基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

劉昌敏

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著地理信息系統(tǒng)[1]技術(shù)的快速發(fā)展，空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和方法的不斷進步，對空間數(shù)據(jù)的處理與分析變得相對成熟，地理信息系統(tǒng)在智慧城市的各個方面也取得了越來越多的成果[2]。道路交通作為最貼近大眾生活的領(lǐng)域之一，其GIS的普及程度也越來越廣[3]，尤其是近年來WebGIS[4-5]技術(shù)的出現(xiàn)推動了基于網(wǎng)絡(luò)和GIS技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，以網(wǎng)絡(luò)為載體，GIS成為了道路交通信息傳播的重要媒介，各個細分領(lǐng)域的應(yīng)用相繼出現(xiàn)，服務(wù)于大眾或者政府單位[6-8]。

更直觀的信息獲取與展示往往更能從空間分布特征、某一特征標識上反應(yīng)數(shù)據(jù)的變化趨勢和變化軌跡。本文實現(xiàn)基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)以三維的方式真實展現(xiàn)道路橋梁的分布特征，為用戶提供橋梁基本信息的查詢之余，更是直觀呈現(xiàn)其地域分布情況。用戶可通過對同一橋梁的檢測和養(yǎng)護信息進行統(tǒng)計分析，發(fā)掘其背后所依托的養(yǎng)護單位、建設(shè)單位的質(zhì)量成果，以及環(huán)境的作用影響，從而達到以橋管橋、以橋管人的效果。

1 基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息管理建設(shè)驅(qū)動力分析

1.1 橋梁空間數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合

本文采用以圖管橋的方式，以天地圖的道路數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)作為底圖，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)橋梁的圖形化交互式管理。為實現(xiàn)橋梁的二三維一體化管理，需將橋梁模型在構(gòu)件層次進行單體化，對每個構(gòu)件進行獨立的屬性管理。基于MapGISIGServer提供的三維控件，可實現(xiàn)橋梁三維模型在天地圖底圖之上的三維渲染。作為交互查詢和分析的地圖數(shù)據(jù)來源于三維模型層，可使用MapGIS平臺將其制作成地圖文檔在網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)平臺中發(fā)布；非交互式查詢所使用的數(shù)據(jù)存放于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，可在Sql Server、Oracle等商業(yè)數(shù)據(jù)庫中配置。

1.2 橋梁二三維一體化交互與數(shù)據(jù)管理

要實現(xiàn)真三維場景下橋梁信息的交互與管理，需要支持二維天地圖疊加真三維模型，更真實展現(xiàn)橋梁及其所處的自然環(huán)境、地理位置。在三維場景下需支持多元化的數(shù)據(jù)查詢，以交互或非交互方式，從模型層和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫獲取橋梁三維模型信息和業(yè)務(wù)信息，模型數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的標識需要進行對接，以便能夠在三維場景中對單體化后的橋梁構(gòu)建的檢測和養(yǎng)護業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行聯(lián)動檢索與編輯。為便于對橋梁檢測與養(yǎng)護數(shù)據(jù)進行定期監(jiān)測，需支持數(shù)據(jù)的多維統(tǒng)計分析，分別從不同角度對不同關(guān)注點進行統(tǒng)計展示。

2 基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)采用前后臺分離架構(gòu)，服務(wù)端以REST服務(wù)形式提供操作底層橋梁數(shù)據(jù)庫的各類接口，客戶端采用Ajax請求方式訪問REST服務(wù)。系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層、路橋數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)內(nèi)核、服務(wù)層和應(yīng)用層5個部分組成。

圖1 GIS網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室體系架構(gòu)

a）基礎(chǔ)設(shè)施層 基礎(chǔ)設(shè)施層用于構(gòu)建三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境。

b）路橋數(shù)據(jù)中心層 數(shù)據(jù)中心層用于存儲三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)需要的各種數(shù)據(jù)，包括橋梁信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和橋梁地理空間數(shù)據(jù)。

c）基礎(chǔ)內(nèi)核層 三維橋梁養(yǎng)護檢測信息系統(tǒng)是基于GIS平臺構(gòu)建的服務(wù)端，需要依賴GIS平臺的基礎(chǔ)內(nèi)核，在之上構(gòu)建橋梁數(shù)據(jù)管理的各種數(shù)據(jù)服務(wù)。

