徐海楠

辽宁省公路勘测设计公司

摘 要：介绍了倾斜摄影测量建模的关键技术，以及倾斜摄影技术与BIM技术在公路设计中的联合应用方法，探讨了二者结合的应用前景，可为相关技术人员提供一定的参考。

关键词：无人机;抢险任务;倾斜摄影;BIM;DEM;

当前倾斜摄影技术与BIM技术已广泛应用于我国工程领域中，其与传统勘察设计技术相比较有着三维可视化、参数化等特点，将其应用在公路设计中能够有效提高其数据的准确性，且可快速对数据进行分析，为此对倾斜摄影技术与BIM技术在公路设计中的应用展开了研究和探讨。

1 倾斜摄影测量建模关键技术1.1 影像匹配

与传统的正摄图形相比，倾斜摄影有着从多个角度获得图像的优点，并丰富图像冗余信息。它可以使用冗余信息来纠正多视图图像中的错误匹配[1]。必须使用多个匹配基元来确保图像匹配的准确性。由于基于特征的图像匹配具有强大适应性和高匹配精度的特性，因此选择了特征匹配算法。

1.2 多视影像联合平差

多视图图像联合调整基于多视图几何原理，并结合在飞行平台上获得的POS外部定向元素。首先利用图像匹配方法获得多视点图像的精确外方位元素，利用特征匹配算法得到图像特征匹配结果。然后，建立包括图像控制点和POS数据在内的误差方程，并进行联合求解，以保证平差精度。由于波束平差模型理论严密，加密精度高，因此采用波束法作为空中三角网平差模型。空中三角测量过程完成后，将生成具有表面纹理信息的自动连接点。

1.3 多视影像密集匹配

多视图密集匹配是基于空三加密形成的自动连接点。密集点云按照相关的密集匹配算法构建。多视图密集匹配算法使用多基匹配算法来建立摄影基线并分别匹配连接点。由倾斜摄影测量法构造的三维模型是网格模型。因此，使用密集点云构造网格，3D点云数据是高通道信息。在点云结构网络中，采用了不规则三角形网络，并且密集点云构成三角分割算法。任何地形对象信息都可以由三角形风扇表示，并且所有三角形网格都形成整体以形成三角网格模型。

1.4 纹理映射

纹理映射的本质是二维纹理空间点与三维空间点表面之间的对应关系。对应于二维空间点的颜色值或灰度值被映射到三维物体的表面，并且获得符合真实颜色视觉的真实三维模型。多视图图像将在多个图像上显示相同的替换信息，因此，纹理映射过程需要选择清除目标多视图图像。

2 联合应用的方法2.1 倾斜摄影构建DEM

以5镜头无人机作业为例，通过无人机在外业进行的多个角度拍摄倾斜摄影，获得到若干个较为完整和清晰的地面图像。从倾斜和垂直角度拍摄照片以获得高质量和高分辨率的区域图像和各图像独立的POS数据。数据测量技术有效、经济、灵活。之后在内业中利用ContextCapture Center Master软件集成图像和图像对应的POS数据。

首先进行空三计算，空三计算结束后查看空三计算精度报告，在满足作业精度的基础上进行倾斜摄影模型生成，并生成高密度匹配点云。

对5个透镜在地形上进行倾斜摄影，中间仍然垂直于中间，而其余四个透镜保持角度不超过40°，前后不超过35°，使得地形图像和曝光点POS数据重叠，检查图像数据质量，消除图像、色调、大面积阴影和反射图像，选择纹理清晰和明亮的图像，确保图像和POS数据之间的一一对应。空三加密是指基于一定数量的现场控制点、区域内未知点的坐标数据，从少量已知点计算大量未知点的过程。在ContextCapture Center Master软件中建立工程，导入现有图像和POS数据，然后设置一个生成的范围，快速运行生成高密度点云，无需人工干预，并完成空对空加密。由于无人机飞行会受到很多因素的影响，导致ContextCapture Center Master生成的高密度点云中的成像比例、波峰存在局部误差和杂波。对其中一些明显的错误点和杂项点，可以在三维可视化中手动可视化;对于规则区域内的误差点，可以采用场平均法和云滑动滤波器进行有效的降噪。为可以从Context Capture Center Master生成的高密度点云构建DEM，还需要对地面对象的足迹点进行消除。

