倾斜摄影测量在市政交通工程中的应用思考

方毅

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

0 引 言

BIM技术是在众多的信息技术中逐渐发展和应用起来的一项新兴技术。该技术的应用已从最初的建筑领域逐渐延伸到其他工程领域。市政交通建设行业有别于建筑行业，不同于单体建筑，市政交通线路长，多为带状工程，与地形结合紧密，周边环境复杂，包含海量的地理信息，由于BIM的出现，传统的二维GIS数据已无法满足工程的需要。市政交通工程周边环境的三维模型传统上采用3DMAX人工建模实现，这种方式费时费力，效果也不是太理想。本文讨论的倾斜摄影测量技术能够真实地还原现状环境，作为GIS信息的一种数据来源，具有可视化、精细化及高效化等优点，与BIM结合，能够较好地解决工程建设中存在的一些问题，对市政交通工程建设具有重要意义[1-8]。

1 倾斜摄影测量技术介绍

倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。该技术的创新点在于它颠覆了以前正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，生成的三维模型效果逼真,更真实地反应地物的实际情况，要素全面，测量精度高，已在国土资源管理、房产税收、人口统计、数字城市、城市管理、应急指挥、灾害评估、环保监测、实景导航、工程建设等领域得到了越来越广泛的应用。目前，倾斜摄影测量技术应用于市政交通建设工程中有一套完整的工作流程，主要流程如下：

（1）资料搜集与现场踏勘：主要搜集测图区域的现有地形图、影像资料、设计资料等，并对搜集到的资料进行核查，评价资料的可信度与可利用度，了解测区范围内的地物、气象条件、高程变化、交通情况、测量控制点的位置及保存情况，以及测区周边范围内的军队、机场等敏感区域的相关情况。

（2）数据采集：包括像控测量和影像数据的采集。

（3）倾斜摄影建模：利用影像数据、POS信息及控制成果生成实景三维模型。

（4）模型融合处理：将倾斜摄影生成的实景模型与BIM模型整合。

（5）模型的应用分析：整合模型在交通建设工程中的具体应用与分析。

2 倾斜摄影模型与BIM模型的集成

倾斜摄影测量的数据处理软件有多个，如：ContextCapture （收 购 前 称 Smart3D）、Pictometry、Street Factory、Pix4D、PhotoScan、PhotoMesh 等，目前市场上主流的软件ContextCapture具有自动化程度高、人工干预少、成果效果好等优点，ContextCapture生成的实景模型的格式有 s3c、3mx、osgb、fbx、obj、dae、spk、kml等多种格式，经过研究发现，ContextCapture 可 以 与 MicroStation、3DMAX、Navis-Works等常见软件平台进行方便的数据交换，如图1所示。

图1 倾斜摄影模型与BIM软件的数据交换方案图示

倾斜摄影模型与BIM模型在不同的环境下，有不同的集成方式，现结合工作实际，通过项目的不断实践，研究了如表1所列的数据集成解决方案。

表1 倾斜摄影模型与BIM模型的集成解决方案

从表1可以发现，对于市政交通工程这种大范围的场景，适合使用MicroStation及Acute3D View进行集成，如果模型要实现GIS方面的应用，则需要使用GIS平台进行集成。

3 应用价值分析

通过项目的实际应用，可以发现BIM+倾斜摄影测量技术在市政交通建设领域具有多方面的应用，具体如下：

3.1 方案比选

方案阶段传统方式是在谷歌影像和地形图上进行设计，实地踏勘不全面，往往不能充分考虑设计中所要获取的控制因素，在倾斜摄影模型上利用BIM技术进行方案设计，可以清晰地掌握方案与周边环境的相关关系，直观地反应不同方案的优缺点，同时还可以发现在做方案时一些被忽略的细节，快速响应进行方案优化，如图2所示。

图2 设计方案与周边环境的关系图示

3.2 辅助勘察研究

利用倾斜摄影测量模型的直观性、现势性和精确性，设计阶段可以利用模型进行辅助外勘。遇到雨雪不利天气，或者人员不易到达地区，利用实景模型可以在室内进行判读，展开对房屋征拆、被交道路沟渠和杆线等工程范围内的调查，提高了工作效率，减小了野外工作风险。某市政道路工程，利用倾斜模型辅助外勘，减少了外业人员投入，缩短外勘周期约30%，在保证外业质量和精度的前提下，延长了内业设计的时间，为精细化设计提供了保障。

