傾斜攝影測(cè)量在市政交通工程中的應(yīng)用思考

方毅

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

0 引 言

BIM技術(shù)是在眾多的信息技術(shù)中逐漸發(fā)展和應(yīng)用起來(lái)的一項(xiàng)新興技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用已從最初的建筑領(lǐng)域逐漸延伸到其他工程領(lǐng)域。市政交通建設(shè)行業(yè)有別于建筑行業(yè)，不同于單體建筑，市政交通線路長(zhǎng)，多為帶狀工程，與地形結(jié)合緊密，周邊環(huán)境復(fù)雜，包含海量的地理信息，由于BIM的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的二維GIS數(shù)據(jù)已無(wú)法滿足工程的需要。市政交通工程周邊環(huán)境的三維模型傳統(tǒng)上采用3DMAX人工建模實(shí)現(xiàn)，這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效果也不是太理想。本文討論的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠真實(shí)地還原現(xiàn)狀環(huán)境，作為GIS信息的一種數(shù)據(jù)來(lái)源，具有可視化、精細(xì)化及高效化等優(yōu)點(diǎn)，與BIM結(jié)合，能夠較好地解決工程建設(shè)中存在的一些問(wèn)題，對(duì)市政交通工程建設(shè)具有重要意義[1-8]。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)介紹

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于它顛覆了以前正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，生成的三維模型效果逼真,更真實(shí)地反應(yīng)地物的實(shí)際情況，要素全面，測(cè)量精度高，已在國(guó)土資源管理、房產(chǎn)稅收、人口統(tǒng)計(jì)、數(shù)字城市、城市管理、應(yīng)急指揮、災(zāi)害評(píng)估、環(huán)保監(jiān)測(cè)、實(shí)景導(dǎo)航、工程建設(shè)等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于市政交通建設(shè)工程中有一套完整的工作流程，主要流程如下：

（1）資料搜集與現(xiàn)場(chǎng)踏勘：主要搜集測(cè)圖區(qū)域的現(xiàn)有地形圖、影像資料、設(shè)計(jì)資料等，并對(duì)搜集到的資料進(jìn)行核查，評(píng)價(jià)資料的可信度與可利用度，了解測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的地物、氣象條件、高程變化、交通情況、測(cè)量控制點(diǎn)的位置及保存情況，以及測(cè)區(qū)周邊范圍內(nèi)的軍隊(duì)、機(jī)場(chǎng)等敏感區(qū)域的相關(guān)情況。

（2）數(shù)據(jù)采集：包括像控測(cè)量和影像數(shù)據(jù)的采集。

（3）傾斜攝影建模：利用影像數(shù)據(jù)、POS信息及控制成果生成實(shí)景三維模型。

（4）模型融合處理：將傾斜攝影生成的實(shí)景模型與BIM模型整合。

（5）模型的應(yīng)用分析：整合模型在交通建設(shè)工程中的具體應(yīng)用與分析。

2 傾斜攝影模型與BIM模型的集成

傾斜攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)處理軟件有多個(gè)，如：ContextCapture （收 購(gòu) 前 稱 Smart3D）、Pictometry、Street Factory、Pix4D、PhotoScan、PhotoMesh 等，目前市場(chǎng)上主流的軟件ContextCapture具有自動(dòng)化程度高、人工干預(yù)少、成果效果好等優(yōu)點(diǎn)，ContextCapture生成的實(shí)景模型的格式有 s3c、3mx、osgb、fbx、obj、dae、spk、kml等多種格式，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，ContextCapture 可 以 與 MicroStation、3DMAX、Navis-Works等常見(jiàn)軟件平臺(tái)進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)交換，如圖1所示。

圖1 傾斜攝影模型與BIM軟件的數(shù)據(jù)交換方案圖示

傾斜攝影模型與BIM模型在不同的環(huán)境下，有不同的集成方式，現(xiàn)結(jié)合工作實(shí)際，通過(guò)項(xiàng)目的不斷實(shí)踐，研究了如表1所列的數(shù)據(jù)集成解決方案。

