BIM与倾斜摄影技术在城市道路设计中的综合应用

陈勇

重庆西恒工程咨询有限公司 重庆 401120

在城市道路设计期间，配合使用BIM技术与倾斜摄影技术，能够构建起全面精准的三维实景模型，将城市全部景观高度还原，有效发挥出BIM技术与倾斜摄影技术优势，将城市道路设计与现有城市实景设计结合在一起，更加真实的反映出当前城市发展现状。借助BIM技术构建起三维实景模型，还可以具备动画演示、3D环绕、虚拟体验等功能，切实优化展示景观道路的线路，实际应用前景极为广泛。

1 三维实景特征及重要意义

借助传统设计方式绘制出的设计图纸、航拍图纸、卫星图纸等难以切实展现出三维空间关系，由此设计出的空间效果图、鸟瞰图等属于静态展示，无法获取多个影像。配合使用BIM技术与倾斜摄影技术构建起三维实景图，能够更加全面地获取到地物信息，生成更加真实且细致的三维模型。三维模型内可自带几何信息、材质信息，能够给身处其中的人身临其境之感。同时，借助三维实景模型也可以提供相关设计人员各类高精度数据信息，对城市道路设计方案进行进一步优化。具体来说，三维实景特征主要体现在以下几个方面：

（1）技术优势。BIM技术模型是一种数字化手段，可以指导城市道路设计工作，并将设计工作期间的各类信息反馈在模型内部[1]。三维实景模型更加适用于城市集成化管理环境，从根本上保障城市道路工程中的运行效率，避免在道路设计期间出现线路交叉碰撞问题。

（2）提升设计方案规范化水平。借助构建起的三维实景模型，可切实保障测量结果的精准性，直接测量出几何属性结构，如地区高度、长度、坡度、面积等，提取箱的坐标、高程、辅助后续方案优化与拆迁。借助BIM技术开展模块化设计工作，也可以对模型中的材料、材质进行随便替换。

（3）切实体现设计方案精准度。原有城市道路设计方案主要以平面为主，在方案设计沟通方面存在一定局限性[2]。通过使用三维全景模拟技术，可以采用三维实景漫游方式，配合BIM模型构建起实景图像，为后续城市道路设计工作提供充足的设计依据。

（4）便于检查城市风貌。对于特大桥等标志性建筑物，可以借助三维实景模型建模处理，使用设计方案与现场相融合的方式，及时调整颜色、色调等方式展现出既有环境的搭配性，确保建筑物、构筑物以及自然风貌等密切结合在一起。

（5）构建起全面精准的数据模型。在三维实景完成后，可以在实景模型基础上开发交通仿真、虚拟现实等功能，为后续智慧城市建设工作提供重要的数据支持。

2 倾斜摄影技术在城市道路设计中的应用要点

2.1 倾斜摄影测量

倾斜摄影突破了传统正射影像的垂直角度限制，通过在飞行平台搭设多个传感装置，从同一垂直与四个倾斜角度全面采集图像内容，使获得的影像数据更加直观、全面，符合人眼视觉的真实性要求[3]。现阶段倾斜摄影测量技术主要被应用在获取建筑物各项高分辨率纹理等方面，配合使用定位系统、建模系统，构建起真实的三维模型，现已被广泛应用在城市道路工程建设过程中。

2.2 倾斜摄影测量系统结构

倾斜摄影测量系统内部涉及影像获取设备、数据处理软件。其中，有效获取设备内部包括无人机、航向规划软件、相机。在无人机航拍平台运行期间，需要搭载倾斜摄影测量设备，对测量区域内的数据进行采集。航拍平台可分为固定翼无人机、无人直升机、旋翼无人机。地面配套设施主要包括地面站系统与遥控设备，肩负起无人机飞行时姿态调整及传输影像数据的重要职责；无人机航拍内业处理系统需要做好飞行路线设计、质量检查、软件建模等工作。在航测影像质量检查过程中，需要重点检查影像重叠度、影像旋偏角度、影像倾斜角度等。

