GIS技术在高速公路桥梁管理中的应用

刘勋

招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆全通工程建设管理有限公司 重庆 400060

前言

高速公路桥梁管理信息系统通过对高速公路桥梁综合状况进行科学监测分析，有利于提升高速公路桥梁工程管理水平，因此对基于GIS的高速公路桥梁工程管理系统进行详细探究迫在眉睫。

1 GIS技术概述

高速公路GIS监控网络管理系统的开发，会将不同的监控范围进行区分，保证每个监控范围内的监控管理系统能够独立运行，不同的监控系统之间不会产生干扰因素，同时，各监控网络管理系统是由相关部门进行统一监督与管理的，通过统一的管理减少中间环节，能够保证并提高管理系统的工作效率与工作质量。

2 基于高速公路桥梁管理的GIS管理系统设计

2.1 功能结构设计

在充分借鉴国内外公路桥梁管理系统先进经验的基础上，选择ArcGISServer作为开发工具，借助数据库技术、软件工程技术与传感器技术，并结合C#，ASP.NETAja、和SQLServer2012数据库，开发出能够真实反映桥梁相关信息与当前状态，并能够对公路桥梁健康状态进行科学评价的公路桥梁管理信息系统。

2.2 数据库设计

空间数据库是由动态数据库、分析评价结果数据库以及静态数据库所组成的，其主要作用是管理从传感器采集来的监测数据、公路桥梁与传感器的信息与各类分析评价的结果。建立静态数据库存贮那些不变或较少变化的静态空间与属性数据；建立动态数据库存贮随时间变化的监测数据，动态数据库需要定期备份和更新，可以被不同用户所共享；建立分析评价结果数据库存贮公路桥梁分析与健康评价结果。

3 系统主要模块设计

3.1 系统参数设置

系统参数设置模块提供人机交互界面，使得开发人员与用户可以方便地改变系统参数设置，并可以按照不同的级别对登录人员进行使用授权，有利于系统安全和数据信息查看、数据正确录入等。

3.2 数据采集与监测

数据采集与监测模块通过激光测量装置、摄影测量装置、疲劳探测仪、位移传感器、加速度计等设备完成公路桥梁压力、结构和振动等参数采集、实时监测、远程传输及系统导入功能，为其他相关模块提供监测数据源，从而满足数据处理、分析、评价、决策与维护等的需要。其中，可将无线传输模块部署在桥梁附近，实现对公路桥梁的传感器数据进行采集和传输。采集数据通过GPRS/CDMA通讯模块、TCP/IP通讯模块和串口通信模块可传入公路桥梁信息系统控制组件，并贮存入数据库。

公路桥梁数据采集与监测的内容注意包括以下几点：①公路桥梁工作环境，具体包括工程所处环境温度、风速风向、交通载荷及其分布情况。②三维位移监测。主要包括塔偏、主梁挠度及伸缩缝（裂缝）位移监测。结合三维位移监测数据与工作环境监测数据，可进一步分析位移与温度之间的关系、位移与车辆载荷的关系、位移与风速的关系等。③公路桥梁力学性能监测，具体包括公路桥梁应力变化、振动频率等。

以基于数字摄影测量的伸缩缝（裂缝）位移监测方法为例。首先使用数码相机对桥梁裂缝进行拍摄，采集裂缝的单张影像，如图1所示；其次在相机标定的基础上完成对原始影像的畸变纠正；然后使用Wont-Trinder圆点定位算子自动定位出10个控制点并进行二维直接线性变换，将影像投影于物方空间；最后，采用基于卡方检验的边缘检测算子精确提取出裂缝边缘，并用最短距离法计算出裂缝的宽度，实现公路桥梁裂缝的位移监测。

图1 基于摄影测量的公路桥梁裂缝位移监测

3.3 数据管理与显示

数据管理与显示模块实现对结构静态数据和动态数据的管理与可视化显示，提供空间数据与属性数据的维护、定位与报表打印，以及空间数据三维可视化显示等功能。系统中的数据实行数据库分级存储与管理，可以进行桥梁信息的查询、管理与报表输出。通过报表处理模块，可以进行实时监测数据和历史统计数据的自动提取，并根据要求生成日报表、月报表与年报表等。报表内容包括监测数据单项统计、技术状况统计、维修数量统计、维修经费统计、公路桥梁结构健康评价等。系统提供数据的可视化显示功能，可以导入整合各类原始采集与监测数据，进行解算与初步分析，并对分析处理结果以三维图表等形式进行可视化显示，并且方便用户在客户端进行查看。另外，使用影像全站仪和激光扫描仪等设备构建公路桥梁的三维模型，全方位查看公路桥梁的结构与局部部件，真实地反映公路桥梁局部部件之间位置和与整体之间的关系，为进一步进行结构分析和公路桥梁健康评价提供翔实的数据准备。

3.4 数据分析与健康评价

数据分析与健康评价模块提供数据的监测、查询与统计，以及变形预测分析、公路桥梁健康评价等核心功能，并提供各种分析评价报告的查询、显示、打印和下载功能。此模块是该系统的核心，采用算法仓库，针对各类信息进行相应的处理，以保证数据的有效性和可用。

4 结束语

综上所述，本文主要对基于GIS的高速公路桥梁管理系统的构建方式进行详细探究，根据本文分析，通过将GIS技术应用于高速公路桥梁管理中，通过构建数据库与信息共享网络平台，能够进一步提高信息与数据的整合能力，全面提高高速公路桥梁管理水平。