基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息系统设计与应用

刘昌敏

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着地理信息系统[1]技术的快速发展，空间数据挖掘技术和方法的不断进步，对空间数据的处理与分析变得相对成熟，地理信息系统在智慧城市的各个方面也取得了越来越多的成果[2]。道路交通作为最贴近大众生活的领域之一，其GIS的普及程度也越来越广[3]，尤其是近年来WebGIS[4-5]技术的出现推动了基于网络和GIS技术的应用系统的开发，以网络为载体，GIS成为了道路交通信息传播的重要媒介，各个细分领域的应用相继出现，服务于大众或者政府单位[6-8]。

更直观的信息获取与展示往往更能从空间分布特征、某一特征标识上反应数据的变化趋势和变化轨迹。本文实现基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息系统以三维的方式真实展现道路桥梁的分布特征，为用户提供桥梁基本信息的查询之余，更是直观呈现其地域分布情况。用户可通过对同一桥梁的检测和养护信息进行统计分析，发掘其背后所依托的养护单位、建设单位的质量成果，以及环境的作用影响，从而达到以桥管桥、以桥管人的效果。

1 基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息管理建设驱动力分析

1.1 桥梁空间数据与业务数据融合

本文采用以图管桥的方式，以天地图的道路数据和影像数据作为底图，在此基础上实现桥梁的图形化交互式管理。为实现桥梁的二三维一体化管理，需将桥梁模型在构件层次进行单体化，对每个构件进行独立的属性管理。基于MapGISIGServer提供的三维控件，可实现桥梁三维模型在天地图底图之上的三维渲染。作为交互查询和分析的地图数据来源于三维模型层，可使用MapGIS平台将其制作成地图文档在网络地理信息服务平台中发布；非交互式查询所使用的数据存放于业务数据库，可在Sql Server、Oracle等商业数据库中配置。

1.2 桥梁二三维一体化交互与数据管理

要实现真三维场景下桥梁信息的交互与管理，需要支持二维天地图叠加真三维模型，更真实展现桥梁及其所处的自然环境、地理位置。在三维场景下需支持多元化的数据查询，以交互或非交互方式，从模型层和业务数据库获取桥梁三维模型信息和业务信息，模型数据与业务数据中的标识需要进行对接，以便能够在三维场景中对单体化后的桥梁构建的检测和养护业务数据进行联动检索与编辑。为便于对桥梁检测与养护数据进行定期监测，需支持数据的多维统计分析，分别从不同角度对不同关注点进行统计展示。

2 基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息系统架构设计

基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息系统采用前后台分离架构，服务端以REST服务形式提供操作底层桥梁数据库的各类接口，客户端采用Ajax请求方式访问REST服务。系统由基础设施层、路桥数据中心、基础内核、服务层和应用层5个部分组成。

图1 GIS网络虚拟实验室体系架构

a）基础设施层 基础设施层用于构建三维桥梁养护检测信息系统硬件和网络运行环境。

b）路桥数据中心层 数据中心层用于存储三维桥梁养护检测信息系统需要的各种数据，包括桥梁信息业务数据和桥梁地理空间数据。

c）基础内核层 三维桥梁养护检测信息系统是基于GIS平台构建的服务端，需要依赖GIS平台的基础内核，在之上构建桥梁数据管理的各种数据服务。

d）服务层 该层在GIS平台基础内核之上，提供操作底层各种桥梁数据库的REST服务接口，针对每个桥梁数据库，提供桥梁业务数据和三维模型数据的添加、查询、更新和删除接口。

e）应用层 客户端采用纯Html+Javascript的方式构建三维桥梁养护检测信息交互系统，客户端提供的功能模块根据不同的用户类型而不同，针对管理用户，主要提供桥梁数据、养护数据、检测数据的管理和统计功能；针对桥梁养护单位，主要提供桥梁养护数据管理功能；针对桥梁检测单位，主要提供桥梁检测数据的录入编辑和检索功能。

3 基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息管理功能与流程设计

3.1 桥梁养护检测信息管理功能结构

图2 三维桥梁养护检测信息管理功能设计

3.2 桥梁养护检测信息管理流程设计

基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息的系统流程如图3所示。系统提供了天地图的道路数据和影像数据作为底图，对查询或分析操作提供了三维模型数据和业务数据，交互式查询使用三维模型数据进行，业务信息的查询与分析基于业务数据。针对具体的业务数据，通过后台服务查询得到查询结果，然后前端进行结果展示、统计或者更深层次的关联查询。

图3 三维桥梁养护检测信息管理流程设计

4 基于WebGIS的三维桥梁养护检测信息管理系统应用

4.1 桥梁数据检索

关键字、行政区查询模块提供了针对于模型数据和业务数据进行查询的功能，查询得到桥梁基本信息、桥梁一般资料卡；并提供依据桥梁继续查询桥梁的构件信息、构件的检测历史记录、构件的检测详情。

4.2 桥梁管理

系统实现了桥梁检测信息查询、桥梁养护信息查询、桥梁检测功能。桥梁检测、养护信息查询通过设置起止时间，查询该时间段内检测、未检测的桥梁信息和该时间段内完成或未完成检测、养护工作的桥梁的信息。桥梁检测通过点击查询功能查到桥梁后，弹出桥梁检测信息录入页面，将桥梁检测基本信息进行录入，保存到业务数据库中，业务数据库与桥梁模型图层使用ID进行关联。

4.3 桥梁构件数据管理

针对桥梁构件，实现了桥梁构件拾取、构件查询和构件检测等桥梁构件管理功能。

4.4 桥梁养护检测数据统计

为便于对桥梁养护检测数据进行统计分析，实现的桥梁检测统计模块提供了检测信息统计、建筑单位评价和养护单位评价三类统计信息。

5 总结

本文研究的基于WebGIS的三维桥梁养护检测系统提供了属性查询与空间交互式查询，可快速检索获取桥梁数据，并可在三维场景中继续浏览桥梁详情、查询桥梁构件信息、查询构件历史检测记录、检测报告详情；同时，用户还可以直接与地图交互，直接通过鼠标交互方式进行桥梁模型的直接拾取，查询构件详情。

基于桥梁养护和检测数据，以多维统计图表的方式为用户提供统计分析功能，可根据用户所关心的指标直观展现桥梁的问题数量，养护单位的养护情况、建设单位所建设大桥的检测情况，从而为后期桥梁工程的招投标、以及桥梁的状态监测跟踪提供长期的技术支撑。