桥梁健康三维可视化平台解决方案

桥梁健康三维可视化平台解决方案
1.概述
古往今来，桥梁作为交通大动脉的主干枢纽，在国民经济建设与社会发展中发挥着极为重要的作用。

然而，桥梁在建成后的服役期内，在内部因素材料自身性能的不断退化和外部因素气候、有害物质侵蚀，荷载的长期静、动力效应、疲劳效应，车辆、咫风、地震、船舶撞击等共同作用下，桥梁结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化，在极端情况下导致各类桥梁事故频繁发生。

这些事故给人民生命财产和经济带来了巨大的损失，惨痛的教训启示着人们寻找一种有效维护在役桥梁运营状况方法，从而提前预知桥梁病害程度，尽早采取应对措施，避免不堪设想的严重后果。

采用三维GIS技术进行三维建模，并将桥梁病害信息动态显示在三维视图中，可提高病害描述的准确性和直观性，为养护决策提供正确的信息支持。

本系统以桥梁养护管理业务为信息来源，覆盖桥梁养护管理的各方面业务；系统以桥梁道路设施数据库为核心，实现桥梁道路病害信息的采集、存贮、分析与应用，为用户提供病害数据采集、病害处理、维修工程资料管理、基础信息查询浏览、竣工图纸查询浏览、道路技术指标分析预测理等包括图、文、表等各种信息在内的一体化信息服务。

2.三维场景建模
在稳定光照条件下的多角度真实物体拍摄，运用三维建模软件等生成可交互的立体影像，对桥梁进行三维重构。

三维建模成果将导入三维地理信息系统，帮助工作人员对桥梁进行病害维护。

建模成果将依照桥梁的外观，对其外观、形状、布局、纹理等进行真实还原，建筑物的体积及占地面积按照实物大小进行等比例缩小。

同时，为了达到仿真效果，对其周边的道路、树木等参照物也进行三维建模，在三维系统中真实还原桥梁周边的实景。

2.1.标准规范体系建设
为了适应桥梁病害管理的需要，需要统一三维建模、野外纹理采集规范等，为桥梁病害管理提供正确的基础数据。

2.1.1.三维建模规范
三维模型制作标准主要包括：1）模型坐标系2）模型的基本单位3）模型的制作4）模型定位参考点5）模型的高度6）样条曲线∕面的使用7）相片处理8）纹理映射9）模型的制作工具与成果提交形式等方面。

2.1.2.纹理采集规范
纹理采集需要对采集时间、设备要求和数据格式、透视角度、采集环境、采集记录要求、文件目录编写要求、采集原则、采集方法等制定统一标准。

2.2.三维建模实现
建筑物对象三维重构是一个复杂的工作过程，工作基本流程如下图：
图 1三维建模流程示意图
2.2.1.三维数据和纹理数据采集
三维数据的来源包括：1、通过向相关部门申请获取规划建筑物的设计图纸和文档资料。

2、利用摄影测量技术采集桥梁几何信息（利用数字摄影测量系统将空间物体转换为三维模型来获取）。

纹理数据采集方法包括：1、利用摄影器材远距离设站在稳定光照条件下，多角度分块拍摄真实物体获取纹理数据。

2、航空摄影测量，利用飞行平台，搭载航拍摄相机对桥梁连续摄取有一定重叠度像片，提取纹理数据。

2.2.2.三维几何模型创建
根据获取的三维数据，利用专业三维建模软件完成实体对象的三维几何模型创建。

如下图所示：
图 2 三维几何模型示意图
2.2.
3.纹理镶贴和色彩还原
在纹理镶贴和色彩还原这一过程中，将拍摄到的实体的纹理图，填加到实体三维模型表
面，进行相应的色彩处理，从而得到实体对象的真实感三维模型。

如下图所示：
图 3三维模型示意图
2.3.三维模型展现
对桥梁实现真三维建模，并将三维模型显示于三维场景中，将三维建模对象导入三维地
理信息系统中，实现三维模型的展现。

对于三维模型，需要将其固定在一个图层中，通过对
图层显隐控制来实现三维模型的展示。

如下列图，基本达到预期效果。

图 4 三维模型展示
图 5 三维模型展示
3.三维可视化系统设计
从软件框架角度和实际桥梁健康监测的需求出发，分析系统设计要点，结合软件体系结构的特点和系统扩展性、动态性、可复用性的需要，设计桥梁健康监测三维可视化系统的框架和服务层次，在建立的系统框架和服务层次基础上，总体上遵循组件化结构的设计模式，分别设计系统系统界面、三维动画交互功能、桥梁信息的动态维护、数据查询、信息导出功能功能。

3.1.软件体系结构
数据库采用基于多源空间数据存贮管理，实现对桥梁道路的空间、属性、图纸等形式的资料实现多源、一体化管理，并支持C/S和B/S结构体系。

系统基于DVIEWGLOBE 的解决方案，实现对桥梁道路所有信息的可视化空间、属性连接管理，同时实现三维桥梁、病害的再现。

3.2. 系统组成 桥梁病害三维可视化系统
数据库三维可视化界面外业数据采集
内部网络内部网络3G/4G 网络GPS （定位）
数码相机（病害相片）
笔记本电脑（记录病害
信息）空间数据引擎
3.3. 系统数据库设计
3.3.1. 数据标准规范
为了便于业务整合和服务提供，简化管理，降低建设成本和运营维护成本，需要制定统一的数据标准规范。

3.3.2. 业务数据库
工程信息数据库：桥梁工程资料包括图纸、桥梁维护改建活动记录、桥梁交通属性等工程资料。

桥梁病害数据库：桥梁损伤程度及病害情况是由一系列物理参数反映的，主要桥梁病害位置、缺陷类型等。

3.3.3. 空间数据库
三维模型数据：包括利用三维建模软件，根据采集来的数据所建立起来的各类实体模型；
3.4. 系统功能设计
3.4.1. 基本功能
系统可实现对三维场景放大、缩小、鹰眼导航、全图显示、回到初始视野、测量距离/面积等功能。

3.4.2.桥梁病害漫游功能
该系统实现了桥梁场景的绘制和渲染，提供在三维可视化场景中进行多模式漫游,对三维桥梁场景进行左移、右移、上移、下移等功能，从不同视角游历场景，实现对桥梁的全面展示。

图6桥梁漫游
图7桥梁展示
3.4.3.桥梁信息动态维护功能
1、工程资料管理
对全线工程资料进行面向养护对象的结构化管理，建立起图纸与病害、结构物相关联的工程资料管理新模式，实现工程资料的科学性、合理化管理；为日常养护工作提供快速、准确地养护依据。

图8 桥梁工程信息查询
2、病害信息管理
根据病害的生命周期和工作流程，建立起病害档案，实现对病害的科学化管理。

图9 病害业务流程
3.4.4.病害信息查询功能
系统对三维数据和桥梁管理养护业务数据进行了关联,在三维可视化GIS中可对场景内的任意节点进行相关属性信息的查询。

属性信息可以通过文字、数据、图纸、图像以及多媒体等形式表现出来。

用户可以通过停放、点击桥梁部件点，读取数据库并显示相关信息，包括病害信息、记录信息等。

并且系统能够实现病害等的检索查询，并且通过病害统计功能实现对病害类型的统计分类。

图10桥梁三维病害显示
3.4.5.病害信息导出功能
通过病害信息查询功能，生成病害信息报表，支持将病害信息导出到WORD和EXCEL，并支持打印预览功能。