張澤興 夏志華 李浩

61206部隊 北京 100042

智慧城市建設(shè)具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性，為保障建設(shè)效果應(yīng)采用先進(jìn)的技術(shù)，全面、真實地還原城市全貌，而在此過程中，傾斜攝影測量技術(shù)與BIM技術(shù)的作用不可小覷，兩種技術(shù)相結(jié)合可在完整準(zhǔn)確的三維空間信息數(shù)據(jù)下完成城市規(guī)劃。現(xiàn)階段的一些智慧城市建設(shè)中，傾斜攝影測量與BIM的應(yīng)用相對成熟，發(fā)揮了兩種技術(shù)的突出優(yōu)勢，但隨著人們對智慧城市建設(shè)提出的高要求，未來各個城市的規(guī)劃與建設(shè)過程中，還需進(jìn)一步創(chuàng)新傾斜攝影測量與BMI技術(shù)，以打造一體化智慧平臺提高智慧城市的服務(wù)能力。

1 智慧城市的內(nèi)涵

智慧城市與傳統(tǒng)城市相比，就在于其服務(wù)具有智慧性，體現(xiàn)在建筑、交通、物流、醫(yī)療、教育等各個方面，為此，智慧城市建設(shè)中最為關(guān)鍵的就是要建立集成信息管理平臺，在該平臺共享信息，后續(xù)城市規(guī)劃與建設(shè)中直接調(diào)取該平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)輔助規(guī)劃建設(shè)，通過三維模型呈現(xiàn)立體化結(jié)果[1]。當(dāng)前我國進(jìn)入了嶄新的發(fā)展階段，規(guī)劃與建設(shè)關(guān)乎城市的發(fā)展水平，智慧城市作為城市現(xiàn)代化的重要表現(xiàn)，應(yīng)兼具未來規(guī)劃能力、歷史承載能力，呈現(xiàn)跨時空、多維度特點。為達(dá)到智慧城市的建設(shè)要求，BIM與大數(shù)據(jù)、傾斜攝影測量等都是重要的技術(shù)，這些技術(shù)可準(zhǔn)確統(tǒng)計與分析城市多年來的數(shù)據(jù)，將這些歷史情況與未來規(guī)劃建設(shè)相對接，提升城市管理效能。

2 傾斜攝影測量技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

智慧城市中利用傾斜攝影測量技術(shù)時，需建立傾斜攝影系統(tǒng)，該系統(tǒng)中應(yīng)包含傾斜相機(jī)、計算機(jī)、機(jī)載GPS接收機(jī)、慣性測量裝置等。傾斜相機(jī)可從垂直、東、西、南、北五個方向采集被測對象的影像，真實反映被測地物的情況。測量過程中需重視空中三角測量，采取恰當(dāng)?shù)臏y量方式，在現(xiàn)場布設(shè)若干像控點，對影像進(jìn)行控制點加密，得到未知點的坐標(biāo)、外方位元素，以這些結(jié)果作為后續(xù)建模的依據(jù)。智慧城市中利用傾斜攝影測量技術(shù)時，關(guān)鍵應(yīng)注意以下方面：（1）影像預(yù)處理。航空攝影后所得到的像片需經(jīng)過畸變差糾正、勻光勻色處理步驟。自動化空三之前有關(guān)人員需清楚影像之間所存在的幾何拓?fù)潢P(guān)系、影像在航帶上的具體位置，以這些為基準(zhǔn)匹配影像并完成定位工作。（2）構(gòu)建影像金字塔，此過程中需遵照一定的規(guī)則處理原始影像，將這些影像從大到小分成不同發(fā)分辨率的影像集合。無人機(jī)采集的像片，分辨率較高，利用濾波可將左右影像生成不同分辨率的影像，金字塔影像從低分辨率開始匹配更高一級的影像，通過從上到下、從粗到細(xì)的匹配規(guī)則，可提高匹配操作的便捷性。（3）相對定向，金字塔中相鄰且重疊的各不同分辨率的影像，需建立立體像對，在最頂層的影像需開展特征匹配，下一個更細(xì)的影像引入高精度匹配方式，重復(fù)上述步驟完整全部的匹配任務(wù)，提取所有的立體像對，解算同名像點的相對方位元素。智慧城市中傾斜攝影測量的關(guān)鍵步驟如下：

