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(jīng)濟建設(shè)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(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，荷載的長期靜、動力效應(yīng)、疲勞效應(yīng)，車輛、咫風、地震、船舶撞擊等共同作用下，橋梁結(jié)構(gòu)各部分在遠沒有達到設(shè)計年限前就產(chǎn)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(chǎn)和經(jīng)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(yù)知橋梁病害程度，盡早采取應(yīng)對措施，避免不堪設(shè)想的嚴重后果。采用三維GIS技術(shù)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(wù)為信息來源，覆蓋橋梁養(yǎng)護管理的各方面業(yè)務(wù)；系統(tǒng)以橋梁道路設(shè)施數(shù)據(jù)庫為核心，實現(xiàn)橋梁道路病害信息的采集、存貯、分析與應(yīng)用，為用戶提供病害數(shù)據(jù)采集、病害處理、維修工程資料管理、基礎(chǔ)信息查詢?yōu)g覽、竣工圖紙查詢?yōu)g覽、道路技術(shù)指標分析預(yù)測理等包括圖、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(gòu)。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(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(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(xiàn)建筑物對象三維重構(gòu)是一個復(fù)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(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)采集建筑物對象三維重構(gòu)是一個復(fù)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(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)的來源包括：1、通過向相關(guān)部門申請獲取規(guī)劃建筑物的設(shè)計圖紙和文檔資料。2、利用攝影測量技術(shù)采集橋梁幾何信息（利用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)將空間物體轉(zhuǎn)換為三維模型來獲?。?。紋理數(shù)據(jù)采集方法包括：1、利用攝影器材遠距離設(shè)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(shù)據(jù)。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(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(yīng)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(xiàn)對橋梁實現(xiàn)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(xiàn)三維模型的展現(xiàn)。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(xiàn)三維模型的展示。如下列圖，基本達到預(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(shè)計要點，結(jié)合軟件體系結(jié)構(gòu)的特點和系統(tǒng)擴展性、動態(tài)性、可復(fù)用性的需要，設(shè)計橋梁健康監(jiān)測三維可視化系統(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)計模式，分別設(shè)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(shù)據(jù)查詢、信息導出功能功能。3.1.軟件體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫采用基于多源空間數(shù)據(jù)存貯管理，實現(xiàn)對橋梁道路的空間、屬性、圖紙等形式的資料實現(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，實現(xiàn)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(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)庫空間數(shù)據(jù)引擎數(shù)據(jù)庫空間數(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（病害相片）筆記本電腦（記錄病害信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)標準規(guī)范為了便于業(yè)務(wù)整合和服務(wù)提供，簡化管理，降低建設(shè)成本和運營維護成本，需要制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準規(guī)范。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫工程信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫：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、缺陷類型等?？臻g數(shù)據(jù)庫三維模型數(shù)據(jù)：包括利用三維建模軟件，根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)所建立起來的各類實體模型；系統(tǒng)功能設(shè)計基本功能系統(tǒng)可實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(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，實現(xiàn)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(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，實現(xiàn)對病害的科學化管理外業(yè)內(nèi)業(yè)推錯工層嗟工貿(mào)斜外業(yè)內(nèi)業(yè)推錯工層嗟工貿(mào)斜圖9病害業(yè)務(wù)流程3?44 病害信息查詢功能系統(tǒng)對三維數(shù)據(jù)和橋梁管理養(yǎng)護業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行了關(guān)聯(lián)，在三維可視化GIS中可對場景內(nèi)的任意節(jié)點進行相關(guān)屬性信息的查詢。屬性信息可以通過文字、數(shù)據(jù)、 圖紙、圖像以及多媒體等形式表現(xiàn)出來。用戶可以通過停放、