倾斜摄影测量与BIM技术实现城市三维模型的构建与应用

孔小勇

摘要：随着网络及计算机技术水平的不断提高，人们开始逐渐认识到智慧城市构建应以三维数字城市模型构建为必要条件，而将倾斜摄影测量和BIM技术有效结合起来，即通过无人机遥感影像构建城市地面模型及城市单体建筑构建BIM模型等方法整合城市三维基础设施数据信息，能大大节省数据获取时间，可为智慧城市形成提供更加丰富的数据参考，实现三维模型应用最佳成效。本文分别阐述了开展倾斜摄影测量工作的方法及BIM技术的价值，提出倾斜摄影测量和BIM成果融合构建城市三维模型的方法与好处及其在智慧城市中的应用价值。

关键词：倾斜摄影测量；BIM技术；城市三维模型

基于物联网技术飞速发展背景下，城市信息化、数字化水平取得了突出性成就，逐渐呈现出城市智慧化模型，我国首次提出智慧城市概念是于2008年，随后2013年在全国各大城市开展了智慧城市试点工作，根据试点结果充分证明智慧城市构建不但有利于实现信息数据的有效共享，还能进一步提升信息集成化水平，而倾斜摄影测量作为当前数据信息获取主要手段之一，具备自动化水平较高及信息获取更加便捷等优势，能够构建相对完善的城市三维模型，而BIM技术作为近几年最新产生技术手段，汇集了城市单个建筑的全生命周期信息，综合参考全生命周期中动态变化情况为智慧城市构建提供了切实可行数据支持。由此可以了解到，为实现城市三维模型的有效构建和实施目标，就必须将倾斜摄影测量技术与BIM技术结合在一起。

1、关于倾斜摄影测量和BIM技术概念的简要阐述

1.1倾斜摄影测量

倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。它不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维城市模型。倾斜摄影测量技术在摄影测量中占据着重要地位，如该项技术不但可实现同一平台多台传感器的设置，还能同时获取到纹理影像和地理位置数据信息。在借助倾斜摄影测量进行三维模型构建时一定要事先充分掌握倾斜摄影基础理论知识，并依据此展开具体工作的详细探讨。同时倾斜摄影测量期间具体涉及到计算机系统、高精准测量装置、相机及GPS接收机等构件，其中相机必须严格按照规定顺序进行排列，以便于帮助工作人员全面获取到各个视角影像资料，并且在此基础上构建完善数字地面模型，使其能够充分发挥出地理空间参考价值。

倾斜摄影测量工作流程

1.2BIM技术

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程设计、施工、监理、物业管理、设备管理、数字化加工等功能。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。通常来说，基于不同角度对BIM技术概念理解也是存在着较大差距，其中软件生产厂家认为BIM就是一种新型软件，硬件生产厂家则认为BIM属于工作性能较强工作站，而项目设计单位认为BIM主要包含三维的管线综合、碰撞检测等环节工作；承包商认为BIM包含现场监管和4D、5D模拟等功能。其实BIM技术就是指利用三维数字模型为载体，已数据为核心，针对项目开展城市规划设计、施工、运维等一系列工作，在项目整个生命周期中扮演着至关重要角色。BIM技术还包含以下几点价值：第一，可以明确展现项目成果，大大降低实施期间失误出现可能性，避免出现重复劳动操作情况，并且还能有效缩短项目流程，在节省投资成本基础上获得经济利润最大化。第二，有利于保证规范文件的完善性，促使设计方、施工方均能更好参与到实施过程中去，切实提高预算综合能力，促使项目能够顺利开展。第三，有效缓解项目实施期间存在矛盾冲突，真正理解设计方实际设计意图，最大限度提高项目质量水平。