表1 傾斜攝影模型與BIM模型的集成解決方案

從表1可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于市政交通工程這種大范圍的場(chǎng)景，適合使用MicroStation及Acute3D View進(jìn)行集成，如果模型要實(shí)現(xiàn)GIS方面的應(yīng)用，則需要使用GIS平臺(tái)進(jìn)行集成。

3 應(yīng)用價(jià)值分析

通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)BIM+傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在市政交通建設(shè)領(lǐng)域具有多方面的應(yīng)用，具體如下：

3.1 方案比選

方案階段傳統(tǒng)方式是在谷歌影像和地形圖上進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)地踏勘不全面，往往不能充分考慮設(shè)計(jì)中所要獲取的控制因素，在傾斜攝影模型上利用BIM技術(shù)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，可以清晰地掌握方案與周邊環(huán)境的相關(guān)關(guān)系，直觀地反應(yīng)不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)在做方案時(shí)一些被忽略的細(xì)節(jié)，快速響應(yīng)進(jìn)行方案優(yōu)化，如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)方案與周邊環(huán)境的關(guān)系圖示

3.2 輔助勘察研究

利用傾斜攝影測(cè)量模型的直觀性、現(xiàn)勢(shì)性和精確性，設(shè)計(jì)階段可以利用模型進(jìn)行輔助外勘。遇到雨雪不利天氣，或者人員不易到達(dá)地區(qū)，利用實(shí)景模型可以在室內(nèi)進(jìn)行判讀，展開(kāi)對(duì)房屋征拆、被交道路溝渠和桿線等工程范圍內(nèi)的調(diào)查，提高了工作效率，減小了野外工作風(fēng)險(xiǎn)。某市政道路工程，利用傾斜模型輔助外勘，減少了外業(yè)人員投入，縮短外勘周期約30%，在保證外業(yè)質(zhì)量和精度的前提下，延長(zhǎng)了內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間，為精細(xì)化設(shè)計(jì)提供了保障。

3.3 設(shè)計(jì)校核研究

通過(guò)傾斜攝影模型與設(shè)計(jì)模型的疊加，對(duì)橋梁布設(shè)與公路、鐵路和溝渠、河流等地物相互位置關(guān)系進(jìn)行檢查，對(duì)改路、改渠位置進(jìn)行檢查。通過(guò)設(shè)計(jì)環(huán)境校核，能及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，如圖3所示。

圖3 基于傾斜攝影的設(shè)計(jì)校核圖示

3.4 用地統(tǒng)計(jì)分析

目前拆遷量的統(tǒng)計(jì)主要有兩種方式：一種是實(shí)地調(diào)查和量測(cè)，雖然實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但對(duì)于房屋密集地區(qū)往往因通視條件差、GPS信號(hào)差等原因無(wú)法順利完成全部的統(tǒng)計(jì)工作，同時(shí)外業(yè)工作量也較大；另一種方式是在航測(cè)正攝影像上量取投影面積，這種方式一定程度上減少了外業(yè)工作量，但房屋層數(shù)和材質(zhì)不能準(zhǔn)確獲取，無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)拆遷量。通過(guò)傾斜攝影技術(shù)建立的實(shí)景三維模型，能夠較全面地反應(yīng)房屋的信息，從而能夠?qū)κ姓煌üこ碳t線范圍內(nèi)的房屋面積、層數(shù)及材質(zhì)等信息進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。在實(shí)景三維模型上，同時(shí)可以很方便地判斷出綠化的面積、植被的種類，并通過(guò)與GIS系統(tǒng)對(duì)接，可以準(zhǔn)確地反應(yīng)出綠化的權(quán)屬等信息，如圖4所示。

圖4 基于傾斜攝影的紅線綠線分析圖示

3.5 虛擬漫游展示

傾斜攝影模型另外一個(gè)重要應(yīng)用就是交互式漫游場(chǎng)景制作。傾斜攝影技術(shù)生成的實(shí)景模型數(shù)據(jù)量一般都較大，對(duì)于3DMAX來(lái)說(shuō)，無(wú)法加載這么大體量的數(shù)據(jù)，由于Bentley的平臺(tái)對(duì)這種大體量的數(shù)據(jù)支持得比較好，可將整合后的模型導(dǎo)出至LumenRT，并進(jìn)行修飾，最終輸出交互式場(chǎng)景及漫游動(dòng)畫(huà)。交互式場(chǎng)景適用于方案討論，能夠快速查看模型中的細(xì)節(jié)信息；漫游動(dòng)畫(huà)適用于快速瀏覽模型的整體信息。其效果如圖5所示。

