橋梁健康三維可視化平臺解決方案

橋梁健康三維可視化平臺解決方案概述古往今來，橋梁作為交通大動脈的主干樞紐，在國民經濟建設與社會發(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，在內部因素材料自身性能的不斷退化和外部因素氣候、有害物質侵蝕，荷載的長期靜、動力效應、疲勞效應，車輛、咫風、地震、船舶撞擊等共同作用下，橋梁結構各部分在遠沒有達到設計年限前就產生不同程度的損傷和劣化，在極端情況下導致各類橋梁事故頻繁發(fā)生。這些事故給人民生命財產和經濟帶來了巨大的損失，慘痛的教訓啟示著人們尋找一種有效維護在役橋梁運營狀況方法，從而提前預知橋梁病害程度，盡早采取應對措施，避免不堪設想的嚴重后果。采用三維GIS技術進行三維建模，并將橋梁病害信息動態(tài)顯示在三維視圖中，可提高病害描述的準確性和直觀性，為養(yǎng)護決策提供正確的信息支持。本系統(tǒng)以橋梁養(yǎng)護管理業(yè)務為信息來源，覆蓋橋梁養(yǎng)護管理的各方面業(yè)務；系統(tǒng)以橋梁道路設施數據庫為核心，實現橋梁道路病害信息的采集、存貯、分析與應用，為用戶提供病害數據采集、病害處理、維修工程資料管理、基礎信息查詢?yōu)g覽、竣工圖紙查詢?yōu)g覽、道路技術指標分析預測理等包括圖、文、表等各種信息在內的一體化信息服務。三維場景建模在穩(wěn)定光照條件下的多角度真實物體拍攝，運用三維建模軟件等生成可交互的立體影像，對橋梁進行三維重構。三維建模成果將導入三維地理信息系統(tǒng)，幫助工作人員對橋梁進行病害維護。建模成果將依照橋梁的外觀，對其外觀、形狀、布局、紋理等進行真實還原，建筑物的體積及占地面積按照實物大小進行等比例縮小。同時，為了達到仿真效果，對其周邊的道路、樹木等參照物也進行三維建模，在三維系統(tǒng)中真實還原橋梁周邊的實景。標準規(guī)范體系建設為了適應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數據。三維建模規(guī)范三維模型制作標準主要包括：1）模型坐標系2）模型的基本單位3）模型的制作4）模型定位參考點5）模型的高度6）樣條曲線/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)范紋理采集需要對采集時間、設備要求和數據格式、透視角度、采集環(huán)境、采集記錄要求、文件目錄編寫要求、采集原則、采集方法等制定統(tǒng)一標準。22三維建模實現建筑物對象三維重構是一個復雜的工作過程，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據和紋理數據采集建筑物對象三維重構是一個復雜的工作過程，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據和紋理數據采集圖1三維建模流程示意圖三維數據和紋理數據采集三維數據的來源包括：1、通過向相關部門申請獲取規(guī)劃建筑物的設計圖紙和文檔資料。2、利用攝影測量技術采集橋梁幾何信息（利用數字攝影測量系統(tǒng)將空間物體轉換為三維模型來獲?。＜y理數據采集方法包括：1、利用攝影器材遠距離設站在穩(wěn)定光照條件下，多角度分塊拍攝真實物體獲取紋理數據。2、航空攝影測量，利用飛行平臺，搭載航拍攝相機對橋梁連續(xù)攝取有一定重疊度像片，提取紋理數據。三維幾何模型創(chuàng)建如下根據獲取的三維數據，利用專業(yè)三維建模軟件完成實體對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程中，將拍攝到的實體的紋理圖，填加到實體三維模型表面，進行相應的色彩處理，從而得到實體對象的真實感三維模型。如下圖所示：三維模型展現對橋梁實現真三維建模，并將三維模型顯示于三維場景中，將三維建模對象導入三維地理信息系統(tǒng)中，實現三維模型的展現。對于三維模型，需要將其固定在一個圖層中，通過對圖層顯隱控制來實現三維模型的展示。如下列圖，基本達到預期效果。

圖4三維模型展示圖5三維模型展示三維可視化系統(tǒng)設計從軟件框架角度和實際橋梁健康監(jiān)測的需求出發(fā)，分析系統(tǒng)設計要點，結合軟件體系結構的特點和系統(tǒng)擴展性、動態(tài)性、可復用性的需要，設計橋梁健康監(jiān)測三維可視化系統(tǒng)的框架和服務層次，在建立的系統(tǒng)框架和服務層次基礎上，總體上遵循組件化結構的設計模式，分別設計系統(tǒng)系統(tǒng)界面、三維動畫交互功能、橋梁信息的動態(tài)維護、數據查詢、信息導出功能功能。3.1.軟件體系結構數據庫采用基于多源空間數據存貯管理，實現對橋梁道路的空間、屬性、圖紙等形式的資料實現多源、一體化管理，并支持 C/S和B/S結構體系。系統(tǒng)基于DVIEWGLOB的解決方案，實現對橋梁道路所有信息的可視化空間、屬性連接管理，同時實現三維橋梁、病害的再現。3232系統(tǒng)組成橋梁病害三維可視化系統(tǒng)數據庫空間數據引擎數據庫空間數據引擎三維可視化界面內部網絡外業(yè)數據采集內部網絡Y 3G/4G網絡GPS（定位）數碼相機（病害相片）筆記本電腦（記錄病害信系統(tǒng)數據庫設計數據標準規(guī)范為了便于業(yè)務整合和服務提供，簡化管理，降低建設成本和運營維護成本，需要制定統(tǒng)一的數據標準規(guī)范。業(yè)務數據庫工程信息數據庫：橋梁工程資料包括圖紙、橋梁維護改建活動記錄、橋梁交通屬性等工程資料。橋梁病害數據庫：橋梁損傷程度及病害情況是由一系列物理參數反映的，主要橋梁病害位置、缺陷類型等。空間數據庫三維模型數據：包括利用三維建模軟件，根據采集來的數據所建立起來的各類實體模型；系統(tǒng)功能設計基本功能系統(tǒng)可實現對三維場景放大、縮小、鷹眼導航、全圖顯示、回到初始視野、測量距離/面積等功能。橋梁病害漫游功能該系統(tǒng)實現了橋梁場景的繪制和渲染，提供在三維可視化場景中進行多模式漫游 ，對三維橋梁場景進行左移、右移、上移、下移等功能，從不同視角游歷場景，實現對橋梁的全面展示。

圖6橋梁漫游圖7橋梁展示橋梁信息動態(tài)維護功能1、工程資料管理對全線工程資料進行面向養(yǎng)護對象的結構化管理，建立起圖紙與病害、結構物相關聯(lián)的工程資料管理新模式，實現工程資料的科學性、合理化管理；為日常養(yǎng)護工作提供快速、準確地養(yǎng)護依據。

-■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2、病害信息管理根據病害的生命周期和工作流程，建立起病害檔案，實現對病害的科學化管理外業(yè)內業(yè)推錯工層嗟工貿斜外業(yè)內業(yè)推錯工層嗟工貿斜圖9病害業(yè)務流程3?44 病害信息查詢功能系統(tǒng)對三維數據和橋梁管理養(yǎng)護業(yè)務數據進行了關聯(lián)，在三維可視化GIS中可對場景內的任意節(jié)點進行相關屬性信息的查詢。屬性信息可以通過文字、數據、 圖紙、圖像以及多媒體等形式表現出來。用戶可以通過停放、