2.1 數(shù)字高程模型（DEM）的制作

智慧城市建設(shè)時包含的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較多，數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，該模型能為城市實景三維模型建設(shè)、各類工程設(shè)計提供參考?，F(xiàn)階段我國的智慧城市建設(shè)雖取得了顯著的成果，但僅有部分城市應(yīng)用了格網(wǎng)，尺寸為2～25m，構(gòu)建特定范圍內(nèi)的數(shù)字高程模型成果，格網(wǎng)高程精度在0.25～2.0m之間[2]。傾斜攝影測量技術(shù)下因為可實現(xiàn)大范圍、高精度測繪，在獲取相關(guān)測繪數(shù)據(jù)后可自動提取數(shù)字高程模型，其中，DEM獲取包含以下方式：直接利用平差后達(dá)到精度要求的空三加密結(jié)果，自動匹配生成DTM，由第三方軟件完成專業(yè)化處理；借助人工采集或已有的DLG數(shù)據(jù)等高線、高程點、特征點信息，于模型中導(dǎo)入這些數(shù)據(jù)自動生成結(jié)果。

2.2 數(shù)字線畫圖（DLG）的制作

技術(shù)日漸進(jìn)步的過程中，城市規(guī)劃建設(shè)中可采用的技術(shù)越發(fā)多樣，許多城市在規(guī)劃建設(shè)中習(xí)慣采用數(shù)字線畫圖這一形式，該形式在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品化加工方面有著操作的便捷性與功能的優(yōu)越性。數(shù)字線畫圖有多種表現(xiàn)形式，在實際應(yīng)用時可根據(jù)現(xiàn)實需求選擇形式，如很多情況下數(shù)字線畫圖可與DOM疊加形成正射影像地形圖，與DOM、DEM疊加后生成立體地形圖、數(shù)字地面模型，這些模型或者地形圖可作為城市建設(shè)的依據(jù)。DLG生產(chǎn)以傾斜攝影測量的實景三維模型作為底圖，而城市用大比例尺地形圖數(shù)據(jù)成果，傾斜攝影測量技術(shù)下得到的數(shù)據(jù)成果與實際要求完全符合。實際操作中可采取以下獲取途徑：疊加數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型，獲取高精度、帶紋理信息的數(shù)字表面模型；直接利用實景三維模型。不論在城市建設(shè)中采用的是哪種方式，都可將三維模型直接導(dǎo)入到第三方測圖軟件內(nèi)，此軟件可根據(jù)需求選擇EPS、SV365等軟件，利用軟件的固有功能采集數(shù)字線畫圖[3]。大比例尺地形圖可直接在模型上完成更改，并采集有關(guān)的數(shù)據(jù)，以確保模型精度符合實際需求，大大減少外業(yè)測繪任務(wù)。

2.3 數(shù)字真正射影像圖（TDOM）的制作

為在智慧城市建設(shè)中得到數(shù)字真正射影像圖，需參考數(shù)字高程模型，通過糾正處理的方式處理中心投影的航攝影像，為得到符合需求的結(jié)果，這一處理過程主要是消除投影差的垂直投影影像地圖，通過集群化全自動處理系統(tǒng)、數(shù)字高程模型結(jié)果，微分糾正數(shù)字航空影像。與此同時，此步驟中也包含雙線性內(nèi)插法或者雙三次卷積內(nèi)插法重取樣環(huán)節(jié)，數(shù)字微分糾正處理后得到的單片正射影像應(yīng)以空三加密區(qū)作為單元，于專業(yè)軟件內(nèi)自動選擇鑲嵌線，生成圖形。

