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摘要：随着科学技术的发展，我国的倾斜摄影测量技术有了很大进展。无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（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＰＯＳ）数据建立三维模型数据，以及利用建筑信息建模（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ＢＩＭ）技术创建建筑精细模型，再选用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。
关键词：无人机；倾斜摄影；建筑信息建模；模型融合
引言
BIM（BuildingInformationModeling），意为建筑信息模型，是通过三维建模并建立建筑构件数据库来描述建筑物全部内容。BIM是建筑业信息化，并走向智慧建造的最重要一环。BIM工作从设计到施工再到运行维护是正向操作，而从既有建筑物到数字模型的转化成为逆向建模。利用激光扫描和倾斜摄影的各自优点，可获得对大型建筑物和构筑物内外各面所有的坐标信息，这为BIM逆向建模提供了可能性。以湖南城市学院校园为例，重点研究在三维扫描和无人机倾斜摄影的工作完成后，如何对扫描数据和摄影照片进行有效处理，包括软件的选择、技术要点和处理方法的注意事项等。
1倾斜摄影测量技术
倾斜摄影测量技术利用装有多镜头高清相机的飞行设备对测量区域的各个摄点从5个方向（垂直、前视、后视、左视、右视）进行影像研究，并生成三维实景模型，能够直观的对拍摄目标的平面位置、外形状态、立面、侧面、横断面、地形起伏等进行详细描述及研究，大大提高了传统摄影测量的丰富性。倾斜摄影测量的影像数据可以比较直观的呈现测量目标的外表实际情况，还能够与GPS定位技术灵活结合使用，将所测量项目的地理及属性信息在影像中进行标注体现，给用户更丰富的使用体验，使该技术的应用范围更加广泛。
2 BIM模型建立
BIM模型建立的基础是结构元素建模，即最小构成单元建模，如拦河坝，以CAD底图为数据基础，在AutodeskRevit中进行BIM模型制作，BIM建模的核心特征之一是模型参数化设计，对于建筑中所需的不同构件，Revit软件中都有对应的族可供选择，对于梁、墙、柱、道等，可将Revit中系统族原有尺寸修正为实际参数进行应用，而对于孔、闸等构件则可在载入族中选择满足形状构建族，设置相关参数后进行保存可反复使用。
3项目概况
项目研究区域为湖南城市学院校园，校园建设分为一、二两期进行，一期于2005年8月完工，根据《湖南城市学院新校区控制性详细规划》的项目要求，二期建设预计于2018年开始，主要任务有新建第二图书馆、游泳馆、同心园；调整建规楼、土木楼、音乐楼等建筑布局；增加绿化面积，改善校园环境。而本研究主要是对湖南城市学院校园倾斜摄影三维模型与建规楼ＢＩＭ模型进行融合，并进行融合后的相关行业应用，即在项目还未施工的情况下，利用倾斜摄影、三维建模、模型融合、三维可视化等技术，对建成后的场景进行三维建模，为前期规划设计、建筑设计、费用预算等工作提供科学的基础和可靠的依据。
4实景三维建模
4.1倾斜影像采集
作业前了解分析天气状况，避开降水大风天气，选择恰当时间检查好设备，按照预设航线进行航摄操作，尽量保证航摄任务在同一气象条件下完成。
4.2数据精简
由于扫描到的点云数据量非常庞大，后期拼接需要强大的硬件支持，在不影响平面及曲面重构且保证精度的情况下需要对数据进行精简，为达到这一目的，软件可以对点云进行抽稀处理，可以根据目标站点的具体情况进行不同量的处理，大平面可适当扩大抽稀程度，曲面抽稀时需注意，若抽稀过量会导致模型表面失真。
4.3建筑设计模型的创建
1）标高和轴网。标高指的是建筑物楼层距离地面的垂直高度，它需要在立面或剖面视图下进行设计。轴网是根据设计人员习惯性的标准设计出来的，通过建筑轴线相互交错构筑的线条网络，主要目的是方便对建筑物各组成结构的标注、设计以及布置。项目中共建有9条标高，17条轴网，并对其进行了标注和编号。2）墙体及其他建筑物构件。在Ｒｅｖｉｔ中，需要对许多其他建筑物构件进行创建，比如墙体、屋顶、天花板、楼梯、窗户、栏杆、柱等。而柱又可分为建筑柱和结构柱，建筑柱在建筑物中未起承重作用，而结构柱是用来支撑整个建筑物结构，肩负着整个结构的主重量。在该项目设计过程中，除了建筑物外围构件组成建筑物的主体结构外，也包括各种建筑物的内部构件。建筑内部构件的放置通常是通过在Ｒｅｖｉｔ软件中载入自带的样本族文件（．ｒｆａ）来实现。3）场地布置。场地布置主要包括建筑物周边地形、周边道路、环境绿化等多种要素的设计。借由已知的多个高程点确定地形表面的方法称为放置点法，这些点一般要布置在建筑物的周边。本项目是将在数据准备过程中得到项目区域的等高线数据以．ｄｗｇ的格式导入软件，用来创建地形表面。4）三维模型渲染。ＢＩＭ建筑设计模型建立后，对其进行质量、光照、天空等场景设置并为建筑物指定渲染材质，完成三维模型渲染流程。
4.4精度分析
为检验通过利用无人机倾斜摄影测量技术生成的三维模型的精度，在测区内选择10个检查点，利用RTK技术在测区测量这些点的坐标（真值），然后在模型上读取这些点的坐标（计算值），取两者的差，最后得出三维模型的精度。通过对上面三维模型统计表的分析可知，该工程项目的三维模型平面误差最大是0．329m，中误差经计算后为0．07m；高程的最大误差为0．362m，中误差0．09m，该精度误差符合测绘规范的要求，此次测量作业有效。
4.5三维实景模型与BIM模型融合
三维实景模型强调的是建筑物的几何位置信息，BIM模型强调的是建筑物的内在属性信息，任何一种信息都有它的局限性，将两种模型相互融合成为一个有机的整体，无人机倾斜摄影测量三维建模技术为BIM提供基础地图数据，BIM技术的发展带动了三维建模技术的应用，两者相辅相成。三维实景建模与BIM的融合充分发挥各自模型的优势，为工程的建设、运行和维护提高质量与效率。
结语
综上所述，在三维实景模型的建立过程中，人工的干预更少，大部分工作都是有机器来完成的。三维实景模型只包涵建筑物的几何位置信息，缺少建筑物的结构属性和附着信息。然而BIM模型就可以显示建筑物的内部信息，将BIM模型和三维实景模型两者相互融合，可以为工程建设的规划设计、施工建设、运行维护等全生命周期提供可靠的依据。BIM技术和无人机倾斜摄影测量技术的融合推动了工程行业向现代化、数字化、智能化的改变，为人工智能工程打下坚实的基础。
参考文献：
［1］史源，魏志斌，白美健．无人机遥感技术在灌区信息化建设中的应用探讨［J］．中国水利，2016（9）：43-44．
［2］周小杰，胡振彪，乔新．无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用［J］．城市勘测，2019（1）：65-68．
［3］张国卿，朱庆利，唐芳．实景建模技术在水利工程中的应用探索及精度分析［J］．水利规划与设计，2018（2）：165-168．