劉勛

招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司重慶全通工程建設(shè)管理有限公司 重慶 400060

前言

高速公路橋梁管理信息系統(tǒng)通過對高速公路橋梁綜合狀況進行科學(xué)監(jiān)測分析，有利于提升高速公路橋梁工程管理水平，因此對基于GIS的高速公路橋梁工程管理系統(tǒng)進行詳細探究迫在眉睫。

1 GIS技術(shù)概述

高速公路GIS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的開發(fā)，會將不同的監(jiān)控范圍進行區(qū)分，保證每個監(jiān)控范圍內(nèi)的監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠獨立運行，不同的監(jiān)控系統(tǒng)之間不會產(chǎn)生干擾因素，同時，各監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是由相關(guān)部門進行統(tǒng)一監(jiān)督與管理的，通過統(tǒng)一的管理減少中間環(huán)節(jié)，能夠保證并提高管理系統(tǒng)的工作效率與工作質(zhì)量。

2 基于高速公路橋梁管理的GIS管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

在充分借鑒國內(nèi)外公路橋梁管理系統(tǒng)先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，選擇ArcGISServer作為開發(fā)工具，借助數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件工程技術(shù)與傳感器技術(shù)，并結(jié)合C#，ASP.NETAja、和SQLServer2012數(shù)據(jù)庫，開發(fā)出能夠真實反映橋梁相關(guān)信息與當(dāng)前狀態(tài)，并能夠?qū)窐蛄航】禒顟B(tài)進行科學(xué)評價的公路橋梁管理信息系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

空間數(shù)據(jù)庫是由動態(tài)數(shù)據(jù)庫、分析評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫以及靜態(tài)數(shù)據(jù)庫所組成的，其主要作用是管理從傳感器采集來的監(jiān)測數(shù)據(jù)、公路橋梁與傳感器的信息與各類分析評價的結(jié)果。建立靜態(tài)數(shù)據(jù)庫存貯那些不變或較少變化的靜態(tài)空間與屬性數(shù)據(jù)；建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫存貯隨時間變化的監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)數(shù)據(jù)庫需要定期備份和更新，可以被不同用戶所共享；建立分析評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫存貯公路橋梁分析與健康評價結(jié)果。

3 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計

3.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊提供人機交互界面，使得開發(fā)人員與用戶可以方便地改變系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，并可以按照不同的級別對登錄人員進行使用授權(quán)，有利于系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)信息查看、數(shù)據(jù)正確錄入等。

3.2 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測模塊通過激光測量裝置、攝影測量裝置、疲勞探測儀、位移傳感器、加速度計等設(shè)備完成公路橋梁壓力、結(jié)構(gòu)和振動等參數(shù)采集、實時監(jiān)測、遠程傳輸及系統(tǒng)導(dǎo)入功能，為其他相關(guān)模塊提供監(jiān)測數(shù)據(jù)源，從而滿足數(shù)據(jù)處理、分析、評價、決策與維護等的需要。其中，可將無線傳輸模塊部署在橋梁附近，實現(xiàn)對公路橋梁的傳感器數(shù)據(jù)進行采集和傳輸。采集數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA通訊模塊、TCP/IP通訊模塊和串口通信模塊可傳入公路橋梁信息系統(tǒng)控制組件，并貯存入數(shù)據(jù)庫。

公路橋梁數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測的內(nèi)容注意包括以下幾點：①公路橋梁工作環(huán)境，具體包括工程所處環(huán)境溫度、風(fēng)速風(fēng)向、交通載荷及其分布情況。②三維位移監(jiān)測。主要包括塔偏、主梁撓度及伸縮縫（裂縫）位移監(jiān)測。結(jié)合三維位移監(jiān)測數(shù)據(jù)與工作環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，可進一步分析位移與溫度之間的關(guān)系、位移與車輛載荷的關(guān)系、位移與風(fēng)速的關(guān)系等。③公路橋梁力學(xué)性能監(jiān)測，具體包括公路橋梁應(yīng)力變化、振動頻率等。

以基于數(shù)字?jǐn)z影測量的伸縮縫（裂縫）位移監(jiān)測方法為例。首先使用數(shù)碼相機對橋梁裂縫進行拍攝，采集裂縫的單張影像，如圖1所示；其次在相機標(biāo)定的基礎(chǔ)上完成對原始影像的畸變糾正；然后使用Wont-Trinder圓點定位算子自動定位出10個控制點并進行二維直接線性變換，將影像投影于物方空間；最后，采用基于卡方檢驗的邊緣檢測算子精確提取出裂縫邊緣，并用最短距離法計算出裂縫的寬度，實現(xiàn)公路橋梁裂縫的位移監(jiān)測。

圖1 基于攝影測量的公路橋梁裂縫位移監(jiān)測

3.3 數(shù)據(jù)管理與顯示

數(shù)據(jù)管理與顯示模塊實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)的管理與可視化顯示，提供空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的維護、定位與報表打印，以及空間數(shù)據(jù)三維可視化顯示等功能。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)實行數(shù)據(jù)庫分級存儲與管理，可以進行橋梁信息的查詢、管理與報表輸出。通過報表處理模塊，可以進行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的自動提取，并根據(jù)要求生成日報表、月報表與年報表等。報表內(nèi)容包括監(jiān)測數(shù)據(jù)單項統(tǒng)計、技術(shù)狀況統(tǒng)計、維修數(shù)量統(tǒng)計、維修經(jīng)費統(tǒng)計、公路橋梁結(jié)構(gòu)健康評價等。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的可視化顯示功能，可以導(dǎo)入整合各類原始采集與監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行解算與初步分析，并對分析處理結(jié)果以三維圖表等形式進行可視化顯示，并且方便用戶在客戶端進行查看。另外，使用影像全站儀和激光掃描儀等設(shè)備構(gòu)建公路橋梁的三維模型，全方位查看公路橋梁的結(jié)構(gòu)與局部部件，真實地反映公路橋梁局部部件之間位置和與整體之間的關(guān)系，為進一步進行結(jié)構(gòu)分析和公路橋梁健康評價提供翔實的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.4 數(shù)據(jù)分析與健康評價

數(shù)據(jù)分析與健康評價模塊提供數(shù)據(jù)的監(jiān)測、查詢與統(tǒng)計，以及變形預(yù)測分析、公路橋梁健康評價等核心功能，并提供各種分析評價報告的查詢、顯示、打印和下載功能。此模塊是該系統(tǒng)的核心，采用算法倉庫，針對各類信息進行相應(yīng)的處理，以保證數(shù)據(jù)的有效性和可用。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文主要對基于GIS的高速公路橋梁管理系統(tǒng)的構(gòu)建方式進行詳細探究，根據(jù)本文分析，通過將GIS技術(shù)應(yīng)用于高速公路橋梁管理中，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫與信息共享網(wǎng)絡(luò)平臺，能夠進一步提高信息與數(shù)據(jù)的整合能力，全面提高高速公路橋梁管理水平。