无人机倾斜摄影测量技术在水利工程中BIM建模的应用

无人机倾斜摄影测量技术在水利工程中 BIM建模的应用

常志武 杨楠 杨国顺

佳木斯市水利勘测设计研究院， 黑龙江 佳木斯 154002

摘 要：本文首先对相关无人机倾斜摄影测量技术应用现状进行阐述，然后分析其在水利工程BIM建模中的应用流程，最后提出具体应用措施，旨在为促进我国水利工程建设水平地提高提供参考。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；水利工程；措施分析

1 相关技术应用现状分析

1.1 无人机倾斜摄影测量技术

自无人机倾斜摄影技术从美国传入我国以来，得到了迅猛地发展，与此同时，也改变了我国工程摄影中的不足，我国摄影技术实现了从垂直摄影到倾斜摄影的突破，更能直观、具体地展现出工程的实景三维模型，极大程度上减少了拍摄误差。然而，由于我国计算机技术等地相关局限，这一技术在当时刚刚引进的时候并不能很好地适应我国的环境。最近几年我国计算机技术飞速发展，硬件与软件技术都得到了极大地提高，无人机倾斜摄影技术也被普遍应用于水利工程之中。

1.2 三维实景模型的利用现状

如今，随着无人机倾斜摄影技术的应用普及，工程中相关设计人员很容易便可以得到工程三维实景模型，并能够直接在此模型上进行相关设计工作。不过，目前相关单位机构所得到的工程三维实景模型一般都是通过数据采集之后映射到二维平面上的，然后利用二维图形技术进行相关设计活动。这种工作模式虽然能够很好地实现新旧技术的兼容，但造成了极大的资源浪费。

1.3 BIM技术

BIM技术是以信息化技术为基础、通过建立模型，对于水利工程中各项数据进行分析和整理的综合性技术。BIM技术的建立能够帮助工程企业快速地进行数据分析和数据采集，为其进行管理决策提供数据支持。与传统的人为分析相比，BIM技术内部的模拟处理器能更加快捷的发送工程水利工程管理中的问题，目前在我国水利工程管理过程中得到了良好的应用。

1.4 无人机倾斜摄影测量与BIM的融合

无人机倾斜摄影技术主要得到的产物便是三维环境模型，BIM技术得到的产物为三维设计模型，通过此两种技术的完美融合可以实现三维实景模型与三维设计模型的完美融合。在水利工程中无人机倾斜摄影与BIM技术最为先进，并且随着相关技术的发展成熟，这一技术在水利工程应用中前景远大。

2 无人机倾斜摄影测量技术在水利工程中BIM建模的应用流程

2.1 成立三维设计项目组

在进行三维设计之前应该首先建立相应的项目组，由该项目组率先进行相关设计实验，等所有技术路线全面打通并取得初步成果之后再逐渐普及。该项目组成员应包括设计工程师、测绘工程师等相关专业的专业人士。

2.2 加强专业软件的培训

设计项目组组建完成之后应该对其相关人员进行BIM等需要用到的专业软件进行培训，在培训的过程中根据组内成员的实际情况有针对性地制定培训计划，如果条件允许，可以通过在具体项目中的实训方式进行培训。

2.3 参与项目实际运用

当项目组成员接受培训之后，便对BIM相关软件具备了相应的使用能力，能够完成建模、出图等基本功能，因此完全能够参与到实际项目之中，参与设计工作。首次实战最好选择小型水库进行相关设计工作。

2.4 过程总结

项目结尾阶段应对整个项目过程进行相应的总结，充分分析整个项目中所遇到的所有困难和问题以及相应的解决措施，记录归档。与此同时，还应该对整个设计过程编制相应的操作指南等。

