BIM與傾斜攝影技術在城市道路設計中的綜合應用

陳勇

重慶西恒工程咨詢有限公司 重慶 401120

在城市道路設計期間，配合使用BIM技術與傾斜攝影技術，能夠構建起全面精準的三維實景模型，將城市全部景觀高度還原，有效發揮出BIM技術與傾斜攝影技術優勢，將城市道路設計與現有城市實景設計結合在一起，更加真實的反映出當前城市發展現狀。借助BIM技術構建起三維實景模型，還可以具備動畫演示、3D環繞、虛擬體驗等功能，切實優化展示景觀道路的線路，實際應用前景極為廣泛。

1 三維實景特征及重要意義

借助傳統設計方式繪制出的設計圖紙、航拍圖紙、衛星圖紙等難以切實展現出三維空間關系，由此設計出的空間效果圖、鳥瞰圖等屬于靜態展示，無法獲取多個影像。配合使用BIM技術與傾斜攝影技術構建起三維實景圖，能夠更加全面地獲取到地物信息，生成更加真實且細致的三維模型。三維模型內可自帶幾何信息、材質信息，能夠給身處其中的人身臨其境之感。同時，借助三維實景模型也可以提供相關設計人員各類高精度數據信息，對城市道路設計方案進行進一步優化。具體來說，三維實景特征主要體現在以下幾個方面：

（1）技術優勢。BIM技術模型是一種數字化手段，可以指導城市道路設計工作，并將設計工作期間的各類信息反饋在模型內部[1]。三維實景模型更加適用于城市集成化管理環境，從根本上保障城市道路工程中的運行效率，避免在道路設計期間出現線路交叉碰撞問題。

（2）提升設計方案規范化水平。借助構建起的三維實景模型，可切實保障測量結果的精準性，直接測量出幾何屬性結構，如地區高度、長度、坡度、面積等，提取箱的坐標、高程、輔助后續方案優化與拆遷。借助BIM技術開展模塊化設計工作，也可以對模型中的材料、材質進行隨便替換。

（3）切實體現設計方案精準度。原有城市道路設計方案主要以平面為主，在方案設計溝通方面存在一定局限性[2]。通過使用三維全景模擬技術，可以采用三維實景漫游方式，配合BIM模型構建起實景圖像，為后續城市道路設計工作提供充足的設計依據。

（4）便于檢查城市風貌。對于特大橋等標志性建筑物，可以借助三維實景模型建模處理，使用設計方案與現場相融合的方式，及時調整顏色、色調等方式展現出既有環境的搭配性，確保建筑物、構筑物以及自然風貌等密切結合在一起。

（5）構建起全面精準的數據模型。在三維實景完成后，可以在實景模型基礎上開發交通仿真、虛擬現實等功能，為后續智慧城市建設工作提供重要的數據支持。

2 傾斜攝影技術在城市道路設計中的應用要點

2.1 傾斜攝影測量

傾斜攝影突破了傳統正射影像的垂直角度限制，通過在飛行平臺搭設多個傳感裝置，從同一垂直與四個傾斜角度全面采集圖像內容，使獲得的影像數據更加直觀、全面，符合人眼視覺的真實性要求[3]。現階段傾斜攝影測量技術主要被應用在獲取建筑物各項高分辨率紋理等方面，配合使用定位系統、建模系統，構建起真實的三維模型，現已被廣泛應用在城市道路工程建設過程中。

2.2 傾斜攝影測量系統結構

傾斜攝影測量系統內部涉及影像獲取設備、數據處理軟件。其中，有效獲取設備內部包括無人機、航向規劃軟件、相機。在無人機航拍平臺運行期間，需要搭載傾斜攝影測量設備，對測量區域內的數據進行采集。航拍平臺可分為固定翼無人機、無人直升機、旋翼無人機。地面配套設施主要包括地面站系統與遙控設備，肩負起無人機飛行時姿態調整及傳輸影像數據的重要職責；無人機航拍內業處理系統需要做好飛行路線設計、質量檢查、軟件建模等工作。在航測影像質量檢查過程中，需要重點檢查影像重疊度、影像旋偏角度、影像傾斜角度等。

