橋梁健康三維可視化平臺(tái)解決方案

橋梁健康三維可視化平臺(tái)解決方案概述古往今來(lái)，橋梁作為交通大動(dòng)脈的主干樞紐，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著極為重要的作用。然而，橋梁在建成后的服役期內(nèi)，在內(nèi)部因素材料自身性能的不斷退化和外部因素氣候、有害物質(zhì)侵蝕，荷載的長(zhǎng)期靜、動(dòng)力效應(yīng)、疲勞效應(yīng)，車(chē)輛、咫風(fēng)、地震、船舶撞擊等共同作用下，橋梁結(jié)構(gòu)各部分在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)年限前就產(chǎn)生不同程度的損傷和劣化，在極端情況下導(dǎo)致各類(lèi)橋梁事故頻繁發(fā)生。這些事故給人民生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的損失，慘痛的教訓(xùn)啟示著人們尋找一種有效維護(hù)在役橋梁運(yùn)營(yíng)狀況方法，從而提前預(yù)知橋梁病害程度，盡早采取應(yīng)對(duì)措施，避免不堪設(shè)想的嚴(yán)重后果。采用三維GIS技術(shù)進(jìn)行三維建模，并將橋梁病害信息動(dòng)態(tài)顯示在三維視圖中，可提高病害描述的準(zhǔn)確性和直觀性，為養(yǎng)護(hù)決策提供正確的信息支持。本系統(tǒng)以橋梁養(yǎng)護(hù)管理業(yè)務(wù)為信息來(lái)源，覆蓋橋梁養(yǎng)護(hù)管理的各方面業(yè)務(wù)；系統(tǒng)以橋梁道路設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，實(shí)現(xiàn)橋梁道路病害信息的采集、存貯、分析與應(yīng)用，為用戶(hù)提供病害數(shù)據(jù)采集、病害處理、維修工程資料管理、基礎(chǔ)信息查詢(xún)?yōu)g覽、竣工圖紙查詢(xún)?yōu)g覽、道路技術(shù)指標(biāo)分析預(yù)測(cè)理等包括圖、文、表等各種信息在內(nèi)的一體化信息服務(wù)。三維場(chǎng)景建模在穩(wěn)定光照條件下的多角度真實(shí)物體拍攝，運(yùn)用三維建模軟件等生成可交互的立體影像，對(duì)橋梁進(jìn)行三維重構(gòu)。三維建模成果將導(dǎo)入三維地理信息系統(tǒng)，幫助工作人員對(duì)橋梁進(jìn)行病害維護(hù)。建模成果將依照橋梁的外觀，對(duì)其外觀、形狀、布局、紋理等進(jìn)行真實(shí)還原，建筑物的體積及占地面積按照實(shí)物大小進(jìn)行等比例縮小。同時(shí)，為了達(dá)到仿真效果，對(duì)其周邊的道路、樹(shù)木等參照物也進(jìn)行三維建模，在三維系統(tǒng)中真實(shí)還原橋梁周邊的實(shí)景。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)為了適應(yīng)橋梁病害管理的需要，需要統(tǒng)一三維建模、野外紋理采集規(guī)范等，為橋梁病害管理提供正確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三維建模規(guī)范三維模型制作標(biāo)準(zhǔn)主要包括：1）模型坐標(biāo)系2）模型的基本單位3）模型的制作4）模型定位參考點(diǎn)5）模型的高度6）樣條曲線(xiàn)/面的使用7）相片處理8）紋理映射9）模型的制作工具與成果提交形式等方面。紋理采集規(guī)范紋理采集需要對(duì)采集時(shí)間、設(shè)備要求和數(shù)據(jù)格式、透視角度、采集環(huán)境、采集記錄要求、文件目錄編寫(xiě)要求、采集原則、采集方法等制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。22三維建模實(shí)現(xiàn)建筑物對(duì)象三維重構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的工作過(guò)程，工作基本流程如下圖:xz紋理鑲貼屠色彩還原創(chuàng)建一維幾何模型三維數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)采集建筑物對(duì)象三維重構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的工作過(guò)程，工作基本流程如下圖:xz紋理鑲貼屠色彩還原創(chuàng)建一維幾何模型三維數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)采集圖1三維建模流程示意圖三維數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)采集三維數(shù)據(jù)的來(lái)源包括：1、通過(guò)向相關(guān)部門(mén)申請(qǐng)獲取規(guī)劃建筑物的設(shè)計(jì)圖紙和文檔資料。2、利用攝影測(cè)量技術(shù)采集橋梁幾何信息（利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)將空間物體轉(zhuǎn)換為三維模型來(lái)獲取）。紋理數(shù)據(jù)采集方法包括：1、利用攝影器材遠(yuǎn)距離設(shè)站在穩(wěn)定光照條件下，多角度分塊拍攝真實(shí)物體獲取紋理數(shù)據(jù)。2、航空攝影測(cè)量，利用飛行平臺(tái)，搭載航拍攝相機(jī)對(duì)橋梁連續(xù)攝取有一定重疊度像片，提取紋理數(shù)據(jù)。三維幾何模型創(chuàng)建如下根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)，利用專(zhuān)業(yè)三維建模軟件完成實(shí)體對(duì)象的三維幾何模型創(chuàng)建。圖所示：