3.3 设计校核研究

通过倾斜摄影模型与设计模型的叠加，对桥梁布设与公路、铁路和沟渠、河流等地物相互位置关系进行检查，对改路、改渠位置进行检查。通过设计环境校核，能及时进行设计修改，提高设计质量，如图3所示。

图3 基于倾斜摄影的设计校核图示

3.4 用地统计分析

目前拆迁量的统计主要有两种方式：一种是实地调查和量测，虽然实测数据准确，但对于房屋密集地区往往因通视条件差、GPS信号差等原因无法顺利完成全部的统计工作，同时外业工作量也较大；另一种方式是在航测正摄影像上量取投影面积，这种方式一定程度上减少了外业工作量，但房屋层数和材质不能准确获取，无法准确统计拆迁量。通过倾斜摄影技术建立的实景三维模型，能够较全面地反应房屋的信息，从而能够对市政交通工程红线范围内的房屋面积、层数及材质等信息进行准确统计。在实景三维模型上，同时可以很方便地判断出绿化的面积、植被的种类，并通过与GIS系统对接，可以准确地反应出绿化的权属等信息，如图4所示。

图4 基于倾斜摄影的红线绿线分析图示

3.5 虚拟漫游展示

倾斜摄影模型另外一个重要应用就是交互式漫游场景制作。倾斜摄影技术生成的实景模型数据量一般都较大，对于3DMAX来说，无法加载这么大体量的数据，由于Bentley的平台对这种大体量的数据支持得比较好，可将整合后的模型导出至LumenRT，并进行修饰，最终输出交互式场景及漫游动画。交互式场景适用于方案讨论，能够快速查看模型中的细节信息；漫游动画适用于快速浏览模型的整体信息。其效果如图5所示。

图5 交互式场景效果图

4 应用思考

倾斜摄影测量技术虽然具有较多的应用点，但如何让倾斜摄影测量技术在市政交通工程上发挥其更多的价值，需要进行深入的思考。

4.1 应用层次

根据工程数字化的发展趋势，倾斜摄影测量技术的应用应从下面两个层面来思考：

（1）点的应用：应用点级的应用，对工程某个阶段的一些具体需求开展应用。

（2）面的应用：企业级的应用，作为设计的基础数据源，与BIM结合，实现企业多项目的全面实施。

4.2 应用中存在的问题

（1）倾斜摄影测量技术所生产的三维实景模型还存在部分缺陷，主要体现在：在建筑物密集区，因建筑物的遮挡而造成底部变形较大；路灯、电力线等截面过小地物，特征点匹配较少而造成模型缺失；水面、玻璃等光滑表面缺少纹理特征，无法匹配特征点而产生模型漏洞等，下一步可考虑研究将地面三维激光扫描数据与倾斜摄影数据相融合，修补与完善三维模型。

（2）倾斜摄影测量三维模型平面位置精度较高，但受目前技术限制，高程精度有限，使其应用范围受到限制，同时，由于倾斜摄影模型数据结构的特殊性，成果编辑较困难，如单体化、拍平等。

（3）相对于传统手动三维建模，倾斜摄影测量技术的工作效率虽然有大幅提高，但整个作业周期仍然过长，对于建设周期短的项目，则无法满足需求。

4.3 建议及发展方向

为了更好地推进倾斜摄影测量技术在市政交通建设工程中的应用，建议可从以下几方面开展工作：

（1）政府测绘部门可统一组织开展各地区的倾斜摄影工作，类似于传统二维测绘地形图那样，设计院需要时可直接购买，这样就会减少资源浪费、提高工作效率。

（2）倾斜摄影测量技术需逐步向支撑三维正向设计方向发展。目前基本都是先以二维地形图为基础数据建立三维设计模型，然后再跟倾斜摄影实景模型叠合应用。这就使其价值未能充分发挥出来。

（3）从工程实际出发，在应用倾斜摄影测量技术时，不要流于形式，只局限于一个三维效果的展示，也不要急于求成，在应用过程中不断总结经验、用深用透，逐步扩大应用深度和广度。

5 结语

倾斜摄影测量技术在市政交通建设工程应用中具备较大的潜力与价值，但将BIM与倾斜摄影技术结合起来应用于工程项目中才刚刚起步，对于市政交通行业，国内大的设计院、施工单位都已开展了BIM+倾斜摄影这项新技术的研究应用，并取得了一定的成果，但应用的深度和广度都还不够，还存在着若干关键性技术问题未解决，需要进一步地研究与实践。