一种基于BIM和GIS技术的三维数字路网建设方法与流程

一种基于bim和gis技术的三维数字路网建设方法
技术领域
1.本发明涉及三维路网技术领域，具体涉及一种基于bim和gis技术的三维数字路网建设方法。


背景技术：

2.地理信息系统（gis）有时又称为“地学信息系统”，它是一种特定的十分重要的空间信息系统，它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，建筑信息化模型（bim）是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型。
3.传统的利用计算机对公路的管理仅限于文字表格处理方面，设计大量的信息查询和信息处理，尤其是空间信息的分析处理，仍停留在传统的图纸上，难以实现公路属性和空间数据的一体化综合处理分析，更无法实现可视化和虚拟现实，建立三维数字路网可以提高公路网的规划、设计和管理的便捷性，但现有的基于bim和gis技术的三维数字路网建设速度较慢，效率较低，无法很好的实现模型之间的融合衔接，难以满足视觉观察要求，同时在繁杂的过程中出错率较高，质量得不到保证，为此设计了一种基于bim和gis技术的三维数字路网建设方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于bim和gis技术的三维数字路网建设方法。
5.发明为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于bim和gis技术的三维数字路网建设方法，包括以下步骤：s1、收集数据：分区操作，采用多镜头无人机进行倾斜摄影航测作业，确定项目航测范围，了解航测地貌，进行合理的飞行架次划分，优化航拍方案，地面站设置及无人机组装完成后，即可开始航测作业，无人机将依据指定的航线及参数设置，自动完成航拍任务，操作人员观察无人机位置及地面站实时调整飞行参数；s2、数据整理：采用comtextcapture完成本次航测的gis数据处理，生成基础数据，通过空中三角测量计算对影像定位信息严格配准，选定参数自动准确估算每幅影像的位置、角元素和相机属性，获得缺失的影像信息，对倾斜模型进行单体化处理，通过利用建筑物、道路、树木等对应的矢量面，对倾斜摄影模型进行切割，把连续的三角面片网从物理上分割开；s3、集群处理：搭建局域网，将一台计算机作为服务器，局域网内其他计算机作为节点连接至服务器组成群组，任务提交后，服务器统一分配子任务至各节点，节点完成子任务后，将处理结果返回至服务器，并接受新的子任务直至任务完成；
s4、搭建模型：通过空中三角测量计算生成的粗略3d视图，通过粗略3d视图理解相片和拍摄场景的空间结构，采用三级混合精度建模制作建筑物和道路模型，导入建设区域的卫星数据作为底图，在底图的基础上进行建造模型和模型位置定位，从道路中心线提取交叉点和重叠点，对道路进行分段，重叠点处按照道路设计规范生成立体结构，交叉点处生成平面交叉模型，直线路段生成道路表面模型；s5、调整检查：叠加建设区域影像数据、高程数据、及建筑物对应的地形数据，提取建筑物地面区域内高程数据点并计算其平均高程h，同时赋予建筑物底面高程均值h，将带有高程属性的建筑物底面参与该区地形构网，将建筑物及道路模型和地形模型很好的融合衔接；s6、对已完成的路网进行调整和检查，进行格式处理，继而进行三维模型加载，最终建立具有真实感的三维数字道路网模型。
6.进一步的；所述s1中，多镜头无人机包括机体（1），所述机体（1）的下端固定有透明保护罩（2），所述透明保护罩（2）内设有五个摄像头（8），所述摄像头（8）的一端设有角度调节装置，所述机体（1）的下端两侧均固定有起落架（3）。
7.进一步的；所述角度调节装置包括设置在机体（1）下端的电动伸缩杆（4）和套筒（5），且电动伸缩杆（4）位于套筒（5）内，所述套筒（5）的下端等间距转动连接有五个连接杆（7），所述连接杆（7）的一端固定有连接件（6），五个连接件（6）的一端均固定在电动伸缩杆（4）的下端，所述摄像头（8）的一端固定在连接杆（7）的另一端。
8.进一步的；所述起落架（3）采用pa尼龙树脂材料制成。
9.进一步的；所述明保护罩（2）采用亚克力材质制成。
10.进一步的；所述连接杆（7）采用碳素钢制成。
