傾斜攝影測(cè)量與BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市三維模型的構(gòu)建與應(yīng)用

孔小勇

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，人們開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到智慧城市構(gòu)建應(yīng)以三維數(shù)字城市模型構(gòu)建為必要條件，而將傾斜攝影測(cè)量和BIM技術(shù)有效結(jié)合起來(lái)，即通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感影像構(gòu)建城市地面模型及城市單體建筑構(gòu)建BIM模型等方法整合城市三維基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)信息，能大大節(jié)省數(shù)據(jù)獲取時(shí)間，可為智慧城市形成提供更加豐富的數(shù)據(jù)參考，實(shí)現(xiàn)三維模型應(yīng)用最佳成效。本文分別闡述了開(kāi)展傾斜攝影測(cè)量工作的方法及BIM技術(shù)的價(jià)值，提出傾斜攝影測(cè)量和BIM成果融合構(gòu)建城市三維模型的方法與好處及其在智慧城市中的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量；BIM技術(shù)；城市三維模型

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展背景下，城市信息化、數(shù)字化水平取得了突出性成就，逐漸呈現(xiàn)出城市智慧化模型，我國(guó)首次提出智慧城市概念是于2008年，隨后2013年在全國(guó)各大城市開(kāi)展了智慧城市試點(diǎn)工作，根據(jù)試點(diǎn)結(jié)果充分證明智慧城市構(gòu)建不但有利于實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的有效共享，還能進(jìn)一步提升信息集成化水平，而傾斜攝影測(cè)量作為當(dāng)前數(shù)據(jù)信息獲取主要手段之一，具備自動(dòng)化水平較高及信息獲取更加便捷等優(yōu)勢(shì)，能夠構(gòu)建相對(duì)完善的城市三維模型，而B(niǎo)IM技術(shù)作為近幾年最新產(chǎn)生技術(shù)手段，匯集了城市單個(gè)建筑的全生命周期信息，綜合參考全生命周期中動(dòng)態(tài)變化情況為智慧城市構(gòu)建提供了切實(shí)可行數(shù)據(jù)支持。由此可以了解到，為實(shí)現(xiàn)城市三維模型的有效構(gòu)建和實(shí)施目標(biāo)，就必須將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與BIM技術(shù)結(jié)合在一起。

1、關(guān)于傾斜攝影測(cè)量和BIM技術(shù)概念的簡(jiǎn)要闡述

1.1傾斜攝影測(cè)量

傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜、五個(gè)不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過(guò)先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維城市模型。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在攝影測(cè)量中占據(jù)著重要地位，如該項(xiàng)技術(shù)不但可實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)多臺(tái)傳感器的設(shè)置，還能同時(shí)獲取到紋理影像和地理位置數(shù)據(jù)信息。在借助傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行三維模型構(gòu)建時(shí)一定要事先充分掌握傾斜攝影基礎(chǔ)理論知識(shí)，并依據(jù)此展開(kāi)具體工作的詳細(xì)探討。同時(shí)傾斜攝影測(cè)量期間具體涉及到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高精準(zhǔn)測(cè)量裝置、相機(jī)及GPS接收機(jī)等構(gòu)件，其中相機(jī)必須嚴(yán)格按照規(guī)定順序進(jìn)行排列，以便于幫助工作人員全面獲取到各個(gè)視角影像資料，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)建完善數(shù)字地面模型，使其能夠充分發(fā)揮出地理空間參考價(jià)值。

傾斜攝影測(cè)量工作流程

1.2BIM技術(shù)

