市政道路設計中無人機傾斜攝影與BIM技術結合運用分析

閆 斌

（安徽國順交通咨詢設計研究院有限公司，安徽合肥 230051）

應用BIM技術能夠基于三維模型實現設計方案具象化，無人機傾斜攝影能夠基于航拍航測為設計工作提供數據支持。無人機傾斜攝影與BIM技術還可以實現有機結合，結合后可為提高市政道路設計環節的信息獲取效率與準確性提供輔助，也能夠為有效解決設計難點、保證設計方案合理可行奠定基礎。

1 無人機傾斜攝影技術與BIM技術概述

無人機傾斜攝影技術是新興攝影測量技術，基于無人機將快速采集影像數據并實現全自動化三維建模，三維數據可真實反映地物的外觀、位置、高度、規模等參數。在實際應用環節，無人機上將搭載多臺傳感器，有效獲取不同方位的影像。

目前，使用無人機傾斜攝影技術不僅能夠提高數據采集的真實性、準確性和全面性，更可以提高操作便捷性和數據的網絡發布時效性[1]。無人機傾斜攝影系統由無人機與地面控制人員、傳感器和數據處理系統三部分組成，其工作原理是采集和整理原始影像、POS數據、相機文件與像控點數據，基于空三加密測量、影像密集匹配和紋理映射等處理后生成三維實景模型，用以開展工程設計。

無人機傾斜攝影技術如圖1所示。

圖1 無人機傾斜攝影技術

BIM技術也是模型技術，是一種具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性的建筑信息模型?；贐IM技術可以高效完成工程設計與優化，在計算工程量、攻克施工難點和提高施工質量、安全方面具有極為突出的作用。

在實踐中，無人機傾斜攝影技術與BIM可實現結合應用，二者的有機結合能夠更有效地提升工程設計質量。開展市政道路設計時，BIM技術能夠整合多元地形數據構建基礎BIM模型，可基于三維可視化情境完成路線設計與規劃；無人機傾斜攝影技術可以為BIM技術提供信息數據補充，基于該技術不僅可以精準、全面地采集數據，利用傾斜攝影模型對規劃路段的實際情況進行直觀反映。兩種技術的結合應用，將會實現地理信息與工程信息的有效融合，使設計工作的合理性和便捷性得到提升[2]。

2 無人機傾斜攝影與BIM技術結合應用要點

本文將以某新建市政道路項目為例，對無人機傾斜攝影與BIM技術結合應用要點進行分析。案例工程位于老城區，規劃區域內交通量大且交通組織設計復雜性高，施工區域中存在大量建筑物和景觀植物，施工區域相對狹小。本次市政道路設計的美觀性、通達性和安全性要求極高，為達到工程開展目標，在設計中推動無人機傾斜攝影與BIM技術的結合應用?；跅l帶狀三維實景模型（6 000 m×400 m）完成市政道路工程的BIM設計。

2.1 數據采集與處理

利用無人機傾斜攝影技術可以全面采集施工區域地物信息，獲得原始影像和數據信息后需要對其進行整合與處理，為無人機傾斜攝影測量建模奠定基礎。

基于“無人機+傳感器+GPS接收機”設備，獲取施工區域的地物頂部以及四周紋理影像，傳感器需設置5個，分別對應東南西北和垂直方向。無人機的續航能力較弱，相關工作人員需要合理選定測區，保證數據采集與測量的準確性、及時性。在規劃施工區域，劃分7個測區并均勻布設62個平高像控點以及多個檢核點，實行7個飛行架次，保證無人機傾斜攝影工作的有效開展。獲取影像數據以后，相關工作人員需要將其導入數據處理平臺，進效整合處理相關內容。將相機檢校文件、航飛像片數據、POS數據和像控點數據都導入數據處理系統，基于GPS同步觀測記錄解算POS數據，基于空中三角測量、原始影像畸變糾正、勻光勻色等高精度處理，生成規劃區域的云紋理、DSM數據和DOM數據，為生成市政道路工程的實景三維模型提供數據支持[3]。

