市政道路设计中无人机倾斜摄影与BIM技术结合运用分析

2021-12-10闫斌

智能城市 2021年21期

闫斌

（安徽国顺交通咨询设计研究院有限公司，安徽合肥 230051）

应用BIM技术能够基于三维模型实现设计方案具象化，无人机倾斜摄影能够基于航拍航测为设计工作提供数据支持。无人机倾斜摄影与BIM技术还可以实现有机结合，结合后可为提高市政道路设计环节的信息获取效率与准确性提供辅助，也能够为有效解决设计难点、保证设计方案合理可行奠定基础。

1 无人机倾斜摄影技术与BIM技术概述

无人机倾斜摄影技术是新兴摄影测量技术，基于无人机将快速采集影像数据并实现全自动化三维建模，三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度、规模等参数。在实际应用环节，无人机上将搭载多台传感器，有效获取不同方位的影像。

目前，使用无人机倾斜摄影技术不仅能够提高数据采集的真实性、准确性和全面性，更可以提高操作便捷性和数据的网络发布时效性[1]。无人机倾斜摄影系统由无人机与地面控制人员、传感器和数据处理系统三部分组成，其工作原理是采集和整理原始影像、POS数据、相机文件与像控点数据，基于空三加密测量、影像密集匹配和纹理映射等处理后生成三维实景模型，用以开展工程设计。

无人机倾斜摄影技术如图1所示。

图1 无人机倾斜摄影技术

BIM技术也是模型技术，是一种具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性的建筑信息模型。基于BIM技术可以高效完成工程设计与优化，在计算工程量、攻克施工难点和提高施工质量、安全方面具有极为突出的作用。

在实践中，无人机倾斜摄影技术与BIM可实现结合应用，二者的有机结合能够更有效地提升工程设计质量。开展市政道路设计时，BIM技术能够整合多元地形数据构建基础BIM模型，可基于三维可视化情境完成路线设计与规划；无人机倾斜摄影技术可以为BIM技术提供信息数据补充，基于该技术不仅可以精准、全面地采集数据，利用倾斜摄影模型对规划路段的实际情况进行直观反映。两种技术的结合应用，将会实现地理信息与工程信息的有效融合，使设计工作的合理性和便捷性得到提升[2]。

2 无人机倾斜摄影与BIM技术结合应用要点

本文将以某新建市政道路项目为例，对无人机倾斜摄影与BIM技术结合应用要点进行分析。案例工程位于老城区，规划区域内交通量大且交通组织设计复杂性高，施工区域中存在大量建筑物和景观植物，施工区域相对狭小。本次市政道路设计的美观性、通达性和安全性要求极高，为达到工程开展目标，在设计中推动无人机倾斜摄影与BIM技术的结合应用。基于条带状三维实景模型（6 000 m×400 m）完成市政道路工程的BIM设计。

2.1 数据采集与处理

利用无人机倾斜摄影技术可以全面采集施工区域地物信息，获得原始影像和数据信息后需要对其进行整合与处理，为无人机倾斜摄影测量建模奠定基础。

基于“无人机+传感器+GPS接收机”设备，获取施工区域的地物顶部以及四周纹理影像，传感器需设置5个，分别对应东南西北和垂直方向。无人机的续航能力较弱，相关工作人员需要合理选定测区，保证数据采集与测量的准确性、及时性。在规划施工区域，划分7个测区并均匀布设62个平高像控点以及多个检核点，实行7个飞行架次，保证无人机倾斜摄影工作的有效开展。获取影像数据以后，相关工作人员需要将其导入数据处理平台，进效整合处理相关内容。将相机检校文件、航飞像片数据、POS数据和像控点数据都导入数据处理系统，基于GPS同步观测记录解算POS数据，基于空中三角测量、原始影像畸变纠正、匀光匀色等高精度处理，生成规划区域的云纹理、DSM数据和DOM数据，为生成市政道路工程的实景三维模型提供数据支持[3]。

2.2 无人机倾斜摄影建模与技术融合

基于无人机倾斜摄影获取的数据，可自动生成三维实景模型。可利用smart3D软件开展自动化建模，无须人工干预。也可以通过ContextCapture软件处理已获取的多幅航片，构建三维实景模型。完成无人机倾斜摄影建模后，相关工作人员应积极推动BIM与该模型的融合，基于无人机倾斜摄影与BIM技术的结合应用有效开展市政道路设计。

（1）推动无人机倾斜摄影数据格式转换。

无人机倾斜摄影测量系统中含有自动建模软件，可以直接将已采集的影像和数据信息转化成实景三维模型。

例如samrt3D软件可自动生成三维实景模型，PIX4D软件可有效处理地物大数据，PhotoScan软件可建立数字高程模型（DEM）。

为实现无人机倾斜摄影技术与BIM技术的结合应用，相关工作人员需要保证数据格式的统一性，如以OSGB格式为无人机倾斜摄影数据的标准输出格式；基于金字塔模型开展文件储存和数据管理[4]。

（2）推动BIM数据格式转换。

BIM技术在工程项目开展过程中应用广泛，软件种类也极为丰富。建模、可视化分析、结构分析、碰撞检查、方案设计等都属于常见的BIM软件功能。对于不同的BIM软件以及BIM平台而言，其输出数据的格式存在差异。应推进BIM模型的灵活应用以及BIM技术与无人机倾斜摄影模型的有效融合，就从数据融合的角度出发做好格式转换与管理[5]。比如，设定fbx格式为BIM模型数据输出的通用格式。

（3）推动三维实景模与BIM模型的有机结合。

无人机倾斜摄影与BIM技术的结合应用，主要表现在数据融合方面。在此环节，市政道路工程设计人员，应基于数据转换和融合，构建模型融合方案，为有效开展优化设计工作奠定基础。比如利用OpenRoads Designer设计软件，完成两种技术融合，在该软件中加载无人机倾斜摄影测量模型（三维实景模型），利用BIM技术有效开展优化设计。在实践中，无人机倾斜摄影技术下的三维实景模型与BIM技术融合后，可生成模型。

三维实景模型与BIM融合如图2所示。

图2 三维实景模型与BIM融合

2.3 计算工程量

在市政道路设计工作中，无人机倾斜摄影技术与BIM技术的结合应用，还可以为提高工程量计算有效性奠定基础。基于无人机倾斜摄影技术和三维实景模型，能够精准定位工程现场道路位置并且清晰、准确地还原项目现场。

设计人员必须基于无人机倾斜摄影技术，采集清晰、全面、准确的道路规划区域数据，建立高精度的三维实景模型，还应在工作中实现该模型与道路设计方案的叠加。在这种情况下，设计方案与实景模型之间应保持坐标参数一致，为保证坐标信息套合精准性和道路红线定位、标识正确性奠定基础，直观、精确地开展拆迁量统计和工程量计算。

以市政道路设计中的土方量计算为例，相关工作人员需要基于BIM与无人机倾斜摄影技术融合后建立的建筑模型参数，完成工程量计算，确定土方调配计划。设计人员可选用专业软件打开融合模型，确定不同施工段的填挖土方量。

可以借助于DEM模型计算土方量[6]，以投影形式将原始地貌模型投射到DEM模型，以二者相减的方式计算土方量。在本次工程中，将基于TIN三角网法完成土方量计算。在实际应用环节，设计人员需要将工程区域内的地形划分为多个三角网格，使三角网格与设计地面形成三棱柱体，再通过计算三棱柱挖填体积计算总工程量。为了有效计算土方工程量，相关工作人员还可以利用模型软件开发自动计算基数，基于已有模型和地形明细表，自动完成市政道路设计中的土方工程量计算工作。