如下圖2三維幾何模型示意圖2.2.3.紋理鑲貼和色彩還原在紋理鑲貼和色彩還原這一過(guò)程中，將拍攝到的實(shí)體的紋理圖，填加到實(shí)體三維模型表面，進(jìn)行相應(yīng)的色彩處理，從而得到實(shí)體對(duì)象的真實(shí)感三維模型。如下圖所示：三維模型展現(xiàn)對(duì)橋梁實(shí)現(xiàn)真三維建模，并將三維模型顯示于三維場(chǎng)景中，將三維建模對(duì)象導(dǎo)入三維地理信息系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)三維模型的展現(xiàn)。對(duì)于三維模型，需要將其固定在一個(gè)圖層中，通過(guò)對(duì)圖層顯隱控制來(lái)實(shí)現(xiàn)三維模型的展示。如下列圖，基本達(dá)到預(yù)期效果。

圖4三維模型展示圖5三維模型展示三維可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)從軟件框架角度和實(shí)際橋梁健康監(jiān)測(cè)的需求出發(fā)，分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合軟件體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和系統(tǒng)擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)性、可復(fù)用性的需要，設(shè)計(jì)橋梁健康監(jiān)測(cè)三維可視化系統(tǒng)的框架和服務(wù)層次，在建立的系統(tǒng)框架和服務(wù)層次基礎(chǔ)上，總體上遵循組件化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，分別設(shè)計(jì)系統(tǒng)系統(tǒng)界面、三維動(dòng)畫(huà)交互功能、橋梁信息的動(dòng)態(tài)維護(hù)、數(shù)據(jù)查詢(xún)、信息導(dǎo)出功能功能。3.1.軟件體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)采用基于多源空間數(shù)據(jù)存貯管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁道路的空間、屬性、圖紙等形式的資料實(shí)現(xiàn)多源、一體化管理，并支持 C/S和B/S結(jié)構(gòu)體系。系統(tǒng)基于DVIEWGLOB的解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁道路所有信息的可視化空間、屬性連接管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維橋梁、病害的再現(xiàn)。3232系統(tǒng)組成橋梁病害三維可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)引擎數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)引擎三維可視化界面內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)外業(yè)數(shù)據(jù)采集內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)Y 3G/4G網(wǎng)絡(luò)GPS（定位）數(shù)碼相機(jī)（病害相片）筆記本電腦（記錄病害信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為了便于業(yè)務(wù)整合和服務(wù)提供，簡(jiǎn)化管理，降低建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，需要制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)：橋梁工程資料包括圖紙、橋梁維護(hù)改建活動(dòng)記錄、橋梁交通屬性等工程資料。橋梁病害數(shù)據(jù)庫(kù)：橋梁損傷程度及病害情況是由一系列物理參數(shù)反映的，主要橋梁病害位置、缺陷類(lèi)型等。空間數(shù)據(jù)庫(kù)三維模型數(shù)據(jù)：包括利用三維建模軟件，根據(jù)采集來(lái)的數(shù)據(jù)所建立起來(lái)的各類(lèi)實(shí)體模型；系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)基本功能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維場(chǎng)景放大、縮小、鷹眼導(dǎo)航、全圖顯示、回到初始視野、測(cè)量距離/面積等功能。橋梁病害漫游功能該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了橋梁場(chǎng)景的繪制和渲染，提供在三維可視化場(chǎng)景中進(jìn)行多模式漫游 ，對(duì)三維橋梁場(chǎng)景進(jìn)行左移、右移、上移、下移等功能，從不同視角游歷場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的全面展示。

圖6橋梁漫游圖7橋梁展示橋梁信息動(dòng)態(tài)維護(hù)功能1、工程資料管理對(duì)全線(xiàn)工程資料進(jìn)行面向養(yǎng)護(hù)對(duì)象的結(jié)構(gòu)化管理，建立起圖紙與病害、結(jié)構(gòu)物相關(guān)聯(lián)的工程資料管理新模式，實(shí)現(xiàn)工程資料的科學(xué)性、合理化管理；為日常養(yǎng)護(hù)工作提供快速、準(zhǔn)確地養(yǎng)護(hù)依據(jù)。

-■班JU片JHM：卩《用4V,TMM?：*3；-■班JU片JHM：卩《用4V,TMM?：*3；fl■IWfSK?~-*?RGMibU/llS#e.fa炳曹沖■a■LMftf■HISINilrArt-itBIWTHT1Uill&tItffFTT■■「"*圖8橋梁工程信息查詢(xún)2、病害信息管理根據(jù)病害的生命周期和工作流程，建立起病害檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)病害的科學(xué)化管理外業(yè)內(nèi)業(yè)推錯(cuò)工層嗟工貿(mào)斜外業(yè)內(nèi)業(yè)推錯(cuò)工層嗟工貿(mào)斜圖9病害業(yè)務(wù)流程3?44 病害信息查詢(xún)功能系統(tǒng)對(duì)三維數(shù)據(jù)和橋梁管理養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，在三維可視化GIS中可對(duì)場(chǎng)景內(nèi)的任意節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)屬性信息的查詢(xún)。屬性信息可以通過(guò)文字、數(shù)據(jù)、 圖紙、圖像以及多媒體等形式表現(xiàn)出來(lái)。用戶(hù)可以通過(guò)停放、