2.3 倾斜摄影测量环节思想与流程

在将倾斜摄影测量技术应用在城市道路设计过程中，主要就是在实验区内布置相控点，配合使用GPS-RTK设备布设像控点以及检验点。基于设计方案内容，获取影像数据制作DOM、三维模型采集数据成果，结合数据成果以及检验点实测数据的精准度，对比分析执行方案的可行性。

具体来说，编制像控点布设方案以及外业飞行方案。在像控点布置方案设置时，需要注重相控点布设方案的设计以及像控点标记、测量工作；外业飞行方案编制期间需要选择适宜的飞行平台，结合城市道路设计内容，编制航线规划方案。将此些方案以及测量数据进行汇总整理，分别形成DOM影像与三维模型，然后借助EPS矢量化处理工作，为城市道路设计工作提供城市道路工程地基图以及外业调查绘图。

2.4 布设像控点

在倾斜摄影测量过程中，相控点的布设工作主要分为4种方式。第一，在整个测区范围内均匀布摄像控点；第二，以点组的方式在区域角部位置布设像控点；第三，在测区四周均匀布设、在角部以点组的方式不射向空间；第四，在测区角部像控点布置过程中使用点组方式，在测区内部布置少量的测控点。

通过分析城市道路设计要求，现阶段倾斜摄影测量技术的相控点布置工作均采用了点组与均匀布设相结合的方式，通过在四周均匀布设像控点，以从根本上保障像控效果，切实提升倾斜摄影测量期间的成图质量以及外业图像获取水平[4]。

借助倾斜摄影测量技术建立起城市道路设计三维模型，能够更加直观的展现出该地区建筑物具体信息内容，检测期间的精准度可符合调查期间的一级界址点要求。城市道路设计工作中，设计内容能够直接从倾斜摄影测量结果中获取，使得调查期间的时间及成本能够得到根本上管控，从根本上保障了实际调查工作中的质量与效率，切实提升了城市道路设计水平。

同时，通过将倾斜摄影测量技术应用在城市道路设计工作中，还有助于帮助调查人员获得多样化测量数据成果，建立起更加全面的实景三维模型、DOM模型、TIN三角网等，对保障城市道路设计管理效果，有效节约城市道路资源具有重要意义。

通过配合使用多视影像技术，还可以及时将地面建筑物的各类信息数据扫描出来，形成更为全面的数据表面模型。在实际测量工作开展时，测量结果的精准度与全面性经常会受到角度及尺寸差异等因素影响，导致建筑物被遮盖。为从根本上控制概率因素对数字表面模型建立造成的不利影响，还需要使用影像外的方位元素开展三维立体模型设计工作[5]。依照相对算法展开测量数据计算，切实保障计算效率，使建筑工程三维模型的设立能够得到根本上保障。

在获取高密度测量数据后，还需要对此些数据进行滤波处理，确保不同匹配单元能够融合在一起，形成统一数据结构。使用多视影像技术对既有建筑物的屋顶几何信息进行提取，结合数据调查结果制定出更加专项可行的全局优化对策，确保后续城市道路设计工作能够高质高效开展。

3 三维实景实现路径

3.1 构建地形三维图

通过使用BIM技术与倾斜摄影技术相结合的方式构建起地形三维模型，可以形成不规则三角网络结构，描述高精准度三维真实景观图像。使用倾斜摄影测量技术，也可以将数字地面模型、摄影影像图形、全方位纹理有机融合在一起。由于模型内部设置几何信息、纹理信息，可更加适用于全局三维模型的浏览、例题分析、规则规划以及导航定位等功能。

就目前来看，三维实景模型可以配合使用专项可行的设计软件开展空中三角测量工作，借助数据处理技术对三维模型内部信息进行全面整合、导航定位。当前倾斜摄影技术以具备商业化功能，可以委托专门公司进行数据采集及处理。

