傾斜實景三維與BIM三維建模集成技術的研究與應用

王朝陽

摘 ?要：當前，隨著三維數字技術的快速發展，數據多元化使得數據利用率逐漸走低，而數據的多源異構是造成數據間難以形成有效對接的重要因素。本文通過對兩類模型的有效融合，成功實現建筑精細模型在大范圍實景三維場景上的集成，使得傾斜三維數據模型既能方便地對模型進行視域分析、陰影分析、淹沒分析以及空間影響域分析等各類空間分析，還可出具建筑物的詳細信息報表、計算區域的各類指標等，是打破三維數據融合壁壘的一次有力嘗試，為城鄉規劃、建筑設計等行業提供重要的技術經驗借鑒。與此同時，基于傾斜數據的三維模型和BIM三維模型的應用研究還有待挖掘，如方案對比、區域地形圖測繪、輔助項目監管、城鄉規劃調查、項目成果展示等領域，融合技術的研發與應用還需不斷嘗試與探索。但值得關注地是，隨著信息技術的快速發展與革新，無人機傾斜攝影測量技術與其他新技術的融合應用將更加成熟。

關鍵詞：無人機;傾斜攝影;建筑信息建模;模型融合

中圖分類號：TU256 ? ? 文獻標識碼：A

引言

人機傾斜攝影測量是近年來測繪領域興起的一項新技術，其數據成果已廣泛應用于測繪工程、城市規劃、建筑設計等領域。利用無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）傾斜攝影技術獲取測區的影像數據和定位定向數據建立三維模型數據，以及利用建筑信息建模技術創建建筑精細模型，再選用Skyline軟件（Terra-IT公司旗下的三維可視化軟件）平臺實現對兩種三維模型的數據融合，并分析模型融合前后的各自特點及應用。為驗證研究結果的可行性，結合項目工程實例完成相應的技術論證，以期為相關工程設計行業，提供寶貴的技術經驗借鑒。

1什么是傾斜攝影實景三維建模

傾斜攝影測量技術是國際測繪領域近年來發展起來的一項高新技術。它顛覆了以往正射 影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、前 方、后方、左側、右側五個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。該技術的引入，使目前高昂的三維城市建模成本大大降低。它是在低空以 45 度角對地 面進行攝影測量，可以獲得近地高分辨率航測影像[1]。它克服了正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，可獲得 5 個或更多角度的傾斜攝影影像。

2什么是BIM三維建模

BIM技術受到了各個行業的密切關注，特別是建筑設計行業，對BIM三維建模技術的研究已成為其行業的熱點。BIM技術構建建筑三維模型的關鍵技術包括信息交換標準、三維數字技術、數據存儲及訪問技術、信息集成平臺等。首先，信息交換標準方面[2]。BIM主要依托模型貫穿于整個項目從設計、施工和運營等各個階段。事實上，BIM模型的應用更準確地說是信息的不斷傳遞、集成與更新。因此，實現信息的有效交換成為了BIM技術應用不可忽視的過程，特別是三維設計階段的模型信息，是項目整個后期運作的關鍵。所以，信息轉換標準成為了BIM三維模型設計的一項關鍵內容。

3應用案例

3.1數據說明

3.1.1航攝數據

該項目航攝區域位于湖南省益陽市，屬丘陵地帶，地面起伏較小，平均高程約為68m。無人機飛行的相對航高保持在150m左右，旁向重疊度設置為60%，航向重疊度設置為70%。以5個不同的角度獲取測區的彩色航空影像，共拍攝影像2107張[3]。

3.1.2像控點數據

根據測區的實際范圍，制作像控點分布圖，通過反復查看地面目標和對照影像，選擇實地位置和影像上都能辨析的點作為像控點。外業共采集50個像控點，其中20個像控點用于空三加密，20個像控點用于精度檢查。像控點布點如圖2所示。

3.2傾斜影像自動建模

3.2.1傾斜影像的預處理。由于無人機航測過程中總會受到相機機械本身的鏡頭畸變、光照強弱、大氣環境變化等干擾使得像素點產生幾何畸變，由此帶來幾何變形是傾斜影像預處理工作中最關鍵的內容。項目中使用的相機像幅為5472像素×3078像素，像 素大小 為5.5μm，焦距為8mm。使 用DxOOptical Pro軟件對相機鏡頭進行檢校，根據檢校參數，對航攝影像進行畸變差糾正處理。選擇GeoDodging4.0軟件對問題影像進行勻光勻色批處理，以提升原始采集的數據質量，從而達到改善三維模型數據質量的目的[4]。

3.2.2工程文件準備

目前，基于多角度影像自動化三維重建軟件有PhotoScan、Pixel4D以及Cont-extCapture。PhotoScan擅長重建中小型物體，Pix-el4D和ContextCapture可以針對城市級別的場景建模，其中ContextCapture已經得到市場的廣泛認可，成為國內外主流的城市自動化建模軟件。ContextCapture實景三維建模軟件是用樹狀結構來組織工程，所有相關聯的的場景數據由一個工程管理。一個工程包含多個子項，由區域統一管理圖層及其屬性信息，用于構建三維模型[5]。

3.2.3實景三維模型構建

ContextCapture軟件實現傾斜攝影三維建模，主要經過以下過程：空中三角測量、基于圖形處理器GPU的三維場景運算、全自動紋理匹配、模型編輯與修正、確定最終模型[6]。

結語

綜上所述，隨著大數據、云計算等先進技術的不斷出現與發展，人類生活的城市正發生著翻天覆地的變化，從初始的信息化建設到中期的數字化升級，再到現在的智慧化集成，城市正沿著人類的理想之地不斷變革。智慧城市是數字城市的升級，它更注重數據或信息的集成和共享，強調信息的現勢性、全面性以及集成性。近年來，基于無人機的傾斜攝影測量技術以快速、便捷的數據采集方式受到諸多行業的關注，特別是在建筑設計與城市規劃行業，現已成為三維城市設計數據源獲取的重要手段。基于建筑信息建模技術的三維建模，集成了建筑物的全生命周期的所有信息，有效構造出建筑內部豐富的信息，在建筑工程行業得到了應用，處于推廣應用階段，但難以實現較大范圍的、與外部環境一體的三維構建。在數據時代，數據多元化使利用率開始走低，因此，多元數據的集成與融合成為智慧城市建筑迫切需要解決的重要技術問題，尤其是在三維建模方面。而三維建模已在城市規劃、建筑設計等行業應用比較廣泛，某種程度上已成為該類行業不可或缺的技術手段。本研究在綜合分析無人機傾斜攝影三維模型與BIM三維模型特點的基礎上，實現對兩類模型的創建與融合，并分析融合后的相關應用，以期為城市規劃、建筑設計等領域的三維建模提供寶貴的應用借鑒。

參考文獻

[1] ?李佳偉. 三維城市空間一體化集成建模技術研究[D].成都理工大學，2019.

[2] ?劉改靜.淺析BIM技術在城市軌道交通中的應用[J].甘肅水利水電技術，2019，55（01）：49-52.

[3] ?路振剛，劉茂軍，孟繼慧，張曉光，劉生智，葉紅星.三維動態建模與信息集成技術在豐滿大壩重建工程中的應用[J].電氣時代，2018（06）：90-92.