倾斜实景三维与BIM三维建模集成技术的研究与应用

王朝阳

摘  要：当前，随着三维数字技术的快速发展，数据多元化使得数据利用率逐渐走低，而数据的多源异构是造成数据间难以形成有效对接的重要因素。本文通过对两类模型的有效融合，成功实现建筑精细模型在大范围实景三维场景上的集成，使得倾斜三维数据模型既能方便地对模型进行视域分析、阴影分析、淹没分析以及空间影响域分析等各类空间分析，还可出具建筑物的详细信息报表、计算区域的各类指标等，是打破三维数据融合壁垒的一次有力尝试，为城乡规划、建筑设计等行业提供重要的技术经验借鉴。与此同时，基于倾斜数据的三维模型和BIM三维模型的应用研究还有待挖掘，如方案对比、区域地形图测绘、辅助项目监管、城乡规划调查、项目成果展示等领域，融合技术的研发与应用还需不断尝试与探索。但值得关注地是，随着信息技术的快速发展与革新，无人机倾斜摄影测量技术与其他新技术的融合应用将更加成熟。

关键词：无人机;倾斜摄影;建筑信息建模;模型融合

中图分类号：TU256     文献标识码：A

引言

人机倾斜摄影测量是近年来测绘领域兴起的一项新技术，其数据成果已广泛应用于测绘工程、城市规划、建筑设计等领域。利用无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）倾斜摄影技术获取测区的影像数据和定位定向数据建立三维模型数据，以及利用建筑信息建模技术创建建筑精细模型，再选用Skyline软件（Terra-IT公司旗下的三维可视化软件）平台实现对两种三维模型的数据融合，并分析模型融合前后的各自特点及应用。为验证研究结果的可行性，结合项目工程实例完成相应的技术论证，以期为相关工程设计行业，提供宝贵的技术经验借鉴。

1什么是倾斜摄影实景三维建模

倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术。它颠覆了以往正射 影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、前 方、后方、左侧、右侧五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。该技术的引入，使目前高昂的三维城市建模成本大大降低。它是在低空以 45 度角对地 面进行摄影测量，可以获得近地高分辨率航测影像[1]。它克服了正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，可获得 5 个或更多角度的倾斜摄影影像。

2什么是BIM三维建模

BIM技术受到了各个行业的密切关注，特别是建筑设计行业，对BIM三维建模技术的研究已成为其行业的热点。BIM技术构建建筑三维模型的关键技术包括信息交换标准、三维数字技术、数据存储及访问技术、信息集成平台等。首先，信息交换标准方面[2]。BIM主要依托模型贯穿于整个项目从设计、施工和运营等各个阶段。事实上，BIM模型的应用更准确地说是信息的不断传递、集成与更新。因此，实现信息的有效交换成为了BIM技术应用不可忽视的过程，特别是三维设计阶段的模型信息，是项目整个后期运作的关键。所以，信息转换标准成为了BIM三维模型设计的一项关键内容。

3应用案例

3.1数据说明

3.1.1航摄数据

该项目航摄区域位于湖南省益阳市，属丘陵地带，地面起伏较小，平均高程约为68m。无人机飞行的相对航高保持在150m左右，旁向重叠度设置为60%，航向重叠度设置为70%。以5个不同的角度获取测区的彩色航空影像，共拍摄影像2107张[3]。

3.1.2像控点数据

根据测区的实际范围，制作像控点分布图，通过反复查看地面目标和对照影像，选择实地位置和影像上都能辨析的点作为像控点。外业共采集50个像控点，其中20个像控点用于空三加密，20个像控点用于精度检查。像控点布点如图2所示。

3.2倾斜影像自动建模

3.2.1倾斜影像的预处理。由于无人机航测过程中总会受到相机机械本身的镜头畸变、光照强弱、大气环境变化等干扰使得像素点产生几何畸变，由此带来几何变形是倾斜影像预处理工作中最关键的内容。项目中使用的相机像幅为5472像素×3078像素，像 素大小 为5.5μm，焦距为8mm。使 用DxOOptical Pro软件对相机镜头进行检校，根据检校参数，对航摄影像进行畸变差纠正处理。选择GeoDodging4.0软件对问题影像进行匀光匀色批处理，以提升原始采集的数据质量，从而达到改善三维模型数据质量的目的[4]。

3.2.2工程文件准备

目前，基于多角度影像自动化三维重建软件有PhotoScan、Pixel4D以及Cont-extCapture。PhotoScan擅长重建中小型物体，Pix-el4D和ContextCapture可以针对城市级别的场景建模，其中ContextCapture已经得到市场的广泛认可，成为国内外主流的城市自动化建模软件。ContextCapture实景三维建模软件是用树状结构来组织工程，所有相关联的的场景数据由一个工程管理。一个工程包含多个子项，由区域统一管理图层及其属性信息，用于构建三维模型[5]。

3.2.3实景三维模型构建

ContextCapture软件实现倾斜摄影三维建模，主要经过以下过程：空中三角测量、基于图形处理器GPU的三维场景运算、全自动纹理匹配、模型编辑与修正、确定最终模型[6]。

结语

综上所述，随着大数据、云计算等先进技术的不断出现与发展，人类生活的城市正发生着翻天覆地的变化，从初始的信息化建设到中期的数字化升级，再到现在的智慧化集成，城市正沿着人类的理想之地不斷变革。智慧城市是数字城市的升级，它更注重数据或信息的集成和共享，强调信息的现势性、全面性以及集成性。近年来，基于无人机的倾斜摄影测量技术以快速、便捷的数据采集方式受到诸多行业的关注，特别是在建筑设计与城市规划行业，现已成为三维城市设计数据源获取的重要手段。基于建筑信息建模技术的三维建模，集成了建筑物的全生命周期的所有信息，有效构造出建筑内部丰富的信息，在建筑工程行业得到了应用，处于推广应用阶段，但难以实现较大范围的、与外部环境一体的三维构建。在数据时代，数据多元化使利用率开始走低，因此，多元数据的集成与融合成为智慧城市建筑迫切需要解决的重要技术问题，尤其是在三维建模方面。而三维建模已在城市规划、建筑设计等行业应用比较广泛，某种程度上已成为该类行业不可或缺的技术手段。本研究在综合分析无人机倾斜摄影三维模型与BIM三维模型特点的基础上，实现对两类模型的创建与融合，并分析融合后的相关应用，以期为城市规划、建筑设计等领域的三维建模提供宝贵的应用借鉴。

参考文献

[1]  李佳伟. 三维城市空间一体化集成建模技术研究[D].成都理工大学，2019.

[2]  刘改静.浅析BIM技术在城市轨道交通中的应用[J].甘肃水利水电技术，2019，55（01）：49-52.

[3]  路振刚，刘茂军，孟继慧，张晓光，刘生智，叶红星.三维动态建模与信息集成技术在丰满大坝重建工程中的应用[J].电气时代，2018（06）：90-92.