在获得倾斜模型成果和高密度点云之后，利用CNCCBIM OpenRoads软件提取接地点后生成DEM。高密度云通过使用CNCCBIM OpenRoads软件中的实景建模模块下实景模型工具栏中的地面提取工具提取接地点。选择倾斜模型范围内的最低点和地面点作为种子点，建立基本三角网格，计算并比较剩余点到基本三角网格的信息，选择接地点进行三角网格加密，在利用CNCCBIM OpenRoads软件进行地面提取的过程中，根据工程实际需要控制最大基础设施规模参数、地形变化参数以及三角形最长边长度参数。

通过软件运算并提取加密DEM，校正并使用了插值的方法，然后转换网格数据，最终得到数字高程模型DEM。

获取DEM的流程如图1所示。

2.2 创建BIM模型

数字高程模型是特定区域的地面形状和三维几何图形的数字化。它是高度、轮廓和形状的集合，以及传统地形图中的其他数据[2]，是建立公路工程三维选线和模型的基础。

导入地形原始数据。使用从ContextCapture Center Master生成的倾斜模型利用CNCCBIM OpenRoads软件提取后的DEM，通过CNCCBIM OpenRoads软件中Openroads建模模块下地形选项卡进行DEM的加载，作为BIM模型建立的基础，然后在此基础上进行平面设计。

图1 获取DEM流程图 下载原图

利用OpenRoads模块中的土木精确绘图工具，可以像传统路线设计软件一样进行平面线位的设计，也可以通过传统路线软件进行选线，之后通过CNCCBIM OpenRoads软件的平面导入工具，导入到地形模型中。在平面线型绘制的同时，就可以得到道路中线的纵断面，并在2D视口和纵断面视图中可以直观的看到，平面和纵断面之间是相关联的。

利用OpenRoads模块中的土木精确绘图工具，可以直接在纵断面视图中进行纵断面的设计。在纵断面设计中，为了更好地做到平纵线形的合理组合，平面设计的直线和平曲线，可在纵断面视图中通过不同的颜色进行区分，能够更加直观、清晰地进行“平包竖”的纵断面调整和完善。

和传统路线设计软件相似，横断面设计时，先利用OpenRoads模块中的“创建横断面模板”工具，创建所需的各种横断面模板，包括根据不同的围岩分级，创建不同的隧道横断面模板，横断面模板创建完成后，再在2D视图中通过廊道分段，建立不同断面的BIM模型，此过程相当于传统设计中的“戴帽子”。模型成果可直接在3D视图中直观体现，见图2。

3 应用前景

无人机倾斜摄影与BIM技术在公路设计中的结合，对于道路突发事件的处理工作具有重要意义。传统的勘察设计周期长，数据采集成本高，相对延误了打通救援通道的黄金时间。而随着倾斜摄影技术和BIM技术的引入，可以结合现场动态设计和施工，有效争取打通救援通道的宝贵时间，为保护人民和财产安全做出有力保障。

图2 模型成果 下载原图

4 结语

主要提出了倾斜摄影技术和BIM技术的方法，利用无人机倾斜摄影技术进行分割和组合，生成高匹配度的高密度点云和倾斜模型，并且生成数字高程模型DEM，最后将DEM引入到了BIM模型作为设计的基础数据。同时，还要结合项目所在地的地质情况进行综合研判确定最终设计方案。倾斜摄影技术与BIM技术的有效结合能够生成三维可视化实体模型，将其应用于公路工程设计中，不仅能够快速进行数据分析，且可有效确保到信息的准确率，对促进公路工程技术的发展具有十分重要的意义。

参考文献

[1] 何谦．无人机倾斜摄影测量在城市规划中的应用[J]．地矿测绘，2021(4):13-14.

[2] 杨奇树．BIM与倾斜摄影技术在城市道路设计中的综合应用[J]．中国科技信息，2020(22):57-58.