d）服務(wù)層 該層在GIS平臺基礎(chǔ)內(nèi)核之上，提供操作底層各種橋梁數(shù)據(jù)庫的REST服務(wù)接口，針對每個橋梁數(shù)據(jù)庫，提供橋梁業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)的添加、查詢、更新和刪除接口。

e）應(yīng)用層 客戶端采用純Html+Javascript的方式構(gòu)建三維橋梁養(yǎng)護檢測信息交互系統(tǒng)，客戶端提供的功能模塊根據(jù)不同的用戶類型而不同，針對管理用戶，主要提供橋梁數(shù)據(jù)、養(yǎng)護數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)的管理和統(tǒng)計功能；針對橋梁養(yǎng)護單位，主要提供橋梁養(yǎng)護數(shù)據(jù)管理功能；針對橋梁檢測單位，主要提供橋梁檢測數(shù)據(jù)的錄入編輯和檢索功能。

3 基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息管理功能與流程設(shè)計

3.1 橋梁養(yǎng)護檢測信息管理功能結(jié)構(gòu)

圖2 三維橋梁養(yǎng)護檢測信息管理功能設(shè)計

3.2 橋梁養(yǎng)護檢測信息管理流程設(shè)計

基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息的系統(tǒng)流程如圖3所示。系統(tǒng)提供了天地圖的道路數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)作為底圖，對查詢或分析操作提供了三維模型數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，交互式查詢使用三維模型數(shù)據(jù)進行，業(yè)務(wù)信息的查詢與分析基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。針對具體的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過后臺服務(wù)查詢得到查詢結(jié)果，然后前端進行結(jié)果展示、統(tǒng)計或者更深層次的關(guān)聯(lián)查詢。

圖3 三維橋梁養(yǎng)護檢測信息管理流程設(shè)計

4 基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測信息管理系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 橋梁數(shù)據(jù)檢索

關(guān)鍵字、行政區(qū)查詢模塊提供了針對于模型數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行查詢的功能，查詢得到橋梁基本信息、橋梁一般資料卡；并提供依據(jù)橋梁繼續(xù)查詢橋梁的構(gòu)件信息、構(gòu)件的檢測歷史記錄、構(gòu)件的檢測詳情。

4.2 橋梁管理

系統(tǒng)實現(xiàn)了橋梁檢測信息查詢、橋梁養(yǎng)護信息查詢、橋梁檢測功能。橋梁檢測、養(yǎng)護信息查詢通過設(shè)置起止時間，查詢該時間段內(nèi)檢測、未檢測的橋梁信息和該時間段內(nèi)完成或未完成檢測、養(yǎng)護工作的橋梁的信息。橋梁檢測通過點擊查詢功能查到橋梁后，彈出橋梁檢測信息錄入頁面，將橋梁檢測基本信息進行錄入，保存到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與橋梁模型圖層使用ID進行關(guān)聯(lián)。

4.3 橋梁構(gòu)件數(shù)據(jù)管理

針對橋梁構(gòu)件，實現(xiàn)了橋梁構(gòu)件拾取、構(gòu)件查詢和構(gòu)件檢測等橋梁構(gòu)件管理功能。

4.4 橋梁養(yǎng)護檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

為便于對橋梁養(yǎng)護檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)的橋梁檢測統(tǒng)計模塊提供了檢測信息統(tǒng)計、建筑單位評價和養(yǎng)護單位評價三類統(tǒng)計信息。

5 總結(jié)

本文研究的基于WebGIS的三維橋梁養(yǎng)護檢測系統(tǒng)提供了屬性查詢與空間交互式查詢，可快速檢索獲取橋梁數(shù)據(jù)，并可在三維場景中繼續(xù)瀏覽橋梁詳情、查詢橋梁構(gòu)件信息、查詢構(gòu)件歷史檢測記錄、檢測報告詳情；同時，用戶還可以直接與地圖交互，直接通過鼠標交互方式進行橋梁模型的直接拾取，查詢構(gòu)件詳情。

基于橋梁養(yǎng)護和檢測數(shù)據(jù)，以多維統(tǒng)計圖表的方式為用戶提供統(tǒng)計分析功能，可根據(jù)用戶所關(guān)心的指標直觀展現(xiàn)橋梁的問題數(shù)量，養(yǎng)護單位的養(yǎng)護情況、建設(shè)單位所建設(shè)大橋的檢測情況，從而為后期橋梁工程的招投標、以及橋梁的狀態(tài)監(jiān)測跟蹤提供長期的技術(shù)支撐。