建筑信息模型

2、倾斜摄影测量和BIM技术在三维模型构建中的应用方法

2.1倾斜摄影测量在三维模型构建中的应用

倾斜摄影测量手段在三维模型构建中的具体应用主要包含以下步骤：第一，多视影像预处理。通常在倾斜摄影测量工作具体开展时，多视影像预处理工作可以说占据着重要地位，即指影像的几何预处理，彻底消除几何可能存在的失误现象，如传感器内部变形失误或传感器外部变形失误，其中内部失误产生根本原因就在于传感器自身性能、数值指标严重超出标准状态；而外部失误产生原因则在于受到大气环境、地势地貌及传感器位置变化等影响。第二，匀光。往往在影像资料获取期间，受到快门速度、光照及天气等因素影响，影像必定会出现分布差异较大现象，进而不利于三维模型的有效构建应用，并且在此期间最常见匀光匀色计算方法有频率域匀光、自适应模板匀光及Wallis勻光等，其中Wallis匀光可以说是应用效果最佳方法之一。第三，纹理映射。所谓纹理映射就是指在计算机运行环境下将纹理空间中所包含纹理像素真实反射到屏幕上的全过程，促使复杂现场能够呈现出真实感受，属于计算机图形领域中最常见技术手段之一。这样一来虽然传统光照模型只能形成单一化景物表面，但如果再加上丰富纹理细节必然能呈现出景物真实感，彻底解决以往传统光照所无法达到的效果，并且纹理映射形成实质便是要确保二维空间点和三维空间点处于一一对应状态，便于将二维空间点真实准确反射到三维立体表面上，得到最满足观看者视觉要求的三维模型。

2.2BIM技术在三维模型构建中的应用

BIM技术应用始终强调的便是动态可变过程，而BIM模型作为全生命周期信息数据的主要表达载体，对几何三维模型构建有着极大帮助作用，可以说从最开始的项目设计阶段，BIM模型就已然承载了信息，随着项目实施的不断推进，BIM模型承载信息也将得到更加丰富拓展，将其合理应用到工程的各阶段之中，充分体现出BIM模型在全生命周期中存在价值。同时三维数字技术作为BIM技术中重要组成内容之一，贯穿于整个项目过程，不仅涵盖众多几何、物理及性能信息，还能定期更新BIM模型动态数据，大大提高工作效率。除此之外，数据储存和访问技术也为BIM模型构建提供切实可行参考依据，具体将其划分为以下两点：第一，结构化数据。主要是指公开数据标准条件下产生的数据信息，可将其储存到数据库之中，属于BIM核心数据；第二，而非结构化数据则是指BIM模型基于不同表达形式分为专业软件模型和标准模型两种，其中标准模型对BIM数据共享有着更好帮助效果，而专业软件模型则主要用于准确真实表达项目数据信息，促使三维模型构建应用达到完美状态。在此期间还需注意一点就是为充分保证三维模型构建数据的完善性，还需积极构建信息集成平台，针对设计环节、施工环节及运营环节涉及数据信息展开不断更新丰富，从而便于实现信息的良好动态化管理应用。

2.3倾斜摄影测量与BIM技术结合应用构建城市三维模型

倾斜摄影测量技术能在短时间内构建城市大范围既有地物地貌的模型，即获取三维数字地面模型，然而，其获取的城市三维模型不含室内模型和地下建、构筑物的模型；BIM技术恰恰可作为倾斜摄影测量技术获取不到的及模型部分的补充，并且BIM技术作为一项工程全生命周期的技术，不仅仅是构建了完善的三维模型，重要的是模型携带的数据，是丰富的，是可延续的。BIM数据和倾斜摄影测量数据结合对于构建智慧城市的重要组成部分—城市三维空间信息是非常有效的数据获取方法。通过在城市三维地理信息平台里整合BIM数据及倾斜摄影测量数据，可以构建一个更加真实的城市三维信息模型。

倾斜摄影测量成果与BIM结合

结束语：

倾斜摄影测量作为当前发展速度最快的高科技之一，能高效、方便地获取到城市地面丰富的数据信息资源，并构建城市三维模型。BIM作为一项工程全生命周期应用的技术，主要是以三维模型为载体，包含着众多数据信息，可具体应用到工程设计、施工、运维管理中。而以上两者的结合给构建智慧城市中的城市基础空间信息带来了非常重大的技术支撑。

参考文献：

[1]刘尚蔚，李超宗，魏群等.现代航测新方法与BIM技术建模的拓展应用[J].中国水运（下半月），2016，16（12）：63-65，68.

[2]赵茹.倾斜摄影测量技术在城市轨道交通工程中的应用[J].城市建筑，2017（2）：131，160.

[3]魏新.摄影测量与BIM建模在山区水利项目勘测设计和施工中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017（28）：781-781.