2.2 無人機傾斜攝影建模與技術融合

基于無人機傾斜攝影獲取的數據，可自動生成三維實景模型。可利用smart3D軟件開展自動化建模，無須人工干預。也可以通過ContextCapture軟件處理已獲取的多幅航片，構建三維實景模型。完成無人機傾斜攝影建模后，相關工作人員應積極推動BIM與該模型的融合，基于無人機傾斜攝影與BIM技術的結合應用有效開展市政道路設計。

（1）推動無人機傾斜攝影數據格式轉換。

無人機傾斜攝影測量系統中含有自動建模軟件，可以直接將已采集的影像和數據信息轉化成實景三維模型。

例如samrt3D軟件可自動生成三維實景模型，PIX4D軟件可有效處理地物大數據，PhotoScan軟件可建立數字高程模型（DEM）。

為實現無人機傾斜攝影技術與BIM技術的結合應用，相關工作人員需要保證數據格式的統一性，如以OSGB格式為無人機傾斜攝影數據的標準輸出格式；基于金字塔模型開展文件儲存和數據管理[4]。

（2）推動BIM數據格式轉換。

BIM技術在工程項目開展過程中應用廣泛，軟件種類也極為豐富。建模、可視化分析、結構分析、碰撞檢查、方案設計等都屬于常見的BIM軟件功能。對于不同的BIM軟件以及BIM平臺而言，其輸出數據的格式存在差異。應推進BIM模型的靈活應用以及BIM技術與無人機傾斜攝影模型的有效融合，就從數據融合的角度出發做好格式轉換與管理[5]。比如，設定fbx格式為BIM模型數據輸出的通用格式。

（3）推動三維實景模與BIM模型的有機結合。

無人機傾斜攝影與BIM技術的結合應用，主要表現在數據融合方面。在此環節，市政道路工程設計人員，應基于數據轉換和融合，構建模型融合方案，為有效開展優化設計工作奠定基礎。比如利用OpenRoads Designer設計軟件，完成兩種技術融合，在該軟件中加載無人機傾斜攝影測量模型（三維實景模型），利用BIM技術有效開展優化設計。在實踐中，無人機傾斜攝影技術下的三維實景模型與BIM技術融合后，可生成模型。

三維實景模型與BIM融合如圖2所示。

圖2 三維實景模型與BIM融合

2.3 計算工程量

在市政道路設計工作中，無人機傾斜攝影技術與BIM技術的結合應用，還可以為提高工程量計算有效性奠定基礎?；跓o人機傾斜攝影技術和三維實景模型，能夠精準定位工程現場道路位置并且清晰、準確地還原項目現場。

設計人員必須基于無人機傾斜攝影技術，采集清晰、全面、準確的道路規劃區域數據，建立高精度的三維實景模型，還應在工作中實現該模型與道路設計方案的疊加。在這種情況下，設計方案與實景模型之間應保持坐標參數一致，為保證坐標信息套合精準性和道路紅線定位、標識正確性奠定基礎，直觀、精確地開展拆遷量統計和工程量計算。

以市政道路設計中的土方量計算為例，相關工作人員需要基于BIM與無人機傾斜攝影技術融合后建立的建筑模型參數，完成工程量計算，確定土方調配計劃。設計人員可選用專業軟件打開融合模型，確定不同施工段的填挖土方量。

可以借助于DEM模型計算土方量[6]，以投影形式將原始地貌模型投射到DEM模型，以二者相減的方式計算土方量。在本次工程中，將基于TIN三角網法完成土方量計算。在實際應用環節，設計人員需要將工程區域內的地形劃分為多個三角網格，使三角網格與設計地面形成三棱柱體，再通過計算三棱柱挖填體積計算總工程量。為了有效計算土方工程量，相關工作人員還可以利用模型軟件開發自動計算基數，基于已有模型和地形明細表，自動完成市政道路設計中的土方工程量計算工作。

3 結語

綜上所述，推進無人機傾斜攝影技術與BIM技術在市政道路設計中的結合應用，可為提高設計工作質效提供輔助。市政道路設計人員，必須嚴格依照工程實際要求，采集數據與圖像信息，生成三維實景模型開展BIM優化設計，以此為基礎做好各環節工程量的有效計算。