2.4 實景三維模型的制作

智慧城市建設(shè)中傾斜攝影測量作為關(guān)鍵技術(shù)，利用該技術(shù)開展相應(yīng)工作時應(yīng)參考相應(yīng)的流程與標(biāo)準(zhǔn)制作實景三維模型，此模型制作時以高精度三維地理坐標(biāo)、地表影像數(shù)據(jù)為依托，所構(gòu)建的立體化模型由計算機(jī)終端或者被其他視頻設(shè)備直觀呈現(xiàn)，獲取方式為Bentley的 Context-Capture Center軟件，由于該軟件特有的功能，具體的操作中，使用平差處理后達(dá)到精度要求的空三加密結(jié)果，經(jīng)由自動提取其中的密集點云重新建構(gòu)三角網(wǎng)，在此前提下自動映射紋理，根據(jù)需求確定輸出模型，生成實景三維模型。自動化生成的三維模型可能因為原始數(shù)據(jù)不全、精度不高等導(dǎo)致模型與實際存在較大偏差，為有效解決這一方面的問題，應(yīng)綜合采取填補(bǔ)漏洞、刪除懸浮物等處理方式保障模型質(zhì)量。由于城市中可能分布有水域，在智慧城市建設(shè)中水域條件可能會干擾許多建設(shè)規(guī)劃任務(wù)，利用三維模型可完成水域約束建模。因為水本身為弱紋理要素，提取加密點時相對困難，在此條件下直接生成三維模型時，模型呈現(xiàn)支離破碎的情況，為使模型能用于智慧城市建設(shè)，需由專人根據(jù)實際情況填充這些漏洞。對于常規(guī)的填充方法而言，不適合填充大面積孔洞，填充效果不佳，現(xiàn)階段的技術(shù)條件下可利用約束建模實現(xiàn)水域填充，其思路為利用谷歌瀏覽生成三維模型，沿水域畫面范圍內(nèi)保障高程與水面高程完全相同，自動導(dǎo)出并保存范圍面，由專業(yè)的建模軟件在水面約束下完成建模[4]。

3 BIM 技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)傳承下智慧建筑的建設(shè)

智慧城市內(nèi)包含許多要素，其中智慧建筑是其中的關(guān)鍵構(gòu)成，各類建筑的智能化程度與城市的智慧化水平有直接聯(lián)系。由于BIM技術(shù)兼具可視化、協(xié)調(diào)性與模擬性特征，利用該技術(shù)可輔助建立智慧建筑。智慧建筑應(yīng)具有完善的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但僅依賴數(shù)據(jù)處理無法使智慧建筑達(dá)到智慧城市的要求，相關(guān)規(guī)劃設(shè)計人員在智慧建筑建設(shè)時不僅需考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還需利用管理層網(wǎng)絡(luò)、自動層網(wǎng)絡(luò)、樓層網(wǎng)絡(luò)等信息網(wǎng)絡(luò)用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型與其他技術(shù)平臺的可靠對接。智慧建筑中BIM技術(shù)為核心技術(shù)，此技術(shù)在項目規(guī)劃、施工建設(shè)、現(xiàn)場管理、運(yùn)營維護(hù)等方面都有突出的作用，建筑信息模型本身就是對建筑信息最為直接的反饋，智慧建筑建設(shè)時需利用這些建筑信息。BIM的數(shù)據(jù)信息庫龐大，這也是該技術(shù)在智慧建筑中廣泛應(yīng)用的突出特點，正是因為有數(shù)據(jù)信息庫支持，相關(guān)人員在建筑建設(shè)規(guī)劃時可實時掌握目標(biāo)城市或區(qū)域的城市居民信息，如年齡特點、人才結(jié)構(gòu)、就業(yè)傾向等。在BIM技術(shù)支持下打造的城市管理平臺可為智慧建筑的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理提供便捷，而智慧建筑內(nèi)因為配備有各種信息設(shè)備與設(shè)施，可使管理平臺能在這些設(shè)備運(yùn)行時掌握各種實時信息，相互之間的交互與連接實現(xiàn)了智慧城市、智慧建筑的對接，有利于從根本上提高城市服務(wù)與管理水平。