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，通過(guò)三維建筑模型，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、物業(yè)管理、設(shè)備管理、數(shù)字化加工等功能。它具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。通常來(lái)說(shuō)，基于不同角度對(duì)BIM技術(shù)概念理解也是存在著較大差距，其中軟件生產(chǎn)廠家認(rèn)為BIM就是一種新型軟件，硬件生產(chǎn)廠家則認(rèn)為BIM屬于工作性能較強(qiáng)工作站，而項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位認(rèn)為BIM主要包含三維的管線(xiàn)綜合、碰撞檢測(cè)等環(huán)節(jié)工作；承包商認(rèn)為BIM包含現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管和4D、5D模擬等功能。其實(shí)BIM技術(shù)就是指利用三維數(shù)字模型為載體，已數(shù)據(jù)為核心，針對(duì)項(xiàng)目開(kāi)展城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等一系列工作，在項(xiàng)目整個(gè)生命周期中扮演著至關(guān)重要角色。BIM技術(shù)還包含以下幾點(diǎn)價(jià)值：第一，可以明確展現(xiàn)項(xiàng)目成果，大大降低實(shí)施期間失誤出現(xiàn)可能性，避免出現(xiàn)重復(fù)勞動(dòng)操作情況，并且還能有效縮短項(xiàng)目流程，在節(jié)省投資成本基礎(chǔ)上獲得經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)最大化。第二，有利于保證規(guī)范文件的完善性，促使設(shè)計(jì)方、施工方均能更好參與到實(shí)施過(guò)程中去，切實(shí)提高預(yù)算綜合能力，促使項(xiàng)目能夠順利開(kāi)展。第三，有效緩解項(xiàng)目實(shí)施期間存在矛盾沖突，真正理解設(shè)計(jì)方實(shí)際設(shè)計(jì)意圖，最大限度提高項(xiàng)目質(zhì)量水平。

建筑信息模型

2、傾斜攝影測(cè)量和BIM技術(shù)在三維模型構(gòu)建中的應(yīng)用方法

2.1傾斜攝影測(cè)量在三維模型構(gòu)建中的應(yīng)用

傾斜攝影測(cè)量手段在三維模型構(gòu)建中的具體應(yīng)用主要包含以下步驟：第一，多視影像預(yù)處理。通常在傾斜攝影測(cè)量工作具體開(kāi)展時(shí)，多視影像預(yù)處理工作可以說(shuō)占據(jù)著重要地位，即指影像的幾何預(yù)處理，徹底消除幾何可能存在的失誤現(xiàn)象，如傳感器內(nèi)部變形失誤或傳感器外部變形失誤，其中內(nèi)部失誤產(chǎn)生根本原因就在于傳感器自身性能、數(shù)值指標(biāo)嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)；而外部失誤產(chǎn)生原因則在于受到大氣環(huán)境、地勢(shì)地貌及傳感器位置變化等影響。第二，勻光。往往在影像資料獲取期間，受到快門(mén)速度、光照及天氣等因素影響，影像必定會(huì)出現(xiàn)分布差異較大現(xiàn)象，進(jìn)而不利于三維模型的有效構(gòu)建應(yīng)用，并且在此期間最常見(jiàn)勻光勻色計(jì)算方法有頻率域勻光、自適應(yīng)模板勻光及Wallis勻光等，其中Wallis勻光可以說(shuō)是應(yīng)用效果最佳方法之一。第三，紋理映射。所謂紋理映射就是指在計(jì)算機(jī)運(yùn)行環(huán)境下將紋理空間中所包含紋理像素真實(shí)反射到屏幕上的全過(guò)程，促使復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)能夠呈現(xiàn)出真實(shí)感受，屬于計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域中最常見(jiàn)技術(shù)手段之一。這樣一來(lái)雖然傳統(tǒng)光照模型只能形成單一化景物表面，但如果再加上豐富紋理細(xì)節(jié)必然能呈現(xiàn)出景物真實(shí)感，徹底解決以往傳統(tǒng)光照所無(wú)法達(dá)到的效果，并且紋理映射形成實(shí)質(zhì)便是要確保二維空間點(diǎn)和三維空間點(diǎn)處于一一對(duì)應(yīng)狀態(tài)，便于將二維空間點(diǎn)真實(shí)準(zhǔn)確反射到三維立體表面上，得到最滿(mǎn)足觀看者視覺(jué)要求的三維模型。

