無人機(jī)航測(cè)與公路BIM的結(jié)合應(yīng)用

摘 要：隨著無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的逐漸成熟，公路BIM技術(shù)在最近幾年也嶄露頭角，無人機(jī)航測(cè)與公路BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的探討

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；BIM；結(jié)合應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0227-01

引 言

隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)在近十年內(nèi)發(fā)生了日新月異的改變，無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從之前的軍用，延展到了農(nóng)業(yè)、電力、石油、檢災(zāi)、林業(yè)、氣象、國土資源、安防、海洋水利、測(cè)繪等多種行業(yè)領(lǐng)域。同時(shí)，作為新型技術(shù)應(yīng)用，BIM在各大行業(yè)內(nèi)展開新的空間革新，對(duì)于各個(gè)產(chǎn)業(yè)全生命周期的執(zhí)行起到至關(guān)重要的作用。

1 無人機(jī)在測(cè)繪行業(yè)中的應(yīng)用

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施也在如火如荼地迅速完善。那么，基礎(chǔ)設(shè)施的建構(gòu)過程也變成了一項(xiàng)被重視的焦點(diǎn)，其中，測(cè)量技術(shù)為首要關(guān)注點(diǎn)。在這些年，無人機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)性、機(jī)動(dòng)性等優(yōu)勢(shì)逐漸地取代了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量中航測(cè)設(shè)備，從而大大節(jié)省了成本，取得了較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

目前，無人機(jī)在測(cè)繪工程中主要用于荷載單鏡頭正射系統(tǒng)、多鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)以及激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，用以獲取正射影像、傾斜影像以及點(diǎn)云等數(shù)據(jù)。在上述三種數(shù)據(jù)類型中，正射影像主要用來生產(chǎn)DOM、DEM以及DLG等產(chǎn)品，通常情況下，測(cè)繪成果精度可滿足1.2000的成圖要求；傾斜影像主要用來生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)格式的實(shí)景模型（3MX、3SM、OBJ以及OSGB等），以滿足三維設(shè)計(jì)所需各類數(shù)據(jù)端口，其測(cè)繪成果可滿足1.2000的成圖精度，一般地，實(shí)景模型亦可用來生產(chǎn)4D產(chǎn)品；點(diǎn)云數(shù)據(jù)相較前兩者體量龐大，主要用于被測(cè)場(chǎng)景的細(xì)部結(jié)構(gòu)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以與上述兩者的數(shù)據(jù)融合，生產(chǎn)出更具精細(xì)化程度的模型結(jié)構(gòu)。

2 BIM技術(shù)

在空間大數(shù)據(jù)背景下，BIM技術(shù)逐步走上歷史舞臺(tái)。它是一個(gè)完備的信息模型，能夠?qū)⒐こ添?xiàng)目在全壽命周期中各個(gè)不同階段的工程信息、過程和資源集成在一個(gè)模型中，方便的被工程各參與方使用。通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，為工程設(shè)計(jì)和施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，使該模型達(dá)到設(shè)計(jì)施工的一體化，各專業(yè)協(xié)同工作，從而降低了工程生產(chǎn)成本，保障工程按時(shí)按質(zhì)完成。它以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。

3 無人機(jī)航測(cè)與BIM的結(jié)合應(yīng)用

隨著省內(nèi)路網(wǎng)的不斷完善，對(duì)已建路段的養(yǎng)護(hù)維修乃至維修改造工作任務(wù)更加繁重?？紤]到維修改造路段具有交通量大、路面結(jié)構(gòu)成熟等特點(diǎn)，通過航測(cè)手段可避免交通流動(dòng)影響勘測(cè)人員的安全以及提高勘測(cè)效率。另一方面，我省地處黃土高原、內(nèi)蒙高原以及青藏高原交匯處，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并多發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)后道路出現(xiàn)的沉降、斷裂、塌方等問題成為道路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)。通過航測(cè)來完成勘測(cè)任務(wù)，為BIM技術(shù)海量的數(shù)據(jù)需求提供保障，因此，無人機(jī)航測(cè)與BIM發(fā)展的結(jié)合應(yīng)用將成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。