3.2 BIM 技術(shù)在交通領(lǐng)域信息化中的應(yīng)用

智慧城市中交通也是值得關(guān)注的一個方面，利用龐大的信息管理平臺可提高交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代化水平。BIM技術(shù)所提供的信息模型為構(gòu)建現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)提供了前提條件，而傾斜攝影測量技術(shù)則進(jìn)一步強(qiáng)化了BIM技術(shù)的應(yīng)用出效果，不僅可使數(shù)據(jù)信息更為立體，也能使結(jié)果以可視化的方式呈現(xiàn)。智慧城市的體系龐雜，在建設(shè)智慧交通時的技術(shù)難度大，為此，引入智慧交通技術(shù)時需科學(xué)構(gòu)建三維BIM模型，保持此模型與GIS技術(shù)的協(xié)調(diào)，打造三維監(jiān)控體系，全面、準(zhǔn)確地還原城市內(nèi)各個區(qū)域的情況，避免視線盲區(qū)[5]。但智慧城市下建設(shè)智慧交通時，需保障所建設(shè)的交通體系符合當(dāng)下及未來城市的交通需求，相關(guān)規(guī)劃人員、技術(shù)人員應(yīng)提前進(jìn)入城市開展交通調(diào)研，了解城市內(nèi)各個道路的使用情況，在這些基礎(chǔ)上調(diào)整規(guī)劃方案，保障道路材料、路口設(shè)計等符合要求，提升交通運(yùn)輸能力。相關(guān)人員在分析了城市的交通情況后，可利用BIM的模擬特點實施客流場景的多維模擬，依據(jù)模擬得到結(jié)果，分析交通規(guī)劃設(shè)計方面所存在的不足，展開最優(yōu)化設(shè)計與調(diào)整，并制定預(yù)防方案與應(yīng)急處理措施。另外，在切實落實城市交通管理的應(yīng)急方案，相關(guān)部門在建立智慧交通時應(yīng)引入三維導(dǎo)航技術(shù)，由該技術(shù)負(fù)責(zé)實時跟蹤與定位，再結(jié)合BIM模型保障定位精度，為居民出行提供更為高效的交通服務(wù)。

3.3 BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度集成

現(xiàn)階段技術(shù)日漸發(fā)展的過程中，許多城市都意識到了智慧城市建設(shè)的重要性，也積極展開了一系列嘗試，從中發(fā)現(xiàn)了BIM技術(shù)的不可或缺性?，F(xiàn)代智慧城市中，BIM技術(shù)為中心部分，該技術(shù)對規(guī)劃建設(shè)都有突出作用，其中的信息數(shù)據(jù)庫、城市管理平臺可為相關(guān)崗位人員的工作提供信息、技術(shù)保障。智慧城市中BIM技術(shù)已得到了普及，該技術(shù)也越發(fā)成熟，對智慧城市規(guī)劃建設(shè)的影響越發(fā)明顯，特別在城市發(fā)展規(guī)劃方面，BIM可創(chuàng)造更多可能性，還能進(jìn)一步提高城市的綜合服務(wù)水平，帶動現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展。但是，智慧城市在應(yīng)用BIM技術(shù)時應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化城市的管理與服務(wù)工作，立足城市內(nèi)居民生產(chǎn)生活情況展開科學(xué)規(guī)劃，以保障規(guī)劃建設(shè)后城市服務(wù)、功能可以與人們的需求相匹配。對此，智慧城市構(gòu)建時應(yīng)保障BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度協(xié)同，物聯(lián)網(wǎng)為信息時代下衍生的新技術(shù)，該技術(shù)在當(dāng)下已經(jīng)被應(yīng)用到了方方面面。首先，城市規(guī)劃的智能化中，利用物聯(lián)網(wǎng)可為交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、房屋建筑等提供信息化管理與服務(wù)，BIM技術(shù)依賴大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)信息庫，其中集成了各種類型、海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可作為城市功能、服務(wù)優(yōu)化的參考，保障城市規(guī)劃與居民生產(chǎn)生活高度符合。其次，智慧城市的監(jiān)督與管理中也需利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，BIM的信息模型與物聯(lián)網(wǎng)融合后，可全面、精準(zhǔn)把握城市的各種資源，以及各個部分的運(yùn)行情況，一旦城市中的某一部分出現(xiàn)問題，物聯(lián)網(wǎng)與BIM融合下構(gòu)建的智能化模塊可快速反饋與報警，提醒相關(guān)部門趕赴現(xiàn)場加以處理。