2.3 傾斜攝影測量環節思想與流程

在將傾斜攝影測量技術應用在城市道路設計過程中，主要就是在實驗區內布置相控點，配合使用GPS-RTK設備布設像控點以及檢驗點。基于設計方案內容，獲取影像數據制作DOM、三維模型采集數據成果，結合數據成果以及檢驗點實測數據的精準度，對比分析執行方案的可行性。

具體來說，編制像控點布設方案以及外業飛行方案。在像控點布置方案設置時，需要注重相控點布設方案的設計以及像控點標記、測量工作；外業飛行方案編制期間需要選擇適宜的飛行平臺，結合城市道路設計內容，編制航線規劃方案。將此些方案以及測量數據進行匯總整理，分別形成DOM影像與三維模型，然后借助EPS矢量化處理工作，為城市道路設計工作提供城市道路工程地基圖以及外業調查繪圖。

2.4 布設像控點

在傾斜攝影測量過程中，相控點的布設工作主要分為4種方式。第一，在整個測區范圍內均勻布攝像控點；第二，以點組的方式在區域角部位置布設像控點；第三，在測區四周均勻布設、在角部以點組的方式不射向空間；第四，在測區角部像控點布置過程中使用點組方式，在測區內部布置少量的測控點。

通過分析城市道路設計要求，現階段傾斜攝影測量技術的相控點布置工作均采用了點組與均勻布設相結合的方式，通過在四周均勻布設像控點，以從根本上保障像控效果，切實提升傾斜攝影測量期間的成圖質量以及外業圖像獲取水平[4]。

借助傾斜攝影測量技術建立起城市道路設計三維模型，能夠更加直觀的展現出該地區建筑物具體信息內容，檢測期間的精準度可符合調查期間的一級界址點要求。城市道路設計工作中，設計內容能夠直接從傾斜攝影測量結果中獲取，使得調查期間的時間及成本能夠得到根本上管控，從根本上保障了實際調查工作中的質量與效率，切實提升了城市道路設計水平。

同時，通過將傾斜攝影測量技術應用在城市道路設計工作中，還有助于幫助調查人員獲得多樣化測量數據成果，建立起更加全面的實景三維模型、DOM模型、TIN三角網等，對保障城市道路設計管理效果，有效節約城市道路資源具有重要意義。

通過配合使用多視影像技術，還可以及時將地面建筑物的各類信息數據掃描出來，形成更為全面的數據表面模型。在實際測量工作開展時，測量結果的精準度與全面性經常會受到角度及尺寸差異等因素影響，導致建筑物被遮蓋。為從根本上控制概率因素對數字表面模型建立造成的不利影響，還需要使用影像外的方位元素開展三維立體模型設計工作[5]。依照相對算法展開測量數據計算，切實保障計算效率，使建筑工程三維模型的設立能夠得到根本上保障。

在獲取高密度測量數據后，還需要對此些數據進行濾波處理，確保不同匹配單元能夠融合在一起，形成統一數據結構。使用多視影像技術對既有建筑物的屋頂幾何信息進行提取，結合數據調查結果制定出更加專項可行的全局優化對策，確保后續城市道路設計工作能夠高質高效開展。

3 三維實景實現路徑

3.1 構建地形三維圖

通過使用BIM技術與傾斜攝影技術相結合的方式構建起地形三維模型，可以形成不規則三角網絡結構，描述高精準度三維真實景觀圖像。使用傾斜攝影測量技術，也可以將數字地面模型、攝影影像圖形、全方位紋理有機融合在一起。由于模型內部設置幾何信息、紋理信息，可更加適用于全局三維模型的瀏覽、例題分析、規則規劃以及導航定位等功能。

就目前來看，三維實景模型可以配合使用專項可行的設計軟件開展空中三角測量工作，借助數據處理技術對三維模型內部信息進行全面整合、導航定位。當前傾斜攝影技術以具備商業化功能，可以委托專門公司進行數據采集及處理。