4 S104線沈家坡至阿干鎮(zhèn)段項(xiàng)目實(shí)例

4.1 地理模型的建立

在二維勘察設(shè)計(jì)階段，公路路線的布設(shè)及道路、橋梁專業(yè)的設(shè)計(jì)都是基于不同比例尺的DLG文件來確定設(shè)計(jì)方案的。那么，三維設(shè)計(jì)的思路，①是將DLG或者DEM文件轉(zhuǎn)換成三維數(shù)據(jù)形式，然后賦以高分辨率的DOM，再根據(jù)相關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來布設(shè)路線和設(shè)計(jì)橋梁道路。②就是直接獲取三維數(shù)據(jù)及影像信息，直接基于三維數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。相較于上述兩種方法，后者更能反映真實(shí)地形地物，更好地服務(wù)于勘察設(shè)計(jì)。

4.2 三維設(shè)計(jì)

4.2.1 路線設(shè)計(jì)

在三維設(shè)計(jì)中，路線的布設(shè)所遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范，從公路等級(jí)到線形設(shè)計(jì)，再到縱斷面設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)都是相同的。在關(guān)系到路線經(jīng)過重點(diǎn)區(qū)域的方案選擇時(shí)，三維數(shù)據(jù)所提供的高精度數(shù)據(jù)支持，為設(shè)計(jì)布線給予了極大的便利。S104線項(xiàng)目位于蘭州市區(qū)連接蘭州南部的瓶頸區(qū)域，長期滯后的交通條件嚴(yán)重制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)作為盤活蘭州南部旅游發(fā)展的門戶通道，公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)亟待升級(jí)。

4.2.2 道路設(shè)計(jì)

在完成路線布設(shè)任務(wù)后，根據(jù)公路項(xiàng)目具體情況，設(shè)計(jì)公路橫斷面。以S104線為例，起點(diǎn)至K14+640設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為市政公路，K14+640至終點(diǎn)為二級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，市政路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為雙向四車道27M的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為雙向兩車道12M的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.3 橋梁設(shè)計(jì)

S104項(xiàng)目全長23.02km，共設(shè)置橋梁28座，互通式立交一座，橋隧占路線總長的30.76%。在進(jìn)行三維設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁布設(shè)任務(wù)，包括橋梁規(guī)模的確定、橋跨及橋型墩是在REVIT以及DYNAMO中完成的。

4.2.4 實(shí)例展示

正射影像、1.2000地形圖與BIM的結(jié)合：

現(xiàn)階段，BIM在公路行業(yè)的應(yīng)用主要處于對(duì)二維設(shè)計(jì)的翻模，因而大多數(shù)據(jù)源為正射影像等二維數(shù)據(jù)。這時(shí)，則需要建模軟件實(shí)現(xiàn)由二維到三維的數(shù)據(jù)傳遞及轉(zhuǎn)換。通常的，在Autodesk平臺(tái)，這一系列任務(wù)是在Civil3D和Infraworks軟件中完成的。

相較于二維翻模，BIM的優(yōu)勢(shì)更在于三維正向設(shè)計(jì)，不過，這一切都建立在高精度的數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)上，實(shí)景建模以及三維激光掃描很好地解決了這一問題。目前，在Bentley平臺(tái)中，路線、道路等一干專業(yè)是在PowerCivil中完成，橋梁設(shè)計(jì)專業(yè)則是在Civil Station Designer中完成。在完成所有專業(yè)的設(shè)計(jì)任務(wù)后，需要將各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行融合及碰撞檢查，查缺補(bǔ)漏，最終放置到LumenRT中進(jìn)行平臺(tái)展示。

5 結(jié)束語

無人機(jī)攝影測(cè)量為BIM技術(shù)提供所需的海量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，BIM技術(shù)在公路行業(yè)中的應(yīng)用為公路設(shè)計(jì)帶來了新穎的解決方案，其更深層次的應(yīng)用仍在不斷地探索中，需要更多資源的投入來獲取，因此無人機(jī)攝影測(cè)量與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，未來將會(huì)有更大的發(fā)展空間。

收稿日期：2018-8-5