11.与现有技术相比，本发明的至少具有以下有益效果之一：本发明中，采集数据时进行分区操作，采用多镜头无人机进行倾斜摄影航测作业，通过工作人员和地面站的实时调整飞行参数，提高航测的精度和效率，对该区域内的地理数据和影像信息进行采集，同时记录倾斜航测的pos数据，采用comtextcapture完成本次航测的gis数据处理，方便浏览和后期加工，通过空中三角测量计算对影像定位信息严格配准，选定参数自动准确估算每幅影像的位置、角元素和相机属性，获得缺失的影像信息，提高三维数字路网模型的质量，同时对倾斜摄影模型进行切割，方便特殊情况需要对片区内的部分建筑进行单独的选中、赋予属性、查询属性、数据管理等操作，通过搭建局域网的方式进行集群处理，提高了可靠性和容错率，可有效降低硬件成本，更好的发挥与高性能计算机相当的运算能力，通过空中三角测量计算生成的粗略3d视图理解相片和拍摄场景的空间结构，进行建造模型和模型位置定位，利用自动构建拓扑空间关系使缓冲区边界生成，采用多边形重叠合并的算法解决缓冲区多边形间重叠合并问题，避免了通过多边形与曲线包容关系的判断来决定弧段取舍的复杂计算，更加简洁高效，通过叠加建设区域影像数据、高程数据、及建筑物对应的地形数据，将建筑物及道路模型和地形模型很好的融合衔接，满足视觉观察要求的同时大大改善了三维数字环境的可视化效果，对已完成的路网进行调整和检查，完成三位数字路网模型的后期操作，降低路网模型的出错率，进一步提高路网模型的质量，本发明可快速高效的完成三维数字路网模型的构建，降低了三维数字路网模型的失误率和出错率，有效的提高了三维数字路网模型构建的速度和质量。
附图说明
12.图1为本发明为无人机结构示意图。
13.图2为本发明提为摄像头角度调节装置结构示意图。
14.图中：1机体、2透明保护罩、3起落架、4电动伸缩杆、5套筒、6连接件、7连接杆、8摄像头。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.参照图1-2，一种基于bim和gis技术的三维数字路网建设方法，包括多镜头无人机，多镜头无人机包括机体1，机体1的下端固定有透明保护罩2，透明保护罩2采用亚克力材质制成，透明保护罩2起保护摄像头8和帮助拍摄的作用，透明保护罩内设有五个摄像头8，摄像头8的一端设有角度调节装置，机体1的下端两侧均固定有起落架3，起落架3采用pa尼龙树脂材料制成，高强度、高刚性，性能优异，方便无人机进行起落，五个摄像头8保证了摄像头的全方位拍摄，方便通过对比获得缺失的影像信息，三维数字路网建设方法包括以下步骤：s1、分区操作，采用多镜头无人机进行倾斜摄影航测作业，确定项目航测范围，了解航测地貌，进行合理的飞行架次划分，优化航拍方案，航测作业前，综合考虑飞控距离、电池消耗、地形地貌、建筑物分布、测量精度等因素，使用地面站软件进行航线规划和参数设定，飞行高度、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系，地面站设置及无人机组装完成后，即可开始航测作业，无人机将依据指定的航线及参数设置，自动完成航拍任务，倾斜航测采集的数据包括各拍摄点的多角度影像信息和对应的pos数据。影像信息由多镜头相机获取，无人机搭载相机以恒定速度对地面进行等距拍照，采集到具有70%重叠率的相片，pos数据由飞控系统在相机拍照时生成，与相片一一对应，赋予相片丰富的信息，包括经纬度、高度、海拔、飞行方向、飞行姿态等，操作人员观察无人机位置及地面站实时调整飞行参数，倾斜航测的飞行参数包括高度、速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等，提高航测的精度和效率；s2、采用comtextcapture完成本次航测的gis数据处理，生成基础数据，comtextcapture是基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统，软件建模对象为静态物体，辅以相机传感器属性、照片位置姿态参数、控制点等信息，在进行空中三角测量计算、模型重建计算后，输出相应gis成果，以供浏览或后期加工，通过空中三角测量计算对影像定位信息严格配准，选定参数自动准确估算每幅影像的位置、角元素和相机属性，获得缺失的影像信息，航测过程中，照片组对应姿态的精确性可能会受到影响，致使影像信息缺失，而comtextcapture进行三维重建时，要求各个照片组具备非常精确的属性以及对应的姿态参数，对倾斜模型进行单体化处理，通过利用建筑物、道路、树木等对应的矢量面，对倾斜摄影模型进行切割，把连续的三角面片网从物理上分割开，特殊情况需要对片区内的部分建筑进行单独的选中、赋予属性、查询属性、数据管理等操作；s3、搭建局域网，将一台计算机作为服务器，局域网内其他计算机作为节点连接至