3.2 道路三维模型构建

道路BIM模型内部主要包括道路、桥梁、隧道、管网、交通标志牌等附属设施。现阶段针对城市道路设计工作，已经开发出了较多设计软件，可辅助设计部门构建起道路三维模型。不同设计软件体现出的应用功能存在较大差异，需要结合城市道路实际设计要求，对管线结构进行进一步优化。

3.3 开展三维实景处理

在完成进行三维及道路三维模型构建工作后，还需要对倾斜摄影模型中的地形遮蔽与挖洞环节进行处理，优化三维实景模型结构。对模型展开渲染，帮助相关设计人员更加细致的了解到城市道路建设水平。

4 BIM技术与倾斜摄影技术在城市道路设计中的应用重点

4.1 数据交换格式

倾斜摄影三维模型中的数据格式多种多样，现阶段市面上的倾斜摄影模型格式可以分为五种。此些文件格式能够借助专业转换软件进行相互转换，可从根本上保障数据传输水平，从根本上提升城市道路设计效果。

4.2 坐标系统及高程系统

为在BIM设计与倾斜摄影设计过程中实现三维实景相融合的目标，还是采用相同坐标系统与高程系统。配合使用国土资源及国家测绘地理信息指定要求，选择适宜的坐标及高程测量标准，确保实际测量结果与地区城市道路设计要求相符。

4.3 道路BIM模型构建

在城市道路BIM模型构建过程中，可以配合使用迪百思设计软件。该设计软件具备城市交通几何设计、数据管理设计等功能，可以收集建设现场立交、桥梁与隧道等结构模型，借助构件化管理方式，对模型内容进行数字转换，以切实完成道路BIM模型的建立工作。

4.4 叠合区域的切割处理

通过将倾斜摄影模型与BIM技术中的三维模型结合在一起，可以在模型内部展示出边坡、交叉口、需拆迁建筑与山体结构，借助叠合区域中的切割处理方式，实现预期管控效果。

5 BIM技术与倾斜摄影技术在城市道路设计中的应用案例

本文以某市一道路延伸段为例，该道路属于城市主干路，设计速度为每小时60千米，为双向8车道，道路红线的宽度为40米。该城市道路上部跨越城市快速路、下穿森林公园、特大桥、交通立交桥等结构，需要着重关注城市道路设计工作，确保道路设计内容与城市道路设计要求相符。

在倾斜摄影范围之内，构建国家高程基准，做好三维模型输出格式以及影像分辨率。配合迪百思软件构建道路BIM模型，在经过后期挖洞处理后，最终形成三维实景图形。

相较于传统摄影测量技术而言，配合使用倾斜摄影模型以及BIM模型开展测绘工作，可以使用数量较多的立体显示设备，对作业人员的实际立体感没有特殊要求，可以直接在三维模型上对地物结构进行测量。借助倾斜摄影模型也能够确立定位建筑物的侧立面，在直接设计城市道路过程中，可以直接绘制出道路线性以及道路周边建筑结构主体，省略了图形内部细节修正环节，控制了外业调绘的工作量。

结合城市道路设计要求构建起三维实景模型，也可以提供实时线上项目工程信息、3D立体模型内容。对模型结构进行立体化展现，及时发现存在于道路设计过程中的各类问题，针对此些问题对道路设计方案内容进行切实优化。

6 结语

总而言之，BIM技术与倾斜摄影技术相结合可以形成三维实景。与传统三维建模技术相比，三维实景的精准度更高，可以进行多角度观察、动态仿真模拟。同时，三维实景也能够提供实时线上的动态工程信息、3D模型、可视化操作。由于时间模型后期可以为城市道路设计、施工、建设等单位提供信息沟通平台，将庞大的信息及数据整合在一起，可指导后续城市道路运营管理有序开展。