圖5 交互式場(chǎng)景效果圖

4 應(yīng)用思考

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)雖然具有較多的應(yīng)用點(diǎn)，但如何讓傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在市政交通工程上發(fā)揮其更多的價(jià)值，需要進(jìn)行深入的思考。

4.1 應(yīng)用層次

根據(jù)工程數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)從下面兩個(gè)層面來(lái)思考：

（1）點(diǎn)的應(yīng)用：應(yīng)用點(diǎn)級(jí)的應(yīng)用，對(duì)工程某個(gè)階段的一些具體需求開(kāi)展應(yīng)用。

（2）面的應(yīng)用：企業(yè)級(jí)的應(yīng)用，作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，與BIM結(jié)合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)多項(xiàng)目的全面實(shí)施。

4.2 應(yīng)用中存在的問(wèn)題

（1）傾斜攝影測(cè)量技術(shù)所生產(chǎn)的三維實(shí)景模型還存在部分缺陷，主要體現(xiàn)在：在建筑物密集區(qū)，因建筑物的遮擋而造成底部變形較大；路燈、電力線等截面過(guò)小地物，特征點(diǎn)匹配較少而造成模型缺失；水面、玻璃等光滑表面缺少紋理特征，無(wú)法匹配特征點(diǎn)而產(chǎn)生模型漏洞等，下一步可考慮研究將地面三維激光掃描數(shù)據(jù)與傾斜攝影數(shù)據(jù)相融合，修補(bǔ)與完善三維模型。

（2）傾斜攝影測(cè)量三維模型平面位置精度較高，但受目前技術(shù)限制，高程精度有限，使其應(yīng)用范圍受到限制，同時(shí)，由于傾斜攝影模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特殊性，成果編輯較困難，如單體化、拍平等。

（3）相對(duì)于傳統(tǒng)手動(dòng)三維建模，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的工作效率雖然有大幅提高，但整個(gè)作業(yè)周期仍然過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于建設(shè)周期短的項(xiàng)目，則無(wú)法滿足需求。

4.3 建議及發(fā)展方向

為了更好地推進(jìn)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在市政交通建設(shè)工程中的應(yīng)用，建議可從以下幾方面開(kāi)展工作：

（1）政府測(cè)繪部門(mén)可統(tǒng)一組織開(kāi)展各地區(qū)的傾斜攝影工作，類似于傳統(tǒng)二維測(cè)繪地形圖那樣，設(shè)計(jì)院需要時(shí)可直接購(gòu)買(mǎi)，這樣就會(huì)減少資源浪費(fèi)、提高工作效率。

（2）傾斜攝影測(cè)量技術(shù)需逐步向支撐三維正向設(shè)計(jì)方向發(fā)展。目前基本都是先以二維地形圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立三維設(shè)計(jì)模型，然后再跟傾斜攝影實(shí)景模型疊合應(yīng)用。這就使其價(jià)值未能充分發(fā)揮出來(lái)。

（3）從工程實(shí)際出發(fā)，在應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，不要流于形式，只局限于一個(gè)三維效果的展示，也不要急于求成，在應(yīng)用過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、用深用透，逐步擴(kuò)大應(yīng)用深度和廣度。

5 結(jié)語(yǔ)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在市政交通建設(shè)工程應(yīng)用中具備較大的潛力與價(jià)值，但將BIM與傾斜攝影技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于工程項(xiàng)目中才剛剛起步，對(duì)于市政交通行業(yè)，國(guó)內(nèi)大的設(shè)計(jì)院、施工單位都已開(kāi)展了BIM+傾斜攝影這項(xiàng)新技術(shù)的研究應(yīng)用，并取得了一定的成果，但應(yīng)用的深度和廣度都還不夠，還存在著若干關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題未解決，需要進(jìn)一步地研究與實(shí)踐。