GIS技術在高速公路橋梁管理中的應用

劉勛

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

前言

高速公路橋梁管理信息系統通過對高速公路橋梁綜合狀況進行科學監測分析，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進行詳細探究迫在眉睫。

1 GIS技術概述

高速公路GIS監控網絡管理系統的開發，會將不同的監控范圍進行區分，保證每個監控范圍內的監控管理系統能夠獨立運行，不同的監控系統之間不會產生干擾因素，同時，各監控網絡管理系統是由相關部門進行統一監督與管理的，通過統一的管理減少中間環節，能夠保證并提高管理系統的工作效率與工作質量。

2 基于高速公路橋梁管理的GIS管理系統設計

2.1 功能結構設計

在充分借鑒國內外公路橋梁管理系統先進經驗的基礎上，選擇ArcGISServer作為開發工具，借助數據庫技術、軟件工程技術與傳感器技術，并結合C#，ASP.NETAja、和SQLServer2012數據庫，開發出能夠真實反映橋梁相關信息與當前狀態，并能夠對公路橋梁健康狀態進行科學評價的公路橋梁管理信息系統。

2.2 數據庫設計

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

3 系統主要模塊設計

3.1 系統參數設置

系統參數設置模塊提供人機交互界面，使得開發人員與用戶可以方便地改變系統參數設置，并可以按照不同的級別對登錄人員進行使用授權，有利于系統安全和數據信息查看、數據正確錄入等。

3.2 數據采集與監測

數據采集與監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、加速度計等設備完成公路橋梁壓力、結構和振動等參數采集、實時監測、遠程傳輸及系統導入功能，為其他相關模塊提供監測數據源，從而滿足數據處理、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，實現對公路橋梁的傳感器數據進行采集和傳輸。采集數據通過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控制組件，并貯存入數據庫。

公路橋梁數據采集與監測的內容注意包括以下幾點：①公路橋梁工作環境，具體包括工程所處環境溫度、風速風向、交通載荷及其分布情況。②三維位移監測。主要包括塔偏、主梁撓度及伸縮縫（裂縫）位移監測。結合三維位移監測數據與工作環境監測數據，可進一步分析位移與溫度之間的關系、位移與車輛載荷的關系、位移與風速的關系等。③公路橋梁力學性能監測，具體包括公路橋梁應力變化、振動頻率等。

以基于數字攝影測量的伸縮縫（裂縫）位移監測方法為例。首先使用數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；其次在相機標定的基礎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，實現公路橋梁裂縫的位移監測。

圖1 基于攝影測量的公路橋梁裂縫位移監測

3.3 數據管理與顯示

數據管理與顯示模塊實現對結構靜態數據和動態數據的管理與可視化顯示，提供空間數據與屬性數據的維護、定位與報表打印，以及空間數據三維可視化顯示等功能。系統中的數據實行數據庫分級存儲與管理，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，可以進行實時監測數據和歷史統計數據的自動提取，并根據要求生成日報表、月報表與年報表等。報表內容包括監測數據單項統計、技術狀況統計、維修數量統計、維修經費統計、公路橋梁結構健康評價等。系統提供數據的可視化顯示功能，可以導入整合各類原始采集與監測數據，進行解算與初步分析，并對分析處理結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備構建公路橋梁的三維模型，全方位查看公路橋梁的結構與局部部件，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系，為進一步進行結構分析和公路橋梁健康評價提供翔實的數據準備。

3.4 數據分析與健康評價

數據分析與健康評價模塊提供數據的監測、查詢與統計，以及變形預測分析、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。此模塊是該系統的核心，采用算法倉庫，針對各類信息進行相應的處理，以保證數據的有效性和可用。

4 結束語

綜上所述，本文主要對基于GIS的高速公路橋梁管理系統的構建方式進行詳細探究，根據本文分析，通過將GIS技術應用于高速公路橋梁管理中，通過構建數據庫與信息共享網絡平臺，能夠進一步提高信息與數據的整合能力，全面提高高速公路橋梁管理水平。