2.2BIM技術(shù)在三維模型構(gòu)建中的應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用始終強(qiáng)調(diào)的便是動(dòng)態(tài)可變過(guò)程，而B(niǎo)IM模型作為全生命周期信息數(shù)據(jù)的主要表達(dá)載體，對(duì)幾何三維模型構(gòu)建有著極大幫助作用，可以說(shuō)從最開(kāi)始的項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，BIM模型就已然承載了信息，隨著項(xiàng)目實(shí)施的不斷推進(jìn)，BIM模型承載信息也將得到更加豐富拓展，將其合理應(yīng)用到工程的各階段之中，充分體現(xiàn)出BIM模型在全生命周期中存在價(jià)值。同時(shí)三維數(shù)字技術(shù)作為BIM技術(shù)中重要組成內(nèi)容之一，貫穿于整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程，不僅涵蓋眾多幾何、物理及性能信息，還能定期更新BIM模型動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，大大提高工作效率。除此之外，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和訪問(wèn)技術(shù)也為BIM模型構(gòu)建提供切實(shí)可行參考依據(jù)，具體將其劃分為以下兩點(diǎn)：第一，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。主要是指公開(kāi)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，可將其儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)之中，屬于BIM核心數(shù)據(jù)；第二，而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則是指BIM模型基于不同表達(dá)形式分為專(zhuān)業(yè)軟件模型和標(biāo)準(zhǔn)模型兩種，其中標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)BIM數(shù)據(jù)共享有著更好幫助效果，而專(zhuān)業(yè)軟件模型則主要用于準(zhǔn)確真實(shí)表達(dá)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息，促使三維模型構(gòu)建應(yīng)用達(dá)到完美狀態(tài)。在此期間還需注意一點(diǎn)就是為充分保證三維模型構(gòu)建數(shù)據(jù)的完善性，還需積極構(gòu)建信息集成平臺(tái)，針對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)及運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)涉及數(shù)據(jù)信息展開(kāi)不斷更新豐富，從而便于實(shí)現(xiàn)信息的良好動(dòng)態(tài)化管理應(yīng)用。

2.3傾斜攝影測(cè)量與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用構(gòu)建城市三維模型

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建城市大范圍既有地物地貌的模型，即獲取三維數(shù)字地面模型，然而，其獲取的城市三維模型不含室內(nèi)模型和地下建、構(gòu)筑物的模型；BIM技術(shù)恰恰可作為傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取不到的及模型部分的補(bǔ)充，并且BIM技術(shù)作為一項(xiàng)工程全生命周期的技術(shù)，不僅僅是構(gòu)建了完善的三維模型，重要的是模型攜帶的數(shù)據(jù)，是豐富的，是可延續(xù)的。BIM數(shù)據(jù)和傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合對(duì)于構(gòu)建智慧城市的重要組成部分—城市三維空間信息是非常有效的數(shù)據(jù)獲取方法。通過(guò)在城市三維地理信息平臺(tái)里整合BIM數(shù)據(jù)及傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建一個(gè)更加真實(shí)的城市三維信息模型。

傾斜攝影測(cè)量成果與BIM結(jié)合

結(jié)束語(yǔ)：

傾斜攝影測(cè)量作為當(dāng)前發(fā)展速度最快的高科技之一，能高效、方便地獲取到城市地面豐富的數(shù)據(jù)信息資源，并構(gòu)建城市三維模型。BIM作為一項(xiàng)工程全生命周期應(yīng)用的技術(shù)，主要是以三維模型為載體，包含著眾多數(shù)據(jù)信息，可具體應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理中。而以上兩者的結(jié)合給構(gòu)建智慧城市中的城市基礎(chǔ)空間信息帶來(lái)了非常重大的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉尚蔚，李超宗，魏群等.現(xiàn)代航測(cè)新方法與BIM技術(shù)建模的拓展應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2016，16（12）：63-65，68.

[2]趙茹.傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用[J].城市建筑，2017（2）：131，160.

[3]魏新.攝影測(cè)量與BIM建模在山區(qū)水利項(xiàng)目勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（28）：781-781.