2.5 制定制度与标准

根据已有项目的过程总结档案并结合自身已经具备的相关经验，制定关于三维设计的相关制度与标准，并不断对其进行相关修订、完善。

2.6 全面推广

随着项目工作的不断深入，相关人员对于三维设计的相关经验与认识不断推陈出新，应该把这些经验与总结以数据的形式建立一个实时更新的数据库，这样能够极大程度上提升工作效率。项目组成员在项目开展过程中根据实际需要把三维设计相关经验与BIM软件使用技术不断传授给其他普通人员，逐渐实现全员三维设计。

2.7 三维设计成果的应用

①通过无人机倾斜摄影技术BIM技术得到的三维模型设计可以给人以直观、清晰的视觉体验，能够让甲方轻松验收，同时，若搭配VR技术一同使用则更能给人一种身临其境之感。②在设计过程中，充分保证设计人员工作顺利进行，对于不是太专业的工作交由其他人完成，这样可以大大提高设计人员的工作效率，尽快完成工程设计。③使用专业性的模型软件对设计成果进行测算，减少误差，进而减低工程风险。④另外，软件中的统计功能能够对工程中的多项指标进行测算，比如土方开挖、工程量等，为造价人员带来极大便利。⑤对模型进行周期性的对比工作，通过观察模型在特定时间差中的变化，可以较为准确的预测工程寿命周期。⑥当出现自然灾害或其他不可预测性的破坏对建筑进行伤害的情况时，应对破坏前后模型进行对比，以便进行风险评估和修复。

3 具体应用措施

3.1 无人机倾斜摄影外业数据采集

为了提高工程的施工质量和施工进度，在水利工程除险加固工程中首次提出了BIM技术应用，采用三维协同设计理念，需要对工程大坝及周边建立三维实景模型为BIM模型，然后采用无人机倾斜摄影技术来建立三维的实景模型。

3.2 三维实景建模

三维建模采用的ContextCapture软件经行三维的实景建模。它的数据能够很好的和其他的Bentley软件兼容。ContextCapture软件的三维模型生产过程也是全自动化的，不需要人工参与，由于模型的数据量较大，三维生产的过程时间较长，三维建模完成后可以在查看软件中查看建立的模型数据，并且可以量测模型的尺寸为精度检查做准备。

3.3 精度评定

为了更好地评定三维实景建模的精度的可靠性，工作人员需要做相对精度评价和绝对精度的评价，通过两种方式分别验证三维建模的准确度。

①相对精度评价。相对精度评价就是在三维模型中量取水利工程的长度与实地量测的水利工程长度进行对比分析地一种方法。利用三维建模软件中自带的量测功能，分别选取房屋的长度、房屋距墙的距离、大坝的长度、大坝的宽度等等20组数据，并且到实地分别测量对应物体的实际长度。最后，对数据进行分析，确定三维建模的相对精度是否满足规范的要求。

②绝对精度评价。绝对精度评价是检查模型中绝对位置的一种评价方法，在模型范围内选择20目标点，量测出20个目标点的坐标值，然后外业利用GPS-RTK实测相应20目标点的真实坐标值，将2个坐标值进行比较分析。利用GPS-RTK在测图范围内，均匀分布实测地物坐标值，计算出中误差。通过相对精度评价分析和绝对精度评价分析，判断无人机倾斜摄影是否满足1∶1000三维建模的技术要求。

3.4 三维实景模型与BIM模型融合

三维实景模型强调的是水利工程工程的几何位置信息，BIM模型强调的是水利工程的内在属性信息，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技术的发展有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，为水利工程的建设、运行和维护提高质量与效率。

结 语：

综上所述，无人机倾斜摄影测量技术建立三维实景模型较传统的方法，模型建立的速度更快、所需的成本更省、模型的精度更高。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水利工程的几何位置信息，缺少水利工程的结构属性和附着信息。然而BIM模型就可以显示水利工程的内部信息，将BIM模型和三维实景模型两者相互融合，可以为水利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水利工程行业向现代化、数字化、智能化的改变，为人工智能的水利工程打下坚实的基础。

参考文献：

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[3]廉森. 无人机倾斜摄影在BIM技术中的应用[D]. 2019.

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