3.2 道路三維模型構建

道路BIM模型內部主要包括道路、橋梁、隧道、管網、交通標志牌等附屬設施。現階段針對城市道路設計工作，已經開發出了較多設計軟件，可輔助設計部門構建起道路三維模型。不同設計軟件體現出的應用功能存在較大差異，需要結合城市道路實際設計要求，對管線結構進行進一步優化。

3.3 開展三維實景處理

在完成進行三維及道路三維模型構建工作后，還需要對傾斜攝影模型中的地形遮蔽與挖洞環節進行處理，優化三維實景模型結構。對模型展開渲染，幫助相關設計人員更加細致的了解到城市道路建設水平。

4 BIM技術與傾斜攝影技術在城市道路設計中的應用重點

4.1 數據交換格式

傾斜攝影三維模型中的數據格式多種多樣，現階段市面上的傾斜攝影模型格式可以分為五種。此些文件格式能夠借助專業轉換軟件進行相互轉換，可從根本上保障數據傳輸水平，從根本上提升城市道路設計效果。

4.2 坐標系統及高程系統

為在BIM設計與傾斜攝影設計過程中實現三維實景相融合的目標，還是采用相同坐標系統與高程系統。配合使用國土資源及國家測繪地理信息指定要求，選擇適宜的坐標及高程測量標準，確保實際測量結果與地區城市道路設計要求相符。

4.3 道路BIM模型構建

在城市道路BIM模型構建過程中，可以配合使用迪百思設計軟件。該設計軟件具備城市交通幾何設計、數據管理設計等功能，可以收集建設現場立交、橋梁與隧道等結構模型，借助構件化管理方式，對模型內容進行數字轉換，以切實完成道路BIM模型的建立工作。

4.4 疊合區域的切割處理

通過將傾斜攝影模型與BIM技術中的三維模型結合在一起，可以在模型內部展示出邊坡、交叉口、需拆遷建筑與山體結構，借助疊合區域中的切割處理方式，實現預期管控效果。

5 BIM技術與傾斜攝影技術在城市道路設計中的應用案例

本文以某市一道路延伸段為例，該道路屬于城市主干路，設計速度為每小時60千米，為雙向8車道，道路紅線的寬度為40米。該城市道路上部跨越城市快速路、下穿森林公園、特大橋、交通立交橋等結構，需要著重關注城市道路設計工作，確保道路設計內容與城市道路設計要求相符。

在傾斜攝影范圍之內，構建國家高程基準，做好三維模型輸出格式以及影像分辨率。配合迪百思軟件構建道路BIM模型，在經過后期挖洞處理后，最終形成三維實景圖形。

相較于傳統攝影測量技術而言，配合使用傾斜攝影模型以及BIM模型開展測繪工作，可以使用數量較多的立體顯示設備，對作業人員的實際立體感沒有特殊要求，可以直接在三維模型上對地物結構進行測量。借助傾斜攝影模型也能夠確立定位建筑物的側立面，在直接設計城市道路過程中，可以直接繪制出道路線性以及道路周邊建筑結構主體，省略了圖形內部細節修正環節，控制了外業調繪的工作量。

結合城市道路設計要求構建起三維實景模型，也可以提供實時線上項目工程信息、3D立體模型內容。對模型結構進行立體化展現，及時發現存在于道路設計過程中的各類問題，針對此些問題對道路設計方案內容進行切實優化。

6 結語

總而言之，BIM技術與傾斜攝影技術相結合可以形成三維實景。與傳統三維建模技術相比，三維實景的精準度更高，可以進行多角度觀察、動態仿真模擬。同時，三維實景也能夠提供實時線上的動態工程信息、3D模型、可視化操作。由于時間模型后期可以為城市道路設計、施工、建設等單位提供信息溝通平臺，將龐大的信息及數據整合在一起，可指導后續城市道路運營管理有序開展。