的電子地圖信息進行補充和完善。

3.2.5 數據信息查詢模塊。該模塊主要搜索屬性數據的內容，然后快速鎖定要搜索的目標，通過數據和圖層之間的對應關系找到有用的原始信息。

3.2.6 路徑分析模塊。可以更好地實現系統的最短路徑，找出電子地圖上任意兩個位置之間的最短距離。

4 基于BIM+GIS 的城市道路工程管理系統關鍵技術實現

4.1 空地聯合影像融合技術

空地聯合影像融合技術是基于BIM+GIS的城市道路工程管理系統中的底層關鍵技術。通過對空地數據收集和特定算法處理,它可以生成直接反映真實的地面特征、建筑物紋理信息和準確位置的3D 環境模型。

隨著當前我國道路科學信息技術的不斷穩步發展和進步，我們在城市道路工程質量管理信息系統中廣泛使用了傾斜攝影跟蹤技術，以此能夠快速獲取關于上海市的具體道路信息。與目前傳統的其他航空攝影成像技術相比,該成像技術不僅可以有效解決從垂直角度拍攝的照片問題，并且用戶可以在同一個的飛行拍攝平臺上構建多個相機。同時,還可以通過新的POS 曝光系統直接實時獲取每個物體曝光瞬間圖像的精確位置和數據。

另外，當曝光結束時,使用同步圖像基站的航拍GPS 數據觀測曝光數據,并通過校準角度計算方法獲得飛行偏心率角度分量和飛行偏心率夾角等信息；使用CORS 工作站直接獲取圖像控制點的平面位置，并借助圖像控制點對傾斜攝影圖像的平面位置進行定位；結合平面位置和傾斜信息，使用3D 建模軟件對真實圖像進行建模。但是，由于這些建筑物和其他建筑地面之間實體的高度以及圖像拍攝角度均有不同，地面和其他建筑物側面附近的一些數據細節可能會發生丟失，并且這些細節無法清晰地被顯示，因此我們需要協助地面人員近距離進行數據采集以作補充[4]。該方法增加了圖像數據源，確保了圖像的完整性，并提高了模型的精度。

激光雷達是一種主動遙感系統，可以快速、實時地收集三維表面信息。該項目使用激光雷達掃描技術來補充地面數據，采用多種激光對多個地球衛星表面光線進行密集式的采樣,有助于產生高測量精度數值。從目前的情況來看，它正逐漸取代一些傳統的影像測量處理技術(如影像攝影法和測量法)，成為一種具有較低成本和高效益的新測量技術。

激光雷達系統是一種不具有源頭的光學傳感器，當它沿著特定的光線測量目標路徑進行移動時，它通常會向一個目標物體發射一個激光束，并跟蹤分析從一個目標位置反射的無線激光。這些激光接收器分別記錄了激光發射脈沖從開始離開系統到最后返回激光系統的精確持續時間，有助于計算激光傳感器與激光目標之間的精確距離。激光雷達進行數據采集和分析測量后，通過定量分析采集激光雷達時間移動范圍，激光雷達掃描坐標角度,將點坐標數據處理為高標準精度坐標。最后，使用新型激光雷達圖像掃描技術收集建筑物底部和側面的分析數據，并進行制作后續真實模型建模所有必需的相關操作,以便于模擬傾斜攝影圖像的真實空間[5]。

4.2 基于BIM+GIS 的矢量驅動建模技術

BIM 數字技術主要是指在制造建筑物、橋梁、道路、隧道等的整個生命周期，通過創建和管理維護有關建筑工程產品的各種數字信息，用來促進其現代工程技術應用的一種技術。BIM 工程模型通常需要包含營建工程的數字化工程組件以及其在整個建造和應用生命周期中用于構造工程對象系統所需的所有工程組件屬性相關信息。這些參數組件主要以一個參數向量化的組件形式進行定義，并且我們可以根據用戶要求非常詳細明確的描述這些組件。

在我國建筑工程的生命周期中，其涉及的各方都應該通過使用BIM 等技術直接進行工程協同管理操作，提高工程溝通和協調的工作效率，縮短工程施工管理周期，并有效減少因施工錯誤而造成的經濟損失。另外，BIM+GIS技術是一種專門用于實時收集、存儲、管理、分析和控制顯示全球地理實體空間信息的應用系統。它可以從微觀和宏觀上分析和收集管理整個國家地理區的空間信息；同時，它還具有強大的城市空間規劃綜合信息分析計算能力，通常可以用于設計協助城市工程規劃和城市設計的各種城市管理信息分析[6]。

基于BIM+GIS 的矢量驅動建模技術，以工程的平縱線型為矢量驅動的主要依據，對工程里程的坐標、標高和車道數等相關信息進行設置，通過算法實現BIM 工程模型大批量的快速建立，縮短建模時間，提高建模效率。

參數化建模是矢量驅動的基礎，通過用參數、公式、表格、特征等驅動圖形，以達到改變圖形的目的，通常有以下幾種方式：

4.2.1 該模型受系統參數和尺寸約束驅動，通過修改設計者設置的特征參數進行控制。

4.2.2 模型由用戶參數和公式驅動，模型參數受用戶定義的參數和公式約束。

4.2.3 模型是由表數據驅動的，可以通過訪問記錄標準模型信息表來修改模型的大小和位置。

4.2.4 模型由規則和檢查控制功能驅動。當模型異常時，在某些條件下控制的一些參數、功能或事件的用戶定義指令將發出警告。

基于BIM+GIS 的矢量驅動建模主要是通過提取工程平縱曲線圖線路中心線、關鍵節點xyz 坐標信息等線路數據，進而在程序中輸入線路數據和關鍵構件參數數據，實現自動化建立模型。

5 結語

綜上所述，本文探討了基于BIM+GIS 的城市道路工程系統模塊設計和關鍵技術實現的方法路徑，可以發現在基于BIM+GIS 的城市道路工程系統開發的主要目的，是為了可視化分析道路管理的信息，進而提高工作的效果和質量。另外，它還能夠進一步推動城市化進程，提高城市道路工程的管理效率，為城市的可持續發展打下堅實的基礎。