服务器组成群组，任务提交后，服务器统一分配子任务至各节点，节点完成子任务后，将处理结果返回至服务器，并接受新的子任务直至任务完成，相对与单机进行数据处理，集群处理有更高的可靠性和容错率，当群组中一个节点计算机出现故障，原本分配至此节点的子任务将自动分配至其他节点进行计算；同时集群处理也能降低成本，庞大的gis数据量，对于单机的储存空间和数据处理速度都提出极大考验，将普通的计算机进行集群则可有效降低硬件成本，发挥与高性能计算机相当的运算能力；s4、通过粗略3d视图理解相片和拍摄场景的空间结构，采用三级混合精度建模制作建筑物和道路模型，导入建设区域的卫星数据作为底图，在底图的基础上进行建造模型和模型位置定位，从道路中心线提取交叉点和重叠点，对道路进行分段，重叠点处按照道路设计规范生成立体结构，交叉点处生成平面交叉模型，直线路段生成道路表面模型，利用gis技术中的缓冲区边界的自动生成与拓扑空间关系的自动构建，通过自动构建拓扑空间关系使缓冲区边界生成，利用基于结点上有向弧段的删除规则的多边形重叠合并的算法解决缓冲区多边形间重叠合并问题，避免了通过多边形与曲线包容关系的判断来决定弧段取舍的复杂计算，更加简洁高效；s5、叠加建设区域影像数据、高程数据、及建筑物对应的地形数据，提取建筑物地面区域内高程数据点并计算其平均高程h，同时赋予建筑物底面高程均值h，将带有高程属性的建筑物底面参与该区地形构网，将建筑物及道路模型和地形模型很好的融合衔接，满足视觉观察要求的同时大大改善了三维数字环境的可视化效果；s6、对已完成的路网进行调整和检查，进行格式处理，继而进行三维模型加载，最终建立具有真实感的三维数字道路网模型，完成三位数字路网模型的后期操作，降低路网模型的出错率，提高路网模型的质量。
17.本发明中，角度调节装置包括设置在机体1下端的电动伸缩杆4和套筒5，电动伸缩杆4由相应的驱动装置驱动，且电动伸缩杆4位于套筒5内，套筒5的下端等间距转动连接有五个连接杆7，连接杆7采用碳素钢制成，结实耐用，连接杆7的一端固定有连接件6，五个连接件6的一端均固定在电动伸缩杆4的下端，摄像头8的一端固定在连接杆7的另一端，电动伸缩杆4通过连接件6带动连接杆7同时转动，继而带动摄像头8同时转动，同步转动方便，方便通过对比获得缺失的影像信息，进行角度调节，方便根据需要进行多角度拍摄，降低了无人机操作的难度，提高了工作效率。
18.本发明中，采集数据时进行分区操作，采用多镜头无人机进行倾斜摄影航测作业，通过工作人员和地面站的实时调整飞行参数，提高航测的精度和效率，对该区域内的地理数据和影像信息进行采集，同时记录倾斜航测的pos数据，采用comtextcapture完成本次航测的gis数据处理，方便浏览和后期加工，通过空中三角测量计算对影像定位信息严格配准，选定参数自动准确估算每幅影像的位置、角元素和相机属性，获得缺失的影像信息，提高三维数字路网模型的质量，同时对倾斜摄影模型进行切割，方便特殊情况需要对片区内的部分建筑进行单独的选中、赋予属性、查询属性、数据管理等操作，通过搭建局域网的方式进行集群处理，提高了可靠性和容错率，可有效降低硬件成本，更好的发挥与高性能计算机相当的运算能力，通过空中三角测量计算生成的粗略3d视图理解相片和拍摄场景的空间结构，进行建造模型和模型位置定位，利用自动构建拓扑空间关系使缓冲区边界生成，采用多边形重叠合并的算法解决缓冲区多边形间重叠合并问题，避免了通过多边形与曲线包容
关系的判断来决定弧段取舍的复杂计算，更加简洁高效，通过叠加建设区域影像数据、高程数据、及建筑物对应的地形数据，将建筑物及道路模型和地形模型很好的融合衔接，满足视觉观察要求的同时大大改善了三维数字环境的可视化效果，对已完成的路网进行调整和检查，完成三位数字路网模型的后期操作，降低路网模型的出错率，进一步提高路网模型的质量。
19.尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。