3.4 城市地下管線管理中 BIM 技術(shù)的滲透

現(xiàn)階段城市穩(wěn)步發(fā)展的過程中，城市發(fā)展規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，越來越多的人口涌入了城市，為保障城市的各項基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)能滿足需求，在城市內(nèi)往往布設(shè)了各類管線。因此，城市現(xiàn)代化發(fā)展中，地下管線布局越發(fā)復(fù)雜，管線類型多、數(shù)量大，智慧城市建設(shè)中也需考慮地下管線，確保各類管線能滿足居民所需，避免管線交叉、雜亂分布。為此，智慧城市建設(shè)中設(shè)計單位應(yīng)利用BIM技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)等，建立地下管線綜合管理系統(tǒng)，實施智能化、信息化管理。當(dāng)前5G時代已然到來，地下管線管理中可利用5G網(wǎng)絡(luò)，加速推進(jìn)RFID技術(shù)、端側(cè)標(biāo)識等技術(shù)與BIM技術(shù)的融合，在技術(shù)融合前提下整合城市地下管線的全部信息，利用這些信息開展管理決策。此外，地下管線管理中也需配備專業(yè)化設(shè)備，如電子攝像頭、無人機(jī)等設(shè)備，利用這些設(shè)備全方位掃描和感知，獲取各類管線的位置等信息。借助現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代傳感設(shè)備等管理城市地下管線，可實現(xiàn)智能化管理，比原先的人工管理效率高、效果好，即使在未來城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、地下管線數(shù)量逐步增多的趨勢下，BIM技術(shù)與通信技術(shù)等還能滿足管理需求，為管線優(yōu)化布局提供服務(wù)。BIM技術(shù)具有模擬性、可視化特征，利用該技術(shù)的這一特征可在智慧城市建設(shè)中協(xié)調(diào)不同管線之間的位置關(guān)系，減少管線沖突。通過BIM技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)，城市規(guī)劃、建設(shè)與管理人員在制定相關(guān)管線方案時能利用這些信息，保障方案的科學(xué)性、合理性與可行性。此外，BIM技術(shù)下構(gòu)建的信息模型也有助于開發(fā)和利用地下空間，使城市規(guī)劃與建設(shè)中合理利用空間資源，緩解人口激增導(dǎo)致的城市人地矛盾，從而優(yōu)化地下管線布局。

4 結(jié)束語

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，越來越多的城市開始了建設(shè)智慧城市，個別大城市的智慧化建設(shè)取得了顯著的成效。但智慧城市建設(shè)的復(fù)雜性高，傾斜攝影測量與BIM技術(shù)都是關(guān)鍵技術(shù)，為提高智慧城市建設(shè)的整體水平，未來各個城市還需立足自身當(dāng)前及未來發(fā)展，加大技術(shù)創(chuàng)新力度，